Mokslininkai stebi ankstyviausius fizinius pokyčius ląstelėse, kurios sukelia vėžį

Kai diagnozuojamas vėžys, už jo jau slypi daug įvykių ląstelių ir molekulių lygiu, kurie įvyko nepastebimai. Nors klinikiniais tikslais vėžys skirstomas į ankstyvąsias ir vėlyvąsias stadijas, net ir „ankstyvosios“ stadijos navikas yra daugelio ankstesnių organizmo pokyčių, kurių nebuvo galima aptikti, rezultatas.

Dabar Jeilio universiteto medicinos mokyklos (YSM) mokslininkai ir jų kolegos išsamiai suprato kai kuriuos iš šių ankstyvųjų pokyčių, naudodami galingą didelės skiriamosios gebos mikroskopiją, kad stebėtų pirmuosius fizinius pokyčius, sukeliančius vėžį pelių odos ląstelėse..

Tyrinėdami peles, kurios turi mutaciją, skatinančią vėžio vystymąsi plaukų folikuluose, mokslininkai išsiaiškino, kad pirmieji vėžio formavimosi požymiai atsiranda tam tikru laiku ir tam tikroje pelių plaukų folikulų augimo vietoje. Be to, jie nustatė, kad šiuos ikivėžinius pokyčius galima blokuoti vaistais, vadinamais MEK inhibitoriais.

Komandai vadovavo mokslų daktaras Tianchi Xin, YSM Genetikos katedros doktorantas, ir ją sudarė Valentina Greco, mokslų daktarė, YSM genetikos profesorė ir Jeilio vėžio centro narė. Jeilio kamieninių ląstelių centre ir Sergi Regot, Ph.D., molekulinės biologijos ir genetikos docentas Johns Hopkins medicinos mokykloje.

Jų tyrimų rezultatai buvo paskelbti žurnalyje Nature Cell Biology.

Mokslininkai tyrė peles, kurioms išsivysto odos plokščialąstelinė karcinoma – antras pagal dažnumą žmonių odos vėžio tipas. Šios pelės buvo genetiškai modifikuotos taip, kad jos turi vėžį skatinančią mutaciją KRAS gene, kuris yra vienas dažniausiai mutavusių onkogenų sergant žmogaus vėžiu. KRAS mutacijos taip pat aptiktos sergant plaučių, kasos ir storosios žarnos vėžiu.

Ankstyvieji pokyčiai, kuriuos tyrinėjo mokslininkai, apėmė mažo nenormalaus plauko folikulo guzelio augimą, kuris klasifikuojamas kaip ikivėžinė anomalija. „Šių ankstyvųjų įvykių supratimas gali padėti mums sukurti būdus, kaip užkirsti kelią vėžiui ilgainiui susiformuoti“, – sakė pirmasis tyrimo autorius Xin.

Nors jų tyrimas buvo sutelktas į odos vėžį, mokslininkai mano, kad jų atrasti principai gali būti taikomi daugeliui kitų vėžio formų, kurias sukelia KRAS mutacijos, nes pagrindiniai genai ir baltymai yra vienodi skirtinguose navikuose.

Daugiau nei tik ląstelių dauginimasis Ir žmonių, ir pelių plaukų folikulai nuolat auga, slinkdami senus plaukus ir formuodami naujus. Šiame atsinaujinimo procese svarbų vaidmenį atlieka kamieninės ląstelės, kurios gali išsivystyti į įvairių tipų ląsteles. Ankstesni tyrimai parodė, kad KRAS mutacijos padidina kamieninių ląstelių dauginimąsi plaukų folikuluose, ir manoma, kad šis reikšmingas kamieninių ląstelių skaičiaus padidėjimas yra atsakingas už ikivėžinį audinių pažeidimą.

KrasG12D sukelia spatiotemporal specifines audinių deformacijas plaukų folikulų regeneracijos metu.
a. Genetinio požiūrio, skirto KrasG12D sukelti plaukų folikulų kamieninėse ląstelėse, naudojant tamoksifeno indukuojamą Cre–LoxP (TAM) sistemą, schema.
b. Diagrama, kurioje parodytas KrasG12D indukcijos laikas ir pakartotinis vaizdas, atsižvelgiant į plaukų augimo ciklo etapus.
c. Reprezentatyvūs laukinio tipo ramybės būsenos ir augančių plaukų folikulų vaizdai, kuriuose yra Cre tdTomato (Magenta) indukuojamas reporteris po indukcijos.
d. Reprezentatyvūs kontrolinių ir KrasG12D plaukų folikulų vaizdai skirtinguose plaukų augimo ciklo etapuose. Audinio deformacija gumbų pavidalu išoriniame šaknies apvalkale (ORS) pažymėta raudona punktyrine linija.
e. KrasG12D plaukų folikulų su audinių deformacija dalis skirtingose plaukų folikulų augimo stadijose.
f. Atskirų KrasG12D plaukų folikulų audinių deformacijų, užimančių viršutinę, apatinę ir svogūnines ORS dalis, dalis.
Šaltinis: Nature Cell Biology (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01413-y

Siekdama patikrinti šią hipotezę, komanda naudojo specialiai sukurtą mutavusio KRAS formą, kurią jie galėjo aktyvuoti tam tikru metu gyvūnų plaukų folikulų odos ląstelėse. Xinas ir jo kolegos naudojo mikroskopijos metodą, vadinamą intravitaliniu vaizdavimu, kuris leidžia didelės raiškos gyvo kūno ląstelių vaizdus ir žymi bei seka atskiras gyvūnų kamienines ląsteles.

Kai buvo suaktyvinta KRAS mutacija, visos kamieninės ląstelės pradėjo daugintis greičiau, tačiau ikivėžinis guzas susidarė tik vienoje konkrečioje plauko folikulo vietoje ir vienoje augimo stadijoje, o tai reiškia, kad bendras ląstelių skaičiaus padidėjimas greičiausiai nebuvo ne visa istorija.

Suaktyvinus KRAS mutaciją plaukų folikuluose, kamieninės ląstelės dauginasi greičiau, keičiasi jų migracijos modeliai ir dalijasi skirtingomis kryptimis, palyginti su ląstelėmis, kuriose nebuvo vėžį skatinančios mutacijos.

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

Vaistas sustabdė mutacijos poveikį ląstelių migracijai ir orientacijai, bet ne bendram kamieninių ląstelių dauginimuisi, o tai reiškia, kad ikivėžinė būklė atsirado dėl šių pirmųjų dviejų pokyčių, o ne dėl padidėjusio ląstelių proliferacijos.

Ikivėžiniai pokyčiai kontekste Vienintelis būdas mokslininkams atrasti šiuos principus yra onkogeninės mutacijos poveikio gyvam organizmui stebėjimas realiu laiku. Tai svarbu, nes vėžys nesusiformuoja vakuume – jis labai priklauso nuo savo mikroaplinkos, ar jis auga ir išsilaiko pats. Mokslininkams taip pat reikėjo sekti ne tik atskirų ląstelių elgesį, bet ir tose ląstelėse esančias molekules.

„Požiūris, kurio ėmėmės norėdami suprasti šiuos onkogeninius įvykius, iš tikrųjų yra susijęs su įvairiais masteliais“, - sakė Greco. „Sistema ir metodai, kuriuos daktaras Xinas naudojo bendradarbiaudamas su dr. Regot, leido mums pereiti prie molekulinių elementų, susiejant juos su ląstelių ir audinių mastu, o tai suteikia mums sprendimą dėl šių įvykių, kuriuos taip sunku pasiekti išorėje. Gyvas organizmas.“

Dabar mokslininkai nori stebėti procesą ilgesnį laiką, kad pamatytų, kas atsitiks po to, kai susiformuoja pradinis guzas. Jie taip pat nori ištirti kitus onkogeninius reiškinius, pvz., uždegimą, kad sužinotų, ar jų atrasti principai taikomi kituose kontekstuose.