Les microniches du microbiote intratumoral influencent l’hétérogénéité spatiale et cellulaire dans le cancer

Les microniches du microbiote intratumoral influencent l’hétérogénéité spatiale et cellulaire dans le cancer

Dans un article récemment publié dans Nature Les chercheurs ont cartographié les interactions spatiales, cellulaires et moléculaires des bactéries hôtes et associées à la tumeur au sein du microenvironnement tumoral (TME). Ils ont utilisé des technologies de profilage spatial in situ et le séquençage de l'acide ribonucléique unicellulaire (scRNA-seq), en se concentrant sur les cancers gastro-intestinaux, en particulier le carcinome épidermoïde oral (OSCC) et le cancer colorectal (CRC).

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

arrière-plan

Des études in vitro et précliniques utilisant des modèles animaux ont fourni des preuves moléculaires du rôle des bactéries associées aux tumeurs dans au moins 33 cancers et métastases majeurs. Les données d’imagerie ont montré une colocalisation de marqueurs bactériens avec des cibles de cellules épithéliales et immunitaires, suggérant que le microbiote intratumoral pourrait être intracellulaire.

De plus, le microbiote intratumoral de l’hôte joue un rôle dans la surveillance immunitaire et la chimiorésistance. Cependant, les études n'ont pas révélé l'identité de ces organismes associés aux cellules tumorales au sein du TME ni les types de cellules hôtes avec lesquels ils interagissent dans les tumeurs des patients. En outre, si leur répartition spatiale et leurs interactions avec l'hôte influencent différentes capacités fonctionnelles au sein du TME.

À propos des études

Dans la présente étude, les chercheurs ont d’abord évalué la composition du microbiote intratumoral aux niveaux du phylum et du genre. Ensuite, ils ont confirmé visuellement la répartition spatiale hétérogène des communautés bactériennes identifiées, dont Fusobacterium nucleatum. Pour ce faire, ils ont réalisé le séquençage du gène de l’ARN ribosomal 16S sur 44 morceaux de tissus provenant des tumeurs de 11 patients atteints de CCR. De plus, ils ont ciblé l’imagerie par hybridation in situ par fluorescence RNAscope (RNAscope-FISH) de compartiments densément peuplés avec une biomasse de cellules bactériennes et des zones négatives pour les bactéries au sein du même échantillon de tumeur. De plus, ils ont quantifié la charge transcriptionnelle des tissus d’organismes spécifiques à l’aide de la métrique Unique Molecular Identifiers (UMI).

De plus, les chercheurs ont quantifié le profil d’expression de 77 protéines associées à l’immunité antitumorale et à la progression du cancer à l’aide d’une plateforme de profilage spatial numérique (DSP). Ensuite, ils ont développé la méthode INVADEseq pour étudier l’interaction entre les bactéries et les cellules hôtes au sein du TME et les effets sur la transcriptomique des cellules hôtes. Cette méthode a permis la génération de bibliothèques d’ADN complémentaire (ADNc) contenant des transcrits bactériens provenant de cellules humaines associées aux bactéries. En d’autres termes, cela a aidé les chercheurs à cartographier les lectures bactériennes dans des cellules humaines individuelles.

Une approche réductionniste de coculture in vitro a permis aux chercheurs d’évaluer les interactions directes d’un membre dominant du microbiote intratumoral avec des cellules cancéreuses immunitaires ou épithéliales. Ils ont co-cultivé des sphéroïdes épithéliaux de CRC avec un isolat de CRC de F. nucleatum, puis les ont incorporés dans des matrices de collagène contenant des neutrophiles uniformément répartis dans le gel. Ensuite, ils ont utilisé la microscopie confocale de cellules vivantes pour visualiser, suivre et comparer les neutrophiles intégrés dans les sphéroïdes infectés par F. nucleatum avec des sphéroïdes non infectés.

Résultats de l'étude

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RNAscope-FISH a identifié des transcrits bactériens dans 46 % et 28 % des points de capture dans les tumeurs CRC et OSCC, respectivement. Les genres bactériens identifiés par site de capture variaient de un à 42 et de un à 31, avec une médiane de huit et deux pour les tumeurs OSCC et CRC, respectivement. Dans la tumeur OSCC, la métrique UMI a identifié Parvimonas, Peptoniphilus et Fusobacterium comme les genres bactériens les plus dominants. À l’inverse, les genres dominants dans l’échantillon du CRC étaient Fusobacterium et Bacteroides. Il est intéressant de noter que ce dernier présentait un ordre de grandeur supérieur en lectures et en UMI par rapport au spécimen OSCC. La colocalisation de communautés de genres isolés et de plusieurs genres différents au sein de sites de piégeage a mis en évidence la complexité des interactions intratumorales du microbiote entre ces deux types de cancer.

Les tissus positifs aux bactéries dans les tumeurs ont montré une augmentation significative des cellules myéloïdes CD11b+ et CD66b+, mais une densité plus faible de cellules T CD4+ et CD8+. Le cas des régions voisines négatives pour les bactéries était différent ; cela suggère que le microbiote associé à la tumeur a un effet hautement localisé. Il est possible que des bactéries invasives aient recruté des cellules myéloïdes pour induire une réponse inflammatoire via le transducteur de signal Janus kinase (JAK) et la signalisation de l'activateur de transcription (STAT). Il favorisait l’exclusion des lymphocytes T et la croissance tumorale en sécrétant des interleukines et des chimiokines spécifiques dans l’environnement. Remarquablement, les bactéries intracellulaires ont généré des signatures génétiques compatibles avec l'invasion cellulaire induite par le cancer, les métastases, la réparation des dommages à l'ADN et la quiescence cellulaire en activant les facteurs de transcription des familles Jun et Fos.

La cartographie des mesures bactériennes de l'analyse INVADEseq sur des cellules individuelles annotées a montré que Fusobacterium et Treponema dans les tumeurs de ces patients étaient principalement associés aux macrophages épithéliaux et dérivés des monocytes (amas de cellules), avec un taux d'infection bactérienne global de 25 % et 52 %, respectivement.

L’analyse d’enrichissement de l’ensemble génétique (GSEA) a confirmé que les cellules du « groupe de cellules épithéliales 3 » dominé par les bactéries étaient des cellules cancéreuses, avec une régulation positive des voies de signalisation impliquées dans la progression du cancer (par exemple, transition épithéliale-mésenchymateuse ou voie EMT). Le recrutement et la rétention de neutrophiles dans les sphéroïdes de cellules cancéreuses infectées par F. nucleatum suggèrent que le microbiote intratumoral joue un rôle actif dans l'enrichissement en neutrophiles dans les microniches colonisées par des bactéries des tumeurs des patients.

Les cellules épithéliales du CCR infectées par F. nucleatum se sont détachées de la masse sphéroïde et ont migré sous forme de cellules épithéliales individuelles dans le gel de collagène environnant. En revanche, les cellules épithéliales cancéreuses non infectées se propagent à travers le gel sous la forme d’une masse sphéroïde avec un taux d’expansion moyen de 1,34 × 105 µm3 h−1. Les bactéries invasives ont favorisé l’invasion des cellules cancéreuses, mais ont également modifié les schémas de mouvement des cellules cancéreuses infectées, favorisant ainsi l’hétérogénéité cellulaire au niveau fonctionnel.

Conclusions

L’étude a révélé que la distribution du microbiote intratumoral était hétérogène dans les tumeurs humaines. Malgré leur hétérogénéité, la répartition du microbiote au sein d’une tumeur n’était pas aléatoire mais hautement organisée, et les microniches dotées de fonctions cellulaires immunitaires et épithéliales stimulaient activement le cancer. Dans l’ensemble, il a modifié la biologie de compartiments cellulaires spécifiques et influencé l’immunité antitumorale et la migration des cellules épithéliales cancéreuses. Selon les auteurs, le microbiote intratumoral de 33 cancers majeurs découverts à ce jour pourrait être analysé en utilisant les mêmes outils et technologies.

Référence:

• 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

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