Micronișele microbiotei intratumorale influențează eterogenitatea spațială și celulară în cancer

Micronișele microbiotei intratumorale influențează eterogenitatea spațială și celulară în cancer

Într-un articol publicat recent în Natură Cercetătorii au cartografiat interacțiunile spațiale, celulare și moleculare ale gazdei și bacteriilor asociate tumorii în micromediul tumoral (TME). Ei au folosit tehnologii de profilare spațială in situ și secvențierea acidului ribonucleic unicelular (scRNA-seq), concentrându-se pe cancerele gastrointestinale, în special pe carcinomul bucal cu celule scuamoase (OSCC) și pe cancerul colorectal (CRC).

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

fundal

Studiile in vitro și preclinice folosind modele animale au furnizat dovezi moleculare pentru rolul bacteriilor asociate tumorilor în cel puțin 33 de cancere și metastaze majore. Datele imagistice au arătat co-localizarea markerilor bacterieni cu ținte de celule epiteliale și imune, sugerând că microbiota intratumorală poate fi intracelulară.

În plus, microbiota gazdă intratumorală joacă un rol în supravegherea imună și chimiorezistență. Cu toate acestea, studiile nu au dezvăluit identitatea acestor organisme asociate cu celulele tumorale în TME și tipurile de celule gazdă cu care interacționează în tumorile pacientului. În plus, dacă distribuția lor spațială și interacțiunile cu gazda influențează diferite capacități funcționale în cadrul TME.

Despre studiu

În studiul de față, cercetătorii au evaluat mai întâi compoziția microbiotei intratumorale la nivel de phylum și gen. Apoi, au confirmat vizual distribuția spațială eterogenă a comunităților bacteriene identificate, inclusiv Fusobacterium nucleatum. Pentru a face acest lucru, au efectuat secvențierea genei ARN ribozomal 16S pe 44 de bucăți de țesut din tumorile a 11 pacienți cu CRC. În plus, au vizat imagistică prin hibridizare in situ cu fluorescență RNAscope (RNAscope-FISH) a compartimentelor dens populate cu biomasă celulară bacteriană și zone bacteriene negative în cadrul aceleiași probe de tumoră. În plus, au cuantificat încărcarea transcripțională a țesuturilor unor organisme specifice folosind metrica Identificatorilor Moleculari Unici (UMI).

În plus, cercetătorii au cuantificat profilul de expresie a 77 de proteine ​​asociate cu imunitatea antitumorală și progresia cancerului folosind o platformă digitală de profilare spațială (DSP). Apoi, au dezvoltat metoda INVADEseq pentru a studia interacțiunea dintre bacterii și celulele gazdă în TME și efectele asupra transcriptomicelor celulelor gazdă. Această metodă a permis generarea de biblioteci ADN complementare (ADNc) care conțin transcrieri bacteriene din celulele umane asociate bacteriilor. Cu alte cuvinte, a ajutat cercetătorii să mapeze citirile bacteriene către celulele umane individuale.

O abordare reducționistă în cocultură in vitro a permis cercetătorilor să evalueze interacțiunile directe ale unui membru dominant al microbiotei intratumorale cu celulele canceroase imunitare sau epiteliale. Ei au co-cultivat sferoizi epiteliali CRC cu un izolat CRC de F. nucleatum, urmat de încorporarea în matrici de colagen care conțin neutrofile distribuite uniform pe tot gelul. Apoi, au folosit microscopia confocală cu celule vii pentru a vizualiza, urmări și compara neutrofilele încorporate în sferoizii infectați cu F. nucleatum cu sferoizii neinfectați.

Rezultatele studiului

Carte electronică de imunologie

Compilare a celor mai bune interviuri, articole și știri din ultimul an. Descărcați o copie gratuită

RNAscope-FISH a identificat transcrieri bacteriene în 46% și, respectiv, 28% din punctele de captare în tumorile CRC și, respectiv, OSCC. Genurile bacteriene identificate pe site-ul de captare au variat de la unu la 42 și unu la 31, cu o medie de opt și, respectiv, două pentru tumorile OSCC și CRC. În tumora OSCC, metrica UMI a identificat Parvimonas, Peptoniphilus și Fusobacterium ca fiind cele mai dominante genuri bacteriene. În schimb, genurile dominante în proba CRC au fost Fusobacterium și Bacteroides. Interesant, acesta din urmă a avut un ordin de mărime mai multe citiri și UMI-uri în comparație cu specimenul OSCC. Colocalizarea comunităților de genuri izolate și a mai multor genuri diferite în locurile de captare a evidențiat complexitatea interacțiunilor microbiotei intratumorale dintre aceste două tipuri de cancer.

Țesuturile pozitive pentru bacterii din tumori au arătat o creștere semnificativă a celulelor mieloide CD11b+ și CD66b+, dar o densitate mai mică a celulelor T CD4+ și CD8+. Cazul cu regiunile învecinate cu bacterii negative a fost diferit; acest lucru a sugerat că microbiota asociată tumorii a avut un efect foarte localizat. Posibil, bacteriile invazive au recrutat celule mieloide pentru a induce un răspuns inflamator prin traductorul de semnal Janus kinaza (JAK) și activatorul de semnalizare a transcripției (STAT). A promovat excluderea celulelor T și creșterea tumorii prin secretarea de interleukine și chemokine specifice în mediu. În mod remarcabil, bacteriile intracelulare au generat semnături genetice în concordanță cu invazia celulară indusă de cancer, metastaze, repararea leziunilor ADN și liniștea celulelor prin activarea factorilor de transcripție din familiile Jun și Fos.

Cartografierea valorilor bacteriene din analiza INVADEseq la celulele individuale adnotate a arătat că Fusobacterium și Treponema la aceste tumori ale pacienților au fost asociate predominant cu macrofagele epiteliale și derivate din monocite (grupuri de celule), cu o rată globală de infecție bacteriană de 25% și, respectiv, 52%.

Analiza de îmbogățire a setului de gene (GSEA) a confirmat că celulele din „clusterul 3 de celule epiteliale” dominat de bacterii erau celule canceroase, cu reglarea în creștere a căilor de semnalizare implicate în progresia cancerului (de exemplu, tranziția epitelial-mezenchimală sau calea EMT). Recrutarea și reținerea neutrofilelor în sferoizii celulelor canceroase infectate cu F. nucleatum au sugerat că microbiota intratumorală a jucat un rol activ în îmbogățirea neutrofilelor în micronișele colonizate de bacterii ale tumorilor pacientului.

Celulele epiteliale CRC infectate cu F. nucleatum s-au desprins din masa sferoidă și au migrat ca celule epiteliale individuale în gelul de colagen din jur. În schimb, celulele epiteliale canceroase neinfectate se răspândesc prin gel ca o masă sferoidă cu o rată medie de expansiune de 1,34 × 105 µm3 h−1. Bacteriile invazive au promovat invazia celulelor canceroase, dar au modificat și modelele de mișcare ale celulelor canceroase infectate, promovând astfel eterogenitatea celulelor la nivel funcțional.

Concluzii

Studiul a constatat că distribuția microbiotei intratumorale a fost eterogenă în tumorile umane. În ciuda eterogenității lor, distribuția microbiotei în cadrul unei tumori nu a fost aleatorie, ci foarte organizată, iar micronișele cu funcții ale celulelor imune și epiteliale au stimulat cancerul în mod activ. În general, a modificat biologia compartimentelor celulare specifice și a influențat imunitatea antitumorală și migrarea celulelor epiteliale canceroase. Potrivit autorilor, microbiota intratumorală din 33 de tipuri de cancer majore descoperite până în prezent ar putea fi analizată folosind aceleași instrumente și tehnologii.

Referinţă:

• 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

.