Az intratumorális mikrobiota mikronichei befolyásolják a rák térbeli és sejtes heterogenitását

Az intratumorális mikrobiota mikronichei befolyásolják a rák térbeli és sejtes heterogenitását

Egy nemrég megjelent cikkben Természet A kutatók feltérképezték a gazdaszervezet és a daganathoz kapcsolódó baktériumok térbeli, sejtes és molekuláris kölcsönhatásait a tumor mikrokörnyezetében (TME). In situ térbeli profilalkotási technológiákat és egysejtű ribonukleinsav-szekvenálást (scRNA-seq) alkalmaztak, a gyomor-bélrendszeri rákos megbetegedések, különösen az orális laphámsejtes karcinóma (OSCC) és a vastagbélrák (CRC) kezelésére összpontosítva.

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

háttér

Az állatmodellekkel végzett in vitro és preklinikai vizsgálatok molekuláris bizonyítékot szolgáltattak a daganathoz kapcsolódó baktériumok szerepére legalább 33 fő rákos megbetegedésben és metasztázisban. A képalkotó adatok azt mutatják, hogy a bakteriális markerek együtt lokalizálódnak a hám- és immunsejtek célpontjaival, ami arra utal, hogy az intratumorális mikrobióta intracelluláris lehet.

Ezenkívül az intratumorális gazdamikrobióta szerepet játszik az immunfelügyeletben és a kemorezisztenciában. A vizsgálatok azonban nem tárták fel ezeknek a tumorsejt-asszociált organizmusoknak a TME-n belüli azonosságát és azokat a gazdasejttípusokat, amelyekkel kölcsönhatásba lépnek a beteg daganataiban. Továbbá, hogy a térbeli eloszlásuk és a gazdaszervezettel való interakcióik befolyásolják-e a TME különböző funkcionális képességeit.

A tanulásról

Jelen tanulmányban a kutatók először az intratumorális mikrobiota összetételét értékelték a törzs és a nemzetség szintjén. Ezután vizuálisan megerősítették az azonosított baktériumközösségek, köztük a Fusobacterium nucleatum heterogén térbeli eloszlását. Ennek érdekében 11 CRC-s beteg daganatából származó 44 szövetdarabon végeztek 16S riboszomális RNS génszekvenálást. Ezenkívül az RNAscope fluoreszcencia in situ hibridizációs (RNAscope-FISH) képalkotását célozták meg a sűrűn lakott, baktériumsejt-biomasszával és baktérium-negatív területekkel rendelkező kompartmentekben ugyanazon a tumormintán belül. Ezenkívül számszerűsítették az egyedi szervezetek szöveteinek transzkripciós terhelését az egyedi molekuláris azonosítók (UMI) metrika segítségével.

Ezenkívül a kutatók egy digitális térbeli profilalkotási (DSP) platform segítségével számszerűsítették 77 olyan fehérje expressziós profilját, amelyek a daganatellenes immunitáshoz és a rák progressziójához kapcsolódnak. Ezt követően kifejlesztették az INVADEseq módszert a baktériumok és a gazdasejtek közötti kölcsönhatás tanulmányozására a TME-n belül, valamint a gazdasejtek transzkriptomikájára gyakorolt ​​hatások tanulmányozására. Ez a módszer lehetővé tette komplementer DNS (cDNS) könyvtárak létrehozását, amelyek bakteriális átiratokat tartalmaznak a baktériumokkal asszociált emberi sejtekből. Más szóval, segített a kutatóknak abban, hogy a bakteriális leolvasásokat az egyes emberi sejtekhez leképezzék.

A redukcionista in vitro kokultúra-megközelítés lehetővé tette a kutatók számára, hogy felmérjék az intratumorális mikrobiota domináns tagjának közvetlen kölcsönhatásait az immun- vagy epiteliális rákos sejtekkel. CRC epiteliális szferoidokat együtt tenyésztettek egy F. nucleatum CRC izolátummal, majd kollagén mátrixokba ágyazták be, amelyek a gélben egyenletesen eloszló neutrofileket tartalmaznak. Ezután élősejtes konfokális mikroszkópiával vizualizálták, követték és összehasonlították az F. nucleatum-mal fertőzött szferoidok beágyazott neutrofiljeit a nem fertőzött szferoidokkal.

Tanulmányi eredmények

Immunológia e-könyv

Összeállítás az elmúlt év legjobb interjúiból, cikkeiről és híreiről. Tölts le egy ingyenes példányt

Az RNAscope-FISH a CRC és OSCC daganatok elfogófoltjainak 46%-ában, illetve 28%-ában bakteriális transzkriptumot azonosított. A befogási helyenként azonosított baktériumnemzetségek egytől 42-ig, illetve egytől 31-ig terjedtek, az OSCC és a CRC daganatok mediánja nyolc, illetve kettő. Az OSCC daganatban az UMI metrika a Parvimonas, Peptoniphilus és a Fusobacterium azonosította a legdominánsabb baktériumnemzetségeket. Ezzel szemben a CRC mintában a domináns nemzetségek a Fusobacterium és a Bacteroides voltak. Érdekes módon az utóbbinak egy nagyságrenddel több leolvasása és UMI-ja volt az OSCC mintához képest. Az izolált nemzetségek és több különböző nemzetség közösségeinek kolokalizációja a csapdázási helyeken rávilágított a két ráktípus közötti intratumorális mikrobiota kölcsönhatások összetettségére.

A daganatok baktérium-pozitív szövetei a CD11b+ és CD66b+ mieloid sejtek számának szignifikáns növekedését mutatták, de a CD4+ és CD8+ T-sejtek sűrűsége alacsonyabb volt. Más volt a helyzet a szomszédos baktérium-negatív régiókkal; ez arra utalt, hogy a tumorhoz kapcsolódó mikrobióta erősen lokalizált hatást fejt ki. Valószínűleg az invazív baktériumok mieloid sejteket toboroztak, hogy gyulladásos választ indukáljanak a Janus-kináz (JAK) jelátalakítón és a transzkripciós (STAT) jelátvitel aktivátorán keresztül. Elősegítette a T-sejtek kizárását és a tumor növekedését azáltal, hogy specifikus interleukineket és kemokineket szekretál a környezetbe. Figyelemre méltó, hogy az intracelluláris baktériumok olyan génaláírásokat generáltak, amelyek összhangban vannak a rák által kiváltott sejtinvázióval, metasztázisokkal, DNS-károsodás helyreállításával és sejtnyugalmával a Jun és Fos családból származó transzkripciós faktorok aktiválásával.

Az INVADEseq-elemzés bakteriális metrikáinak feltérképezése a jegyzett egysejtekre azt mutatta, hogy a Fusobacterium és a Treponema ezekben a betegek daganataiban túlnyomórészt a hám- és a monocita eredetű makrofágokhoz (sejtklaszterekhez) társult, a teljes bakteriális fertőzési arány 25%, illetve 52%.

A génkészlet-dúsítási analízis (GSEA) megerősítette, hogy a baktériumok által dominált „3. epiteliális sejtklaszter” sejtjei rákos sejtek voltak, és a rák progressziójában szerepet játszó jelátviteli útvonalak (például epiteliális-mezenchimális átmenet vagy EMT-útvonal) felfelé szabályozottak. A neutrofilek felszaporodása és megtartása az F. nucleatum-fertőzött rákos sejtszferoidokban azt sugallta, hogy az intratumorális mikrobióta aktív szerepet játszott a neutrofilek feldúsításában a páciens daganatok bakteriális kolonizált mikronikéiben.

Az F. nucleatum-fertőzött CRC-hámsejtek leváltak a szferoid tömegről, és egyedi hámsejtekként vándoroltak a környező kollagéngélbe. Ezzel szemben a nem fertőzött rákos epiteliális sejtek gömbölyű tömegként terjednek át a gélen, átlagos tágulási sebessége 1,34 × 105 µm3 h-1. Az invazív baktériumok elősegítették a rákos sejtek invázióját, de megváltoztatták a fertőzött rákos sejtek mozgási mintázatát is, ezáltal elősegítve a sejtek heterogenitását funkcionális szinten.

Következtetések

A tanulmány megállapította, hogy az intratumorális mikrobióta eloszlása ​​heterogén volt az emberi daganatokban. Heterogenitásuk ellenére a mikrobiota daganaton belüli eloszlása ​​nem véletlenszerű volt, hanem erősen szervezett, és az immun- és epiteliális sejtfunkciókkal rendelkező mikroniszok aktívan stimulálták a rákot. Összességében megváltoztatta a specifikus sejtkompartmentek biológiáját, és befolyásolta a daganatellenes immunitást és a rákos epiteliális sejtvándorlást. A szerzők szerint az eddig felfedezett 33 fő daganatos megbetegedés intratumorális mikrobiótája ugyanazokkal az eszközökkel és technológiákkal elemezhető.

Referencia:

• 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

.