Intratumorālās mikrobiotas mikronišas ietekmē vēža telpisko un šūnu neviendabīgumu

Intratumorālās mikrobiotas mikronišas ietekmē vēža telpisko un šūnu neviendabīgumu

Nesen publicētā rakstā Daba Pētnieki kartēja saimnieka un ar audzēju saistīto baktēriju telpisko, šūnu un molekulāro mijiedarbību audzēja mikrovidē (TME). Viņi izmantoja in situ telpiskās profilēšanas tehnoloģijas un vienas šūnas ribonukleīnskābes sekvencēšanu (scRNA-seq), koncentrējoties uz kuņģa-zarnu trakta vēzi, īpaši mutes plakanšūnu karcinomu (OSCC) un kolorektālo vēzi (CRC).

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

fons

In vitro un preklīniskie pētījumi, izmantojot dzīvnieku modeļus, ir snieguši molekulārus pierādījumus par ar audzēju saistīto baktēriju lomu vismaz 33 galvenajos vēža veidos un metastāzēs. Attēlveidošanas dati liecina, ka baktēriju marķieri ir lokalizēti ar epitēlija un imūno šūnu mērķiem, kas liecina, ka intratumorālā mikrobiota var būt intracelulāra.

Turklāt intratumorālajai saimniekorganisma mikrobiotai ir nozīme imūnsistēmas uzraudzībā un ķīmiskajā rezistencē. Tomēr pētījumi nav atklājuši šo ar audzēja šūnām saistīto organismu identitāti TME un saimniekšūnu tipus, ar kuriem tie mijiedarbojas pacientu audzējos. Turklāt, vai to telpiskais sadalījums un mijiedarbība ar saimniekdatoru ietekmē dažādas TME funkcionālās iespējas.

Par mācībām

Šajā pētījumā pētnieki vispirms novērtēja intratumorālās mikrobiotas sastāvu patvēruma un ģints līmenī. Pēc tam viņi vizuāli apstiprināja identificēto baktēriju kopienu, tostarp Fusobacterium nucleatum, neviendabīgo telpisko sadalījumu. Lai to izdarītu, viņi veica 16S ribosomu RNS gēnu sekvencēšanu 44 audu gabaliem no 11 pacientu ar CRC audzējiem. Turklāt tie bija vērsti uz RNAscope fluorescences in situ hibridizāciju (RNAscope-FISH) blīvi apdzīvotu nodalījumu attēlveidošanu ar baktēriju šūnu biomasu un baktēriju negatīvām zonām tajā pašā audzēja paraugā. Turklāt viņi kvantitatīvi noteica konkrētu organismu audu transkripcijas slodzi, izmantojot unikālo molekulāro identifikatoru (UMI) metriku.

Turklāt pētnieki kvantitatīvi novērtēja 77 proteīnu ekspresijas profilu, kas saistīti ar pretvēža imunitāti un vēža progresēšanu, izmantojot digitālās telpiskās profilēšanas (DSP) platformu. Pēc tam viņi izstrādāja INVADEseq metodi, lai pētītu baktēriju un saimniekšūnu mijiedarbību TME un ietekmi uz saimniekšūnu transkriptiku. Šī metode ļāva ģenerēt komplementāras DNS (cDNS) bibliotēkas, kas satur baktēriju transkriptus no ar baktērijām saistītajām cilvēka šūnām. Citiem vārdiem sakot, tas palīdzēja pētniekiem kartēt baktēriju nolasījumus atsevišķām cilvēka šūnām.

Redukcionistiskā in vitro kokultūras pieeja ļāva pētniekiem novērtēt intratumorālās mikrobiotas dominējošā locekļa tiešo mijiedarbību ar imūnsistēmas vai epitēlija vēža šūnām. Viņi kopā kultivēja CRC epitēlija sferoīdus ar F. nucleatum CRC izolātu, kam sekoja iegulšana kolagēna matricās, kas satur neitrofilus, kas vienmērīgi sadalīti visā gēlā. Pēc tam viņi izmantoja dzīvu šūnu konfokālo mikroskopiju, lai vizualizētu, izsekotu un salīdzinātu iegultos neitrofilus ar F. nucleatum inficētajiem sferoīdiem ar neinficētiem sferoīdiem.

Studiju rezultāti

Imunoloģijas e-grāmata

Pagājušā gada populārāko interviju, rakstu un ziņu apkopojums. Lejupielādējiet bezmaksas kopiju

RNAscope-FISH identificēja baktēriju transkriptus attiecīgi 46% un 28% uztveršanas vietu CRC un OSCC audzējos. Katrā uztveršanas vietā identificētās baktēriju ģints svārstījās no viena līdz 42 un no vienas līdz 31, ar vidējo OSCC un CRC audzējiem attiecīgi astoņi un divi. OSCC audzējā UMI metrika identificēja Parvimonas, Peptoniphilus un Fusobacterium kā dominējošākās baktēriju ģintis. Un otrādi, dominējošās ģints CRC paraugā bija Fusobacterium un Bacteroides. Interesanti, ka pēdējam bija par kārtu vairāk nolasījumu un UMI, salīdzinot ar OSCC paraugu. Izolētu ģinšu un vairāku dažādu ģinšu kopienu kolokalizācija slazdošanas vietās uzsvēra intratumorālās mikrobiotas mijiedarbības sarežģītību starp šiem diviem vēža veidiem.

Baktēriju pozitīvajos audos audzējos bija ievērojams CD11b+ un CD66b+ mieloīdo šūnu skaita pieaugums, bet mazāks CD4+ un CD8+ T šūnu blīvums. Gadījums ar blakus esošajiem baktēriju negatīvajiem reģioniem bija atšķirīgs; tas liecināja, ka ar audzēju saistītajai mikrobiotai bija ļoti lokalizēta ietekme. Iespējams, invazīvās baktērijas piesaistīja mieloīdas šūnas, lai izraisītu iekaisuma reakciju, izmantojot Janus kināzes (JAK) signāla devēju un transkripcijas (STAT) signālu aktivatoru. Tas veicināja T šūnu izslēgšanu un audzēja augšanu, izdalot vidē specifiskus interleikīnus un kemokīnus. Jāatzīmē, ka intracelulārās baktērijas radīja gēnu parakstus, kas atbilst vēža izraisītai šūnu invāzijai, metastāzēm, DNS bojājumu novēršanai un šūnu klusumam, aktivizējot Jun un Fos ģimeņu transkripcijas faktorus.

Baktēriju metrikas kartēšana no INVADEseq analīzes uz anotētām atsevišķām šūnām parādīja, ka Fusobacterium un Treponema šajos pacientu audzējos galvenokārt bija saistīti ar epitēlija un monocītu atvasinātajiem makrofāgiem (šūnu kopām), un kopējais bakteriālās infekcijas līmenis bija attiecīgi 25% un 52%.

Gēnu kopas bagātināšanas analīze (GSEA) apstiprināja, ka šūnas, kas atrodas baktēriju dominētajā “epitēlija šūnu klasterī 3”, bija vēža šūnas ar vēža progresēšanā iesaistīto signalizācijas ceļu regulēšanu (piemēram, epitēlija-mezenhimālā pāreja vai EMT ceļš). Neitrofilu piesaiste un saglabāšana ar F. nucleatum inficētajos vēža šūnu sferoīdos liecināja, ka intratumorālajai mikrobiotai bija aktīva loma neitrofilu bagātināšanā pacientu audzēju baktēriju kolonizētajās mikronišās.

Ar F. nucleatum inficētās CRC epitēlija šūnas atdalījās no sferoīda masas un migrēja kā atsevišķas epitēlija šūnas apkārtējā kolagēna gēlā. Turpretim neinficētas vēža epitēlija šūnas izplatās caur gēlu kā sfēriska masa ar vidējo izplešanās ātrumu 1,34 × 105 µm3 h-1. Invazīvās baktērijas veicināja vēža šūnu invāziju, bet arī mainīja inficēto vēža šūnu kustības modeļus, tādējādi veicinot šūnu neviendabīgumu funkcionālā līmenī.

Secinājumi

Pētījumā konstatēts, ka cilvēka audzējos intratumorālās mikrobiotas izplatība bija neviendabīga. Neskatoties uz to neviendabīgumu, mikrobiotas izplatība audzējā nebija nejauša, bet ļoti organizēta, un mikronišas ar imūnsistēmas un epitēlija šūnu funkcijām aktīvi stimulēja vēzi. Kopumā tas mainīja specifisku šūnu nodalījumu bioloģiju un ietekmēja pretvēža imunitāti un vēža epitēlija šūnu migrāciju. Pēc autoru domām, intratumorālo mikrobiotu 33 galvenajos līdz šim atklātajos vēža veidos var analizēt, izmantojot tos pašus rīkus un tehnoloģijas.

Atsauce:

• 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

.