Mikronisze mikroflory wewnątrzguzowej wpływają na heterogeniczność przestrzenną i komórkową w raku

Mikronisze mikroflory wewnątrzguzowej wpływają na heterogeniczność przestrzenną i komórkową w raku

W niedawno opublikowanym artykule w Natura Naukowcy zmapowali przestrzenne, komórkowe i molekularne interakcje gospodarza i bakterii towarzyszących nowotworowi w mikrośrodowisku nowotworu (TME). Wykorzystali technologie profilowania przestrzennego in situ i sekwencjonowanie kwasu rybonukleinowego pojedynczych komórek (scRNA-seq), koncentrując się na nowotworach przewodu pokarmowego, zwłaszcza raku płaskonabłonkowym jamy ustnej (OSCC) i raku jelita grubego (CRC).

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

tło

Badania in vitro i badania przedkliniczne na modelach zwierzęcych dostarczyły molekularnych dowodów na rolę bakterii towarzyszących nowotworom w co najmniej 33 głównych nowotworach i przerzutach. Dane obrazowe wykazały kolokalizację markerów bakteryjnych z docelowymi komórkami nabłonkowymi i odpornościowymi, co sugeruje, że mikrobiota wewnątrzguzowa może być wewnątrzkomórkowa.

Ponadto mikrobiota gospodarza wewnątrz guza odgrywa rolę w nadzorze immunologicznym i chemiooporności. Jednakże badania nie ujawniły tożsamości tych organizmów związanych z komórkami nowotworowymi w obrębie TME ani typów komórek gospodarzy, z którymi oddziałują w przypadku nowotworów pacjentów. Ponadto, czy ich rozmieszczenie przestrzenne i interakcje z hostem wpływają na różne możliwości funkcjonalne w ramach TME.

O studiowaniu

W niniejszym badaniu badacze najpierw ocenili skład mikroflory wewnątrznowotworowej na poziomie typu i rodzaju. Następnie wizualnie potwierdzili niejednorodne rozmieszczenie przestrzenne zidentyfikowanych zbiorowisk bakterii, w tym Fusobacterium jądro. W tym celu przeprowadzili sekwencjonowanie genu rybosomalnego RNA 16S na 44 fragmentach tkanki pobranej z guzów 11 pacjentów z CRC. Ponadto zajęli się obrazowaniem fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ za pomocą RNAscope-FISH (RNAscope-FISH) gęsto zaludnionych przedziałów z biomasą komórek bakteryjnych i obszarami ujemnymi pod względem bakterii w tej samej próbce nowotworu. Ponadto określili ilościowo ładunek transkrypcyjny tkanek określonych organizmów, korzystając z metryki unikalnych identyfikatorów molekularnych (UMI).

Ponadto badacze określili ilościowo profil ekspresji 77 białek związanych z odpornością przeciwnowotworową i progresją nowotworu, korzystając z platformy cyfrowego profilowania przestrzennego (DSP). Następnie opracowali metodę INVADEseq do badania interakcji między bakteriami i komórkami gospodarza w obrębie TME oraz wpływu na transkryptomię komórek gospodarza. Metoda ta umożliwiła wytworzenie bibliotek komplementarnego DNA (cDNA) zawierających transkrypty bakteryjne z komórek ludzkich związanych z bakteriami. Innymi słowy, pomogło badaczom zmapować odczyty bakteryjne na poszczególne komórki ludzkie.

Redukcjonistyczne podejście do kokultury in vitro umożliwiło naukowcom ocenę bezpośrednich interakcji dominującego członka mikroflory wewnątrznowotworowej z komórkami raka odpornościowego lub nabłonkowego. Wspólnie hodowali sferoidy nabłonkowe CRC z izolatem CRC F. jądro, a następnie osadzali je w matrycach kolagenowych zawierających neutrofile równomiernie rozmieszczone w żelu. Następnie wykorzystali mikroskopię konfokalną żywych komórek do wizualizacji, śledzenia i porównania osadzonych neutrofili w sferoidach zakażonych F. jądro z niezakażonymi sferoidami.

Wyniki badań

Książka elektroniczna Immunologia

Zestawienie najważniejszych wywiadów, artykułów i aktualności z ostatniego roku. Pobierz bezpłatną kopię

W ramach projektu RNAscope-FISH zidentyfikowano transkrypty bakteryjne odpowiednio w 46% i 28% miejsc wychwytu w nowotworach CRC i OSCC. Rodzaje bakterii zidentyfikowane na miejsce wychwycenia wahały się od jednego do 42 i jednego do 31, przy medianie odpowiednio ośmiu i dwóch dla guzów OSCC i CRC. W przypadku guza OSCC wskaźnik UMI zidentyfikował Parvimonas, Peptoniphilus i Fusobacterium jako najbardziej dominujące rodzaje bakterii. I odwrotnie, dominującymi rodzajami w próbce CRC były Fusobacterium i Bacteroides. Co ciekawe, ten ostatni miał o rząd wielkości więcej odczytów i UMI w porównaniu do próbki OSCC. Kolokalizacja zbiorowisk izolowanych rodzajów i wielu różnych rodzajów w miejscach pułapek uwydatniła złożoność interakcji mikroflory wewnątrzguzowej między tymi dwoma typami nowotworów.

Tkanki nowotworowe wykazujące obecność bakterii wykazały znaczny wzrost liczby komórek szpikowych CD11b+ i CD66b+, ale mniejszą gęstość limfocytów T CD4+ i CD8+. Inaczej było w przypadku sąsiednich regionów nie wykazujących obecności bakterii; Sugerowało to, że mikroflora związana z nowotworem miała wysoce zlokalizowane działanie. Prawdopodobnie inwazyjne bakterie rekrutowały komórki mieloidalne do indukowania odpowiedzi zapalnej za pośrednictwem przetwornika sygnału kinazy janusowej (JAK) i aktywatora sygnalizacji transkrypcji (STAT). Promował wykluczenie limfocytów T i wzrost nowotworu poprzez wydzielanie do środowiska specyficznych interleukin i chemokin. Co godne uwagi, bakterie wewnątrzkomórkowe wygenerowały sygnatury genów zgodne z inwazją komórek wywołaną nowotworem, przerzutami, naprawą uszkodzeń DNA i spokojem komórek poprzez aktywację czynników transkrypcyjnych z rodzin Jun i Fos.

Mapowanie wskaźników bakteryjnych z analizy INVADEseq na pojedyncze komórki z adnotacjami wykazało, że Fusobacterium i Treponema w nowotworach tych pacjentów były głównie związane z makrofagami nabłonkowymi i pochodzącymi od monocytów (skupiskami komórek), przy ogólnym wskaźniku infekcji bakteryjnych wynoszącym odpowiednio 25% i 52%.

Analiza wzbogacenia zestawu genów (GSEA) potwierdziła, że ​​komórki w zdominowanym przez bakterie „klastrze komórek nabłonkowych 3” były komórkami nowotworowymi z zwiększoną ekspresją szlaków sygnalizacyjnych zaangażowanych w progresję nowotworu (np. przejście nabłonkowo-mezenchymalne lub szlak EMT). Rekrutacja i zatrzymywanie neutrofili w sferoidach komórek nowotworowych zakażonych F. jądro sugerowało, że mikroflora wewnątrznowotworowa odgrywała aktywną rolę we wzbogacaniu neutrofili w mikroniszach skolonizowanych przez bakterie nowotworów pacjentów.

Komórki nabłonkowe CRC zakażone F. jądro odłączyły się od masy sferoidalnej i migrowały jako pojedyncze komórki nabłonkowe do otaczającego żelu kolagenowego. Natomiast niezainfekowane komórki nabłonka nowotworowego rozprzestrzeniały się przez żel w postaci sferoidalnej masy ze średnią szybkością ekspansji 1,34 × 105 µm3 h-1. Inwazyjne bakterie sprzyjały inwazji komórek nowotworowych, ale także zmieniały wzorce ruchu zakażonych komórek nowotworowych, promując w ten sposób heterogeniczność komórek na poziomie funkcjonalnym.

Wnioski

Badanie wykazało, że rozmieszczenie mikroflory wewnątrznowotworowej w przypadku nowotworów ludzkich było niejednorodne. Pomimo ich heterogeniczności rozmieszczenie mikroflory w obrębie guza nie było przypadkowe, ale wysoce zorganizowane, a mikronisze pełniące funkcje komórek odpornościowych i nabłonkowych aktywnie stymulowały raka. Ogólnie rzecz biorąc, zmieniło to biologię określonych przedziałów komórkowych i wpłynęło na odporność przeciwnowotworową i migrację komórek nabłonka nowotworowego. Według autorów mikroflorę wewnątrznowotworową w 33 głównych nowotworach odkrytych do tej pory można analizować przy użyciu tych samych narzędzi i technologii.

Odniesienie:

• 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

.