Intratumorinės mikrobiotos mikronišos daro įtaką erdviniam ir ląstelių heterogeniškumui sergant vėžiu

Intratumorinės mikrobiotos mikronišos daro įtaką erdviniam ir ląstelių heterogeniškumui sergant vėžiu

Neseniai paskelbtame straipsnyje Gamta Tyrėjai nustatė šeimininko ir su naviku susijusių bakterijų erdvinę, ląstelinę ir molekulinę sąveiką naviko mikroaplinkoje (TME). Jie naudojo in situ erdvinio profiliavimo technologijas ir vienos ląstelės ribonukleino rūgšties seką (scRNA-seq), daugiausia dėmesio skirdami virškinimo trakto vėžiui, ypač burnos plokščiųjų ląstelių karcinomai (OSCC) ir gaubtinės ir tiesiosios žarnos vėžiui (CRC).

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

fone

In vitro ir ikiklinikiniai tyrimai, naudojant gyvūnų modelius, suteikė molekulinių įrodymų apie su naviku susijusių bakterijų vaidmenį mažiausiai 33 pagrindinėse vėžio formose ir metastazėse. Vaizdo gavimo duomenys parodė, kad bakterijų žymenys yra kartu su epitelio ir imuninių ląstelių taikiniais, o tai rodo, kad intratumorinė mikrobiota gali būti tarpląstelinė.

Be to, intratumorinė šeimininko mikrobiota vaidina svarbų vaidmenį imuninei priežiūrai ir cheminiam atsparumui. Tačiau tyrimai neatskleidė šių su naviko ląstelėmis susijusių organizmų tapatybės TME ir ląstelių-šeimininkų tipų, su kuriais jie sąveikauja pacientų navikuose. Be to, ar jų erdvinis pasiskirstymas ir sąveika su pagrindiniu kompiuteriu įtakoja skirtingas funkcines TME galimybes.

Apie studijas

Šiame tyrime mokslininkai pirmiausia įvertino intratumorinės mikrobiotos sudėtį prieglaudos ir genties lygiais. Tada jie vizualiai patvirtino nevienalytį nustatytų bakterijų bendruomenių, įskaitant Fusobacterium nucleatum, erdvinį pasiskirstymą. Norėdami tai padaryti, jie atliko 16S ribosomų RNR genų seką 44 audinių gabalams iš 11 pacientų, sergančių CRC, navikų. Be to, jie buvo nukreipti į RNAscope fluorescencijos in situ hibridizaciją (RNAscope-FISH) tankiai apgyvendintų skyrių su bakterijų ląstelių biomase ir bakterijoms neigiamomis sritimis tame pačiame naviko mėginyje. Be to, jie kiekybiškai įvertino konkrečių organizmų audinių transkripcijos apkrovą naudodami unikalių molekulinių identifikatorių (UMI) metriką.

Be to, tyrėjai kiekybiškai įvertino 77 baltymų, susijusių su priešnavikiniu imunitetu ir vėžio progresavimu, ekspresijos profilį, naudodami skaitmeninio erdvinio profiliavimo (DSP) platformą. Tada jie sukūrė INVADEseq metodą, skirtą tirti bakterijų ir šeimininkų ląstelių sąveiką TME ir poveikį šeimininko ląstelių transkriptomikai. Šis metodas leido sukurti papildomas DNR (cDNR) bibliotekas, kuriose yra bakterijų nuorašų iš su bakterijomis susijusių žmogaus ląstelių. Kitaip tariant, tai padėjo mokslininkams susieti bakterijų skaitymus su atskiromis žmogaus ląstelėmis.

Redukcionistinis in vitro kokultūros metodas leido tyrėjams įvertinti tiesioginę dominuojančio intratumorinės mikrobiotos nario sąveiką su imuninėmis arba epitelio vėžio ląstelėmis. Jie kartu kultivavo CRC epitelio sferoidus su F. nucleatum CRC izoliatu, po to įterpdami į kolageno matricas, kuriose yra tolygiai visame gelyje paskirstytų neutrofilų. Tada jie naudojo gyvų ląstelių konfokalinę mikroskopiją, kad vizualizuotų, sektų ir palygintų įterptus neutrofilus F. nucleatum užkrėstuose sferoiduose su neužkrėstais sferoidais.

Studijų rezultatai

Imunologijos e-knyga

Populiariausių praėjusių metų interviu, straipsnių ir naujienų rinkinys. Atsisiųsti nemokamą kopiją

RNAscope-FISH nustatė bakterijų nuorašus atitinkamai 46% ir 28% gaudymo dėmių CRC ir OSCC navikuose. Bakterijų gentys, nustatytos vienoje surinkimo vietoje, svyravo nuo vienos iki 42 ir nuo vienos iki 31, o OSCC ir CRC navikų mediana buvo atitinkamai aštuoni ir dvi. OSCC naviko atveju UMI metrika nustatė, kad Parvimonas, Peptoniphilus ir Fusobacterium yra dominuojančios bakterijų gentys. Ir atvirkščiai, CRC mėginyje dominuojančios gentys buvo Fusobacterium ir Bacteroides. Įdomu tai, kad pastarasis turėjo daug daugiau skaitymų ir UMI, palyginti su OSCC pavyzdžiu. Izoliuotų genčių ir kelių skirtingų genčių bendruomenių kolokalizacija gaudymo vietose išryškino intratumorinės mikrobiotos sąveikos tarp šių dviejų vėžio tipų sudėtingumą.

Bakterijų teigiamuose navikų audiniuose reikšmingai padaugėjo CD11b+ ir CD66b+ mieloidinių ląstelių, tačiau sumažėjo CD4+ ir CD8+ T ląstelių tankis. Atvejis su kaimyniniais bakterijoms neigiamais regionais buvo kitoks; tai leido manyti, kad su naviku susijusi mikrobiota turėjo labai lokalizuotą poveikį. Galbūt invazinės bakterijos įdarbino mieloidines ląsteles, kad sukeltų uždegiminį atsaką per Janus kinazės (JAK) signalo keitiklį ir transkripcijos (STAT) signalizacijos aktyvatorių. Jis skatino T ląstelių išskyrimą ir naviko augimą išskirdamas į aplinką specifinius interleukinus ir chemokinus. Pažymėtina, kad tarpląstelinės bakterijos generavo genų parašus, atitinkančius vėžio sukeltą ląstelių invaziją, metastazes, DNR pažeidimo atstatymą ir ląstelių ramybę, aktyvuodamos transkripcijos faktorius iš Jun ir Fos šeimų.

Bakterijų metrikos atvaizdavimas iš INVADEseq analizės su anotuotomis atskiromis ląstelėmis parodė, kad Fusobacterium ir Treponema šių pacientų navikuose daugiausia buvo susiję su epitelio ir monocitų kilmės makrofagais (ląstelių klasteriais), o bendras bakterinės infekcijos lygis buvo atitinkamai 25% ir 52%.

Genų rinkinio praturtinimo analizė (GSEA) patvirtino, kad ląstelės, esančios bakterijų dominuojamoje „3 epitelio ląstelių klasteryje“, buvo vėžinės ląstelės, o signalizacijos keliai, susiję su vėžio progresavimu (pvz., epitelio-mezenchiminis perėjimas arba EMT kelias). Neutrofilų įdarbinimas ir išlaikymas F. nucleatum užkrėstuose vėžio ląstelių sferoiduose leido manyti, kad intratumorinė mikrobiota suvaidino aktyvų vaidmenį praturtinant neutrofilus bakterijų kolonizuotose pacientų navikų mikronišose.

F. nucleatum užkrėstos CRC epitelio ląstelės atsiskyrė nuo sferoidinės masės ir kaip atskiros epitelio ląstelės migravo į aplinkinį kolageno gelį. Priešingai, neužkrėstos vėžio epitelio ląstelės plinta per gelį kaip sferoidinė masė, kurios vidutinis plėtimosi greitis yra 1, 34 × 105 µm3 h-1. Invazinės bakterijos skatino vėžio ląstelių invaziją, bet taip pat pakeitė užkrėstų vėžio ląstelių judėjimo modelius, taip skatindamos ląstelių heterogeniškumą funkciniu lygmeniu.

Išvados

Tyrimas parodė, kad intratumorinės mikrobiotos pasiskirstymas žmogaus navikuose buvo nevienalytis. Nepaisant jų nevienalytiškumo, mikrobiotos pasiskirstymas auglyje nebuvo atsitiktinis, bet labai organizuotas, o mikronišos, turinčios imuninių ir epitelio ląstelių funkcijas, aktyviai skatino vėžį. Apskritai tai pakeitė specifinių ląstelių skyrių biologiją ir paveikė priešnavikinį imunitetą bei vėžio epitelio ląstelių migraciją. Pasak autorių, iki šiol atrastų 33 pagrindinių vėžio formų intratumorinė mikrobiota gali būti analizuojama naudojant tas pačias priemones ir technologijas.

Nuoroda:

• 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

.