Tumoraalisen mikrobiotan mikronikot vaikuttavat syövän spatiaaliseen ja solujen heterogeenisyyteen

Tumoraalisen mikrobiotan mikronikot vaikuttavat syövän spatiaaliseen ja solujen heterogeenisyyteen

Äskettäin julkaistussa artikkelissa Luonto Tutkijat kartoittivat isäntä- ja kasvaimeen liittyvien bakteerien avaruudellisia, solu- ja molekyylivuorovaikutuksia kasvaimen mikroympäristössä (TME). He käyttivät in situ spatiaalista profilointiteknologiaa ja yksisoluista ribonukleiinihapposekvensointia (scRNA-seq) keskittyen maha-suolikanavan syöpiin, erityisesti suun okasolusyöpään (OSCC) ja paksusuolensyöpään (CRC).

Lernen: Wirkung der intratumoralen Mikrobiota auf die räumliche und zelluläre Heterogenität bei Krebs. Bildquelle: Kristalllicht/Shutterstock

tausta

Eläinmalleilla tehdyt in vitro ja prekliiniset tutkimukset ovat antaneet molekyylitodisteita kasvaimeen liittyvien bakteerien roolista ainakin 33 suuressa syövässä ja etäpesäkkeessä. Kuvaustiedot ovat osoittaneet, että bakteerimarkkerit lokalisoituvat yhdessä epiteeli- ja immuunisolukohteiden kanssa, mikä viittaa siihen, että kasvaimensisäinen mikrobiota voi olla solunsisäistä.

Lisäksi kasvaimensisäisellä isäntämikrobiotalla on rooli immuunivalvonnassa ja kemoresistenssissä. Tutkimukset eivät kuitenkaan ole paljastaneet näiden kasvainsoluihin liittyvien organismien identiteettiä TME:ssä ja isäntäsolutyyppejä, joiden kanssa ne ovat vuorovaikutuksessa potilaiden kasvaimissa. Lisäksi, vaikuttavatko niiden alueellinen jakautuminen ja vuorovaikutus isännän kanssa TME:n erilaisiin toiminnallisiin ominaisuuksiin.

Opiskelusta

Tässä tutkimuksessa tutkijat arvioivat ensin kasvaimensisäisen mikrobiston koostumusta syrjä- ja sukutasolla. Seuraavaksi he vahvistivat visuaalisesti tunnistettujen bakteeriyhteisöjen, mukaan lukien Fusobacterium nucleatum, heterogeenisen alueellisen jakautumisen. Tätä varten he suorittivat 16S ribosomaalisen RNA-geenin sekvensoinnin 44 kudospalalle 11 CRC-potilaan kasvaimista. Lisäksi ne kohdistuivat RNAscope-fluoresenssin in situ -hybridisaatioon (RNAscope-FISH) -kuvaukseen tiheästi asutuista osastoista, joissa oli bakteerisolujen biomassaa ja bakteerinegatiivisia alueita samassa kasvainnäytteessä. Lisäksi he määrittelivät tiettyjen organismien kudosten transkriptiokuormituksen käyttämällä Unique Molecular Identifiers (UMI) -metriikkaa.

Lisäksi tutkijat määrittelivät 77 proteiinin ilmentymisprofiilin, jotka liittyvät kasvainten vastaiseen immuniteettiin ja syövän etenemiseen käyttämällä digitaalista spatiaalista profilointialustaa (DSP). Seuraavaksi he kehittivät INVADEseq-menetelmän tutkimaan bakteerien ja isäntäsolujen välistä vuorovaikutusta TME:ssä ja vaikutuksia isäntäsolujen transkriptomiikkaan. Tämä menetelmä mahdollisti komplementaaristen DNA-kirjastojen (cDNA) muodostamisen, jotka sisälsivät bakteeritranskriptejä bakteereihin liittyvistä ihmissoluista. Toisin sanoen se auttoi tutkijoita kartoittamaan bakteerilukemat yksittäisiin ihmissoluihin.

Redukcionistinen in vitro yhteisviljelymenetelmä antoi tutkijoille mahdollisuuden arvioida kasvaimensisäisen mikrobiotan hallitsevan jäsenen suoria vuorovaikutuksia immuuni- tai epiteelisyövän solujen kanssa. He viljelivät yhdessä CRC-epiteelisferoideja F. nucleatum CRC-isolaatin kanssa, minkä jälkeen ne upotettiin kollageenimatriiseihin, jotka sisälsivät neutrofiilejä tasaisesti jakautuneena koko geeliin. Seuraavaksi he käyttivät elävien solujen konfokaalimikroskopiaa visualisoidakseen, seuratakseen ja vertaakseen upotettuja neutrofiilejä F. nucleatum -tartunnan saaneissa sferoideissa tartuttamattomiin sferoideihin.

Tutkimustulokset

Immunologian e-kirja

Kokoelma viime vuoden huippuhaastatteluista, artikkeleista ja uutisista. Lataa ilmainen kopio

RNAscope-FISH tunnisti bakteeritranskriptejä 46 %:ssa ja 28 %:ssa sieppauspisteistä CRC- ja OSCC-kasvaimissa, vastaavasti. Sieppauskohtaa kohden tunnistetut bakteerisuvut vaihtelivat yhdestä 42:een ja yhdestä 31:een, ja mediaani oli kahdeksan ja kaksi OSCC- ja CRC-kasvainten osalta. OSCC-kasvaimessa UMI-metriikka identifioi Parvimonas-, Peptoniphilus- ja Fusobacterium-bakteerien hallitsevimmiksi bakteerisuvuiksi. Sitä vastoin hallitsevat suvut CRC-näytteessä olivat Fusobacterium ja Bacteroides. Mielenkiintoista on, että jälkimmäisellä oli suuruusluokkaa enemmän lukemia ja UMI:ita verrattuna OSCC-näytteeseen. Eristettyjen sukujen ja useiden eri sukujen yhteisöjen kolokalisaatio pyyntipaikoilla korosti näiden kahden syöpätyypin välisten kasvaimensisäisten mikrobiotan vuorovaikutusten monimutkaisuutta.

Bakteeripositiiviset kudokset kasvaimissa osoittivat merkittävää CD11b+- ja CD66b+-myeloidisolujen lisääntymistä, mutta CD4+- ja CD8+-T-solujen tiheys oli pienempi. Tapaus viereisten bakteerinegatiivisten alueiden kanssa oli erilainen; tämä viittasi siihen, että kasvaimeen liittyvällä mikrobiotalla oli erittäin paikallinen vaikutus. Mahdollisesti invasiiviset bakteerit värväsivät myeloidisia soluja indusoimaan tulehdusvastetta Janus-kinaasi (JAK) -signaalimuuntimen ja transkription (STAT) signaalin aktivaattorin kautta. Se edisti T-solujen poissulkemista ja kasvaimen kasvua erittämällä spesifisiä interleukiineja ja kemokiineja ympäristöön. Huomattavaa on, että solunsisäiset bakteerit tuottivat geeniallekirjoituksia, jotka olivat yhdenmukaisia ​​syövän aiheuttaman soluinvaasion, etäpesäkkeiden, DNA-vaurion korjaamisen ja solujen hiljentymisen kanssa aktivoimalla Jun- ja Fos-perheiden transkriptiotekijöitä.

Bakteerimittareiden kartoittaminen INVADEseq-analyysistä selitettyihin yksittäisiin soluihin osoitti, että Fusobacterium ja Treponema näissä potilaiden kasvaimissa liittyivät pääasiassa epiteelistä ja monosyyteistä peräisin oleviin makrofageihin (soluklustereihin), ja bakteeri-infektioiden kokonaismäärä oli 25 % ja 52 %.

Geenisarjan rikastusanalyysi (GSEA) vahvisti, että bakteerien hallitseman "epiteelisoluklusterin 3" solut olivat syöpäsoluja, joissa syövän etenemiseen osallistuvien signaalireittien säätely (esim. epiteeli-mesenkymaalinen siirtymä tai EMT-reitti) oli lisääntynyt. Neutrofiilien kerääntyminen ja säilyminen F. nucleatum -infektoituneissa syöpäsolusferoideissa viittasi siihen, että kasvaimensisäisellä mikrobiotalla oli aktiivinen rooli neutrofiilien rikastamisessa bakteerien kolonisoimissa potilaiden kasvainten mikronichesissä.

F. nucleatum -tartunnan saaneet CRC-epiteelisolut irtautuivat pallomassasta ja siirtyivät yksittäisinä epiteelisoluina ympäröivään kollageenigeeliin. Sitä vastoin infektoimattomat syöpäepiteelisolut leviävät geelin läpi pallomaisena massana, jonka keskimääräinen laajenemisnopeus on 1,34 × 105 µm3 h-1. Invasiiviset bakteerit edistivät syöpäsolujen tunkeutumista, mutta muuttivat myös infektoituneiden syöpäsolujen liikkumismalleja, mikä edisti solujen heterogeenisuutta toiminnallisella tasolla.

Johtopäätökset

Tutkimuksessa havaittiin, että kasvaimensisäisen mikrobiston jakautuminen oli heterogeenista ihmisen kasvaimissa. Heterogeenisuudestaan ​​huolimatta mikrobiotan jakautuminen kasvaimessa ei ollut satunnainen, vaan erittäin organisoitunut, ja immuuni- ja epiteelisolutoiminnot omaavat mikronikot stimuloivat syöpää aktiivisesti. Kaiken kaikkiaan se muutti tiettyjen soluosastojen biologiaa ja vaikutti kasvainten vastaiseen immuniteettiin ja syöpäepiteelisolujen migraatioon. Kirjoittajien mukaan 33 tähän mennessä löydetyn suuren syövän intratumoraalinen mikrobiota voitaisiin analysoida samoilla työkaluilla ja tekniikoilla.

Viite:

• Galeano Niño, JL, Wu, H., LaCourse, KD et al. (2022). Wirkung der intratumoralen Mikrobiota auf die räumliche und zelluläre Heterogenität bei Krebs. Natur. doi: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05435-0 https://www.nature.com/articles/s41586-022-05435-0

.