Teadlased jälgivad kõige varasemaid füüsilisi muutusi rakkudes, mis põhjustavad vähki

Kui vähk diagnoositakse, on selle taga juba palju raku- ja molekulaarsel tasemel sündmusi, mis juhtusid märkamatult. Kuigi kliinilistel eesmärkidel liigitatakse vähk varajasesse ja hilisesse staadiumisse, on isegi "varajases staadiumis kasvaja" paljude varasemate muutuste tagajärg kehas, mida ei olnud võimalik tuvastada.

Nüüd on Yale'i ülikooli meditsiinikooli (YSM) teadlased ja nende kolleegid saanud üksikasjaliku arusaamise mõnest neist varajastest muutustest, kasutades võimsat kõrge eraldusvõimega mikroskoopiat, et jälgida hiirte naharakkudes vähki põhjustavaid esimesi füüsilisi muutusi..

Uurides hiiri, kes kannavad karvanääpsudes vähi teket soodustavat mutatsiooni, avastasid teadlased, et vähi tekke esimesed märgid ilmnevad hiirte karvanääpsude kasvus kindlal ajal ja kohas. Veelgi enam, nad leidsid, et neid vähieelseid muutusi saab blokeerida ravimitega, mida nimetatakse MEK-i inhibiitoriteks.

Meeskonda juhtis YSM-i geneetikaosakonna järeldoktor Tianchi Xin, Ph.D., kuhu kuulusid YSM-i geneetikaprofessor ja Yale'i vähikeskuse liige Valentina Greco, Ph.D. Yale'i tüvirakkude keskus ja Sergi Regot, Ph.D., Johns Hopkinsi meditsiinikooli molekulaarbioloogia ja geneetika dotsent.

Nende uurimistöö tulemused avaldati ajakirjas Nature Cell Biology.

Teadlased uurisid hiiri, kellel tekkis naha lamerakuline kartsinoom, mis on teine kõige levinum nahavähi tüüp inimestel. Need hiired olid geneetiliselt muundatud nii, et neil oleks vähki soodustav mutatsioon KRAS-i geenis, mis on üks kõige sagedamini muteerunud onkogeene inimese vähkkasvajate puhul. KRAS-i mutatsioone on leitud ka kopsu-, kõhunäärme- ja kolorektaalvähi puhul.

Teadlaste uuritud varajased muutused hõlmasid väikese ebanormaalse muhke kasvu juuksefolliikulis, mis on klassifitseeritud vähieelseks kõrvalekaldeks. "Nende varajaste sündmuste mõistmine võib aidata meil välja töötada lähenemisviise vähi lõpuks moodustumise vältimiseks," ütles Xin, uuringu esimene autor.

Kuigi nende uuring keskendus nahavähile, usuvad teadlased, et nende avastatud põhimõtteid saab rakendada paljude teiste KRAS-i mutatsioonidest põhjustatud vähkkasvajate puhul, kuna kaasatud võtmegeenid ja valgud on erinevates kasvajates samad.

Rohkem kui lihtsalt rakkude vohamine Nii inimestel kui ka hiirtel kasvavad karvanääpsud pidevalt, ajades maha vanu juukseid ja moodustades uusi. Selles uuenemisprotsessis mängivad suurt rolli tüvirakud, millel on võime areneda erinevat tüüpi rakkudeks. Varasemad uuringud on näidanud, et KRAS-i mutatsioonid suurendavad tüvirakkude proliferatsiooni juuksefolliikulites ja arvati, et see märkimisväärne tüvirakkude arvu suurenemine põhjustab vähieelset koekahjustust.

KrasG12D põhjustab juuksefolliikulite regenereerimise ajal spatiotemporaalseid spetsiifilisi koe deformatsioone.
a. Skeem geneetilisest lähenemisviisist KrasG12D esilekutsumiseks juuksefolliikulite tüvirakkudes, kasutades tamoksifeeniga indutseeritavat Cre–LoxP (TAM) süsteemi.
b. Diagramm, mis näitab KrasG12D induktsiooni ja uuesti pildistamise ajastust seoses juuste kasvutsükli etappidega.
c. Tüüpilised kujutised metsikut tüüpi puhkavatest ja kasvavatest karvanääpsudest, mis sisaldavad Cre tdTomato (Magenta) indutseeritavat reporterit pärast induktsiooni.
d. Tüüpilised pildid kontroll- ja KrasG12D karvanääpsudest juuste kasvutsükli erinevatel etappidel. Kudede deformatsioon välimise juurekesta (ORS) tuberkulite kujul on tähistatud punase punktiirjoonega.
e. Kudede deformatsiooniga KrasG12D juuksefolliikulite osakaal karvanääpsude kasvu erinevates etappides.
f. Üksikute KrasG12D juuksefolliikulite ORS-i ülemise, alumise ja sibulakujulise osa hõivavate kudede deformatsioonide osakaal.
Allikas: Nature Cell Biology (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01413-y

Selle hüpoteesi testimiseks kasutas töörühm spetsiaalselt loodud muteerunud KRAS-i vormi, mida nad võisid loomakarvafolliikulite naharakkudes teatud aegadel aktiveerida. Xin ja tema kolleegid kasutasid mikroskoopiatehnikat, mida nimetatakse intravitaalseks pildistamiseks, mis võimaldab kõrge eraldusvõimega pilte eluskeha rakkudest ning märgistab ja jälgib loomade üksikuid tüvirakke.

Kui KRAS-i mutatsioon aktiveerus, hakkasid kõik tüvirakud kiiremini vohama, kuid vähieelne muhk tekkis ainult ühes kindlas kohas juuksefolliikulis ja ühes kasvufaasis, mis tähendab, et üldine rakkude arvu suurenemine tõenäoliselt ei toimunud. Mitte kogu lugu.

KRAS-i mutatsiooni aktiveerimine juuksefolliikulites põhjustas tüvirakkude kiiremat vohamist, muutes nende rändemustreid ja jagunemist erinevates suundades, võrreldes vähki soodustava mutatsioonita rakkudega.

Mutatsioon mõjutab valku, mida nimetatakse ERK-ks. Xin suutis jälgida reaalajas ERK aktiivsust elusloomade üksikutes tüvirakkudes ja avastas selle valgu aktiivsuses spetsiifilise muutuse, mille põhjustas KRAS mutatsioon. Samuti suutsid teadlased peatada vähieelse muhke moodustumise, kasutades MEK-i inhibiitorit, mis blokeerib ERK aktiivsust.

Ravim peatas mutatsiooni mõju rakkude migratsioonile ja orientatsioonile, kuid mitte üldisele tüvirakkude proliferatsioonile, mis tähendab, et vähieelse seisundi teke on tingitud nendest kahest esimesest muutusest, mitte rakkude suurenenud proliferatsioonist.

Vähieelsed muutused kontekstis Onkogeense mutatsiooni mõju reaalajas jälgimine elusorganismis on ainus viis, kuidas teadlased on suutnud need põhimõtted avastada. See on oluline, sest vähk ei moodustu vaakumis – selle kasvamine ja enda ülalpidamine sõltub suuresti oma mikrokeskkonnast. Samuti pidid teadlased jälgima mitte ainult üksikute rakkude käitumist, vaid ka nendes rakkudes olevaid molekule.

"Lähenemisviis, mille oleme nende onkogeensete sündmuste mõistmiseks kasutanud, seisneb tegelikult erinevate skaalade ühendamises," ütles Greco. "Raamistik ja lähenemisviisid, mida dr Xin kasutas koostöös dr Regotiga, võimaldasid meil liikuda alla molekulaarsete elementide juurde, sidudes need raku ja koe skaalaga, mis annab meile lahenduse nendele sündmustele, mida on väljaspool nii raske saavutada elusorganism."

Teadlased tahavad nüüd protsessi jälgida pikema aja jooksul, et näha, mis juhtub pärast esialgse löögi teket. Samuti soovivad nad uurida teisi onkogeenseid sündmusi, nagu põletik, et näha, kas nende avastatud põhimõtted kehtivad ka muus kontekstis.