Micronichos da microbiota intratumoral influenciam a heterogeneidade espacial e celular no câncer

Micronichos da microbiota intratumoral influenciam a heterogeneidade espacial e celular no câncer

Em um artigo recentemente publicado em Natureza Os pesquisadores mapearam interações espaciais, celulares e moleculares de bactérias hospedeiras e associadas a tumores dentro do microambiente tumoral (TME). Eles usaram tecnologias de perfil espacial in situ e sequenciamento de ácido ribonucleico unicelular (scRNA-seq), com foco em cânceres gastrointestinais, particularmente carcinoma espinocelular oral (OSCC) e câncer colorretal (CRC).

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

fundo

Estudos in vitro e pré-clínicos utilizando modelos animais forneceram evidências moleculares do papel das bactérias associadas a tumores em pelo menos 33 tipos de câncer e metástases importantes. Dados de imagem mostraram co-localização de marcadores bacterianos com alvos de células epiteliais e imunológicas, sugerindo que a microbiota intratumoral pode ser intracelular.

Além disso, a microbiota intratumoral do hospedeiro desempenha um papel na vigilância imunológica e na quimiorresistência. No entanto, os estudos não revelaram a identidade destes organismos associados às células tumorais dentro do TME e os tipos de células hospedeiras com as quais interagem nos tumores dos pacientes. Além disso, se a sua distribuição espacial e interações com o hospedeiro influenciam as diferentes capacidades funcionais dentro do TME.

Sobre estudar

No presente estudo, os pesquisadores avaliaram primeiro a composição da microbiota intratumoral nos níveis de filo e gênero. Em seguida, confirmaram visualmente a distribuição espacial heterogênea das comunidades bacterianas identificadas, incluindo Fusobacterium nucleatum. Para fazer isso, eles realizaram o sequenciamento do gene 16S do RNA ribossômico em 44 pedaços de tecido dos tumores de 11 pacientes com CCR. Além disso, eles tiveram como alvo a imagem de hibridização in situ por fluorescência do RNAscope (RNAscope-FISH) de compartimentos densamente povoados com biomassa de células bacterianas e áreas negativas para bactérias dentro da mesma amostra de tumor. Além disso, quantificaram a carga transcricional dos tecidos de organismos específicos usando a métrica de Identificadores Moleculares Únicos (UMI).

Além disso, os pesquisadores quantificaram o perfil de expressão de 77 proteínas associadas à imunidade antitumoral e à progressão do câncer usando uma plataforma de perfil espacial digital (DSP). Em seguida, eles desenvolveram o método INVADEseq para estudar a interação entre bactérias e células hospedeiras dentro do TME e os efeitos na transcriptômica da célula hospedeira. Este método permitiu a geração de bibliotecas de DNA complementar (cDNA) contendo transcritos bacterianos de células humanas associadas a bactérias. Em outras palavras, ajudou os pesquisadores a mapear leituras bacterianas em células humanas individuais.

Uma abordagem reducionista de cocultura in vitro permitiu aos pesquisadores avaliar as interações diretas de um membro dominante da microbiota intratumoral com células cancerosas imunes ou epiteliais. Eles co-cultivaram esferóides epiteliais de CRC com um isolado de CRC de F. nucleatum, seguido de incorporação em matrizes de colágeno contendo neutrófilos distribuídos uniformemente por todo o gel. Em seguida, eles usaram microscopia confocal de células vivas para visualizar, rastrear e comparar os neutrófilos incorporados em esferóides infectados por F. nucleatum com esferóides não infectados.

Resultados do estudo

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O RNAscope-FISH identificou transcritos bacterianos em 46% e 28% dos pontos de captura em tumores CRC e OSCC, respectivamente. Os gêneros bacterianos identificados por local de captura variaram de um a 42 e de um a 31, com mediana de oito e dois para os tumores CECO e CCR, respectivamente. No tumor OSCC, a métrica UMI identificou Parvimonas, Peptoniphilus e Fusobacterium como os gêneros bacterianos mais dominantes. Por outro lado, os gêneros dominantes na amostra CRC foram Fusobacterium e Bacteroides. Curiosamente, este último teve uma ordem de magnitude maior de leituras e UMIs em comparação com a amostra OSCC. A colocalização de comunidades de géneros isolados e múltiplos géneros diferentes dentro de locais de captura destacou a complexidade das interacções da microbiota intratumoral entre estes dois tipos de cancro.

Os tecidos positivos para bactérias em tumores mostraram um aumento significativo de células mieloides CD11b+ e CD66b+, mas uma densidade mais baixa de células T CD4+ e CD8+. O caso com regiões vizinhas negativas para bactérias foi diferente; isto sugeriu que a microbiota associada ao tumor tinha um efeito altamente localizado. Possivelmente, bactérias invasivas recrutaram células mieloides para induzir uma resposta inflamatória através do transdutor de sinal Janus quinase (JAK) e da sinalização do ativador de transcrição (STAT). Promoveu a exclusão de células T e o crescimento tumoral através da secreção de interleucinas e quimiocinas específicas no ambiente. Notavelmente, as bactérias intracelulares geraram assinaturas genéticas consistentes com invasão celular induzida por câncer, metástase, reparo de danos ao DNA e quiescência celular, ativando fatores de transcrição das famílias Jun e Fos.

O mapeamento de métricas bacterianas da análise INVADEseq para células individuais anotadas mostrou que Fusobacterium e Treponema nesses tumores de pacientes estavam predominantemente associados aos macrófagos epiteliais e derivados de monócitos (aglomerados de células), com uma taxa geral de infecção bacteriana de 25% e 52%, respectivamente.

A análise de enriquecimento de conjunto de genes (GSEA) confirmou que as células dentro do “cluster de células epiteliais 3” dominado por bactérias eram células cancerígenas, com regulação positiva de vias de sinalização envolvidas na progressão do câncer (por exemplo, transição epitelial-mesenquimal ou via EMT). O recrutamento e retenção de neutrófilos nos esferóides de células cancerosas infectadas por F. nucleatum sugeriram que a microbiota intratumoral desempenhou um papel ativo no enriquecimento de neutrófilos em micronichos colonizados por bactérias de tumores de pacientes.

As células epiteliais do CRC infectadas com F. nucleatum destacaram-se da massa esferóide e migraram como células epiteliais individuais para o gel de colágeno circundante. Em contraste, as células epiteliais cancerígenas não infectadas espalham-se através do gel como uma massa esferóide com uma taxa de expansão média de 1,34 × 105 µm3 h-1. Bactérias invasivas promoveram a invasão de células cancerosas, mas também alteraram os padrões de movimento das células cancerígenas infectadas, promovendo assim a heterogeneidade celular no nível funcional.

Conclusões

O estudo descobriu que a distribuição da microbiota intratumoral era heterogênea em tumores humanos. Apesar de sua heterogeneidade, a distribuição da microbiota dentro de um tumor não era aleatória, mas altamente organizada, e micronichos com funções de células imunológicas e epiteliais estimulavam ativamente o câncer. No geral, alterou a biologia de compartimentos celulares específicos e influenciou a imunidade antitumoral e a migração de células epiteliais cancerígenas. Segundo os autores, a microbiota intratumoral em 33 grandes cancros descobertos até à data poderia ser analisada utilizando as mesmas ferramentas e tecnologias.

Referência:

• 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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