Mokslininkai stebi pirmuosius vėžį sukeliančius fizinius ląstelių pokyčius

Kai diagnozuojamas vėžys, jau vyksta daug nepastebėtų ląstelių ir molekulių lygmenų įvykių. Nors klinikiniais tikslais vėžys skirstomas į ankstyvąsias ir vėlyvąsias stadijas, net ir „ankstyvos“ stadijos navikas yra daugelio ankstesnių organizme įvykusių pokyčių, kurių nebuvo galima aptikti, rezultatas.

Dabar Jeilio universiteto Medicinos mokyklos (YSM) mokslininkai ir jų kolegos įgijo išsamią informaciją apie kai kuriuos iš šių ankstyvųjų pokyčių, naudodami galingą didelės skiriamosios gebos mikroskopiją, kad stebėtų pačius pirmuosius vėžį sukeliančius fizinius pokyčius pelių odos ląstelėse.

Tyrinėdami peles, turinčias mutaciją, skatinančią vėžį plaukų folikuluose, mokslininkai nustatė, kad pirmieji vėžio formavimosi požymiai atsiranda tam tikru pelių plaukų folikulų augimo metu ir vietoje. Be to, jie nustatė, kad šiuos ikivėžinius pokyčius galima blokuoti vaistais, vadinamais MEK inhibitoriais.

Komandai vadovavo Tianchi Xin, YSM Genetikos katedros mokslo darbuotojas, daktaras, taip pat Valentina Greco, YSM genetikos profesorė ir Jeilio vėžio centro bei Jeilio kamieninių ląstelių centro narė, ir Sergi Regot, daktaras, molekulinės biologijos ir genetikos docentas Johnso Hopkinso medicinos mokykloje.

Jų tyrimų rezultatai buvo paskelbti žurnale „Nature Cell Biology“.

Mokslininkai tyrė peles, kurioms išsivysto odos plokščialąstelinė karcinoma – antra pagal dažnumą odos vėžio rūšis žmonėms. Šios pelės buvo genetiškai modifikuotos su vėžį skatinančia KRAS geno mutacija, kuri yra vienas iš dažniausiai mutavusių onkogenų žmonių vėžiuose. KRAS mutacijos taip pat buvo aptiktos plaučių, kasos ir kolorektaliniuose vėžiuose.

Ankstyvieji mokslininkų tirti pokyčiai apėmė mažo, nenormalaus guzelio augimą plaukų folikule, kuris klasifikuojamas kaip ikivėžinė anomalija. „Šių ankstyvųjų įvykių supratimas gali padėti mums sukurti metodus, kaip užkirsti kelią vėžio susidarymui“, – teigė pirmasis tyrimo autorius Xin.

Nors jų tyrimas daugiausia dėmesio skiria odos vėžiui, tyrėjai mano, kad jų atrasti principai galėtų būti taikomi daugeliui kitų KRAS mutacijų sukeltų vėžio formų, nes pagrindiniai šiuose procesuose dalyvaujantys genai ir baltymai yra vienodi visuose navikuose.

Daugiau nei vien ląstelių proliferacija Tiek žmonių, tiek pelių plaukų folikulai nuolat auga, mesdami senus plaukus ir formuodami naujus. Kamieninės ląstelės, kurios gali išsivystyti į skirtingus ląstelių tipus, atlieka svarbų vaidmenį šiame atsinaujinimo procese. Ankstesni tyrimai parodė, kad KRAS mutacijos lemia padidėjusią kamieninių ląstelių proliferaciją plaukų folikuluose, ir manoma, kad šis didelis kamieninių ląstelių padidėjimas yra atsakingas už ikivėžinį audinių sutrikimą.

KrasG12D sukelia specifines erdvės ir laiko specifines audinių deformacijas plaukų folikulų regeneracijos metu.
A. Genetinio metodo, skirto KrasG12D indukcijai plaukų folikulų kamieninėse ląstelėse naudojant tamoksifeno indukuojamą Cre-LoxP (TAM) sistemą, schema.
B. Schema, rodanti KrasG12D indukcijos ir pakartotinio vaizdinimo laiką, atsižvelgiant į plaukų ciklo etapus.
C. Tipiniai laukinio tipo ramybės būsenos ir augančių plaukų folikulų, kuriuose yra Cre indukuojamas tdTomato (Magenta) reporteris po indukcijos, vaizdai.
D. Tipiniai kontrolinių ir KrasG12D plaukų folikulų vaizdai skirtinguose plaukų ciklo etapuose. Audinių deformacija kaip gumburėliai išorinėje šaknies makštyje (ORS) pažymėta raudona punktyrine linija.
E. KrasG12D plaukų folikulų su audinių deformacija dalis skirtinguose plaukų folikulo augimo etapuose.
F. Audinių deformacijų, užimančių viršutinę, apatinę ir svogūninę ORS dalis, dalis atskiriems KrasG12D plaukų folikulams.
Šaltinis: „Nature Cell Biology“ (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01413-y

Norėdama patikrinti šią idėją, komanda panaudojo specialiai sukurtą mutavusio KRAS formą, kurią jie galėjo aktyvuoti tam tikru metu gyvūnų plaukų folikulų odos ląstelėse. Xin ir jo kolegos naudojo mikroskopijos techniką, vadinamą intravitaliniu vaizdinimu, kuri leidžia gauti didelės skiriamosios gebos ląstelių vaizdus in vivo ir žymėti bei sekti atskiras gyvūnų kamienines ląsteles.

Kai aktyvavosi KRAS mutacija, visos kamieninės ląstelės pradėjo daugintis greičiau, tačiau ikivėžinis guzelis susiformavo tik vienoje konkrečioje plauko folikulo vietoje ir viename augimo etape, o tai reiškia, kad bendras ląstelių skaičiaus padidėjimas greičiausiai nebuvo visa istorija.

KRAS mutacijos aktyvavimas plaukų folikuluose lėmė spartesnį kamieninių ląstelių dauginimąsi, jų migracijos modeliai pasikeitė ir jos dalijosi skirtingomis kryptimis, palyginti su ląstelėmis be vėžį skatinančios mutacijos.

Mutacija paveikia baltymą, žinomą kaip ERK. Xin sugebėjo realiuoju laiku stebėti ERK aktyvumą atskirose gyvų gyvūnų kamieninėse ląstelėse ir nustatė specifinį šio baltymo aktyvumo pokytį, kurį sukėlė KRAS mutacija. Tyrėjai taip pat sugebėjo sustabdyti ikivėžinio guzelio susidarymą naudodami MEK inhibitorių, kuris blokuoja ERK aktyvumą.

Vaistas sustabdė mutacijos poveikį ląstelių migracijai ir orientacijai, bet ne bendrai kamieninių ląstelių proliferacijai, o tai reiškia, kad ikivėžinės būklės susidarymą lemia šie pirmieji du pokyčiai, o ne padidėjusi ląstelių proliferacija.

Ikivėžiniai pokyčiai kontekste Onkogeninės mutacijos poveikio gyvame organizme stebėjimas realiuoju laiku yra vienintelis būdas, kuriuo tyrėjai sugebėjo atskleisti šiuos principus. Tai svarbu, nes vėžiniai navikai nesiformuoja vakuume – jie labai priklauso nuo savo mikroaplinkos, kad augtų ir išsilaikytų. Mokslininkams taip pat reikėjo sekti ne tik atskirų ląstelių elgesį, bet ir tų ląstelių viduje esančias molekules.

„Mūsų taikomas požiūris siekiant suprasti šiuos onkogeninius įvykius iš tiesų yra susijęs su skirtingų lygmenų sąsajomis“, – sakė Greco. „Dr. Xin ir dr. Regot naudota struktūra ir metodai leido mums išnagrinėti molekulinius elementus, sujungiant juos su ląstelių ir audinių lygmenimis, taip suteikiant šių įvykių išaiškinimą, kurį taip sunku pasiekti už gyvo organizmo ribų.“

Dabar tyrėjai nori stebėti procesą ilgesnį laiką, kad pamatytų, kas nutinka po to, kai susidaro pradinis iškilimas. Jie taip pat nori ištirti kitus onkogeninius įvykius, tokius kaip uždegimas, kad pamatytų, ar jų atrasti principai taikomi ir kituose kontekstuose.