Исследователи из Онкологического центра Андерсона в Хьюстоне и Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее в настоящее время разрабатывают атлас клеток молочной железы человека с использованием одноклеточной геномики, что дает новое понимание как нормальной экосистемы клеток, так и микросреды рака молочной железы.
Работа лаборатории М.Д. Андерсона привела к выявлению ряда новых генных маркеров и множественных состояний клеток в типах клеток молочной железы. Результаты представлены на симпозиуме по раку молочной железы в Сан-Антонио.
В Институте медицинских исследований Гарван исследователь Александр Сварбрик и его коллеги также работают над улучшением определения микроокружения опухоли на уровне отдельных клеток. На симпозиуме доктор Сварбрик представил промежуточные результаты клеточного анализа первых 23 случаев рака молочной железы. Исследователи считают, что более глубокое понимание клеточного ландшафта как нормальной ткани молочной железы, так и раковой ткани должно привести к новым методам лечения на основе стромы и иммунитета для лечения опухоли.
Нормальная экосистема молочной железы
Исследователи изучили 32 148 стромальных клеток патологически нормальных тканей молочной железы, собранных у 11 женщин, перенесших мастэктомию. Анализ экспрессии выявил три основных типа клеток, включая эпителиальные клетки, фибробласты и эндотелиальные клетки, а также несколько дополнительных типов клеток, таких как макрофаги, Т-клетки, апокринные клетки, перициты и другие. Работа поможет определить наличие и функции клеток и объяснить, как они ведут себя в нормальной экосистеме молочной железы.
«Мы знаем, что женская грудь претерпевает множество изменений в связи с возрастом, беременностью или в случае заболевания, поэтому очень важно определить, как будет выглядеть нормальная модель клеток», - говорят исследователи.
Для достижения этой цели был разработан протокол для анализа образцов ткани в течение 2 часов из-за снижения жизнеспособности клеток и РНК с течением времени. Анализ клеточных состояний выявил различные транскрипционные программы в эпителиальных клетках (положительные и секреторные гормональные рецепторы), базальные эпителиальные клетки (миоэпителиальные или базальные), эндотелиальные клетки (лимфатические или сосудистые), макрофаги (М1 или М2) и фибробласты (три подгруппы).
Была создана карта, чтобы показать экспрессию генов и идентифицировать похожие клетки.
Ученые идентифицировали большинство основных типов клеток, присутствующих в молочной железе. Интересно то, что состав этих клеток у разных женщин также отличался. Например, доля фибробластов была ниже у 3 из 11 пациентов, и, хотя клетки были патологически нормальными, также были замечены популяции иммунных клеток, включая Т-клетки и макрофаги.
Ученые изучили каждый из основных идентифицированных типов клеток более детально.
Эпителиальные клетки
Для идентификации эпителиальных клеток использовались как стандартные, так и новые генные маркеры.
Среди известных маркеров были KRT18 для люминальных эпителиальных клеток и KRT5, KRT6B, KRT14 и KRT15 для базальных эпителиальных клеток. Среди новых маркеров были SLC39A6, EFHD1 и HES1 для люминальных и CITED4, CCK28, MMP7 и MDRG2 для базальных эпителиальных клеток.
Исследователи проверили эти маркеры на срезе ткани, используя пространственную транскриптомику, которая помогает фиксировать экспрессию РНК. Кроме того, анализ клеточных состояний в люминальных эпителиальных клетках показал четыре разных клеточных состояния, каждое из которых имеет разные виды генов, которые они экспрессируют.
Ранее сообщалось о двух состояниях клеток, чувствительных к гормонам, и исследователи определили два дополнительных состояния клеток, которые могут иметь разные биологические функции и присутствовать в разных анатомических областях молочной железы.
Фибробласты
Фибробласты, клетки соединительной ткани, были наиболее распространенным типом клеток. Как и для эпителиальных клеток, использовались как канонические коллагеновые маркеры (COL6A3, MMP2, FBN1, FBLN2, FBN и COL1A1), так и новые идентифицированные генные маркеры (TNXB, AEBP1, CFH, CTSK, TPPP3, MEG3, HTRA1, LHFP и OGN).
Эндотелиальные клетки
В ткани молочной железы много вен, артерий и лимфатических сосудов. Эти типы клеток ученые идентифицировали, используя канонический маркер CD31, и определили некоторые новые генные маркеры, включая CCL21, CLDN5, MMRN1, LYVE1 и PROX1 для лимфатических эндотелиальных клеток и RNASE1 и IFI27 для эндотелиальных клеток сосудов.
Были идентифицированы две разные группы сосудистых эндотелиальных клеток, каждая из которых экспрессировала очень разные гены и пути, снова указывая на то, что они могут иметь разные биологические функции.
Дополнительные выводы и будущие направления
В дополнение к стромальным клеткам, были также изучены некоторые иммунные клетки: Т-клетки двух пациентов, а также макрофаги и моноциты, которые составляли наиболее многочисленную популяцию иммунных клеток.
Следует отметить, что все эти клетки также находятся в микроокружении опухоли, но в трансформированном состоянии. Например, в этой среде были замечены связанные с раком фибробласты, опухолевые эндотелиальные клетки, связанные с опухолью макрофаги и связанные с опухолью адипоциты.
Ученые пытаются понять, как эти клетки ведут себя в нормальной экосистеме, чтобы предоставить новые идеи о том, как нормальные типы клеток трансформируются в микроокружении опухоли.
«Технология секвенирования помогла нам идентифицировать множественные клеточные состояния в клеточном типе, и большинство из этих клеточных состояний могут иметь разные биологические функции, которые, вероятно, можно исследовать с помощью пространственных транскриптомных методов», - говорят исследователи.
Микроокружение молочной железы
По словам доктора Сварбрика, старшего научного сотрудника лаборатории в Институте Гарвана, в настоящее время больше внимания уделяется определению ландшафта микроокружения опухоли молочной железы при одноклеточном разрешении.
«Рак молочной железы представляет собой сложную клеточную экосистему, и взаимодействие между типами клеток играет важную роль в определении этиологии заболевания и его реакции на терапию, - говорит он. - Поэтому я думаю, что, продвигаясь к новому веку диагностики и терапии, в микроокружении опухоли есть потенциал для новых разработок, но это должно быть основано на новой таксономии клеточной среды молочной железы».
Ученые также разработали программу сбора свежих тканей во время операции, метастатической биопсии и метастатического поражения при вскрытии. Тысячи клеток анализируются с использованием одноклеточного РНК-секвенирования, чтобы получить многоатомное представление о клеточной биологии.
На основании результатов анализа около 125 000 клеток 25 пациентов была создана карта, на которой были показаны кластеры клеток, идентифицированные как каноническими маркерами, так и сигнатурами экспрессии генов.
«Мы находим типы клеток, которые могут присутствовать при раке молочной железы», - говорит Сварбрик.
Далее, каждый тип клеток определяется количественно у каждого пациента, и графическое представление результатов показывает большую вариабельность пропорций каждого типа клеток.
«Наша цель состоит в том, чтобы иметь возможность соотнести частоты типов клеток и молекулярных особенностей друг с другом, а также с клинико-патологическими особенностями этих пациентов», - отметил он.
Более внимательное рассмотрение результатов на уровне отдельных случаев демонстрирует потенциал для разработки новых эффективных методов лечения.
Источник: https://www.medscape.com/viewarticle/922707#vp_2
