Με την πάροδο του χρόνου, τα καρκινικά κύτταρα μπορούν να εξελιχθούν και να γίνουν ανθεκτικά στη θεραπεία, πιο επιθετικά, να εξαπλωθούν σε άλλα σημεία του σώματος και να σχηματίσουν νέους όγκους. Όσο περισσότερα από αυτά τα χαρακτηριστικά αναπτύσσει ένας καρκίνος, τόσο πιο θανατηφόρος γίνεται. Οι ερευνητές προσπαθούν να κατανοήσουν πώς οι καρκίνοι εξελίσσουν αυτά τα χαρακτηριστικά, προκειμένου να προλάβουν και να θεραπεύσουν τους θανατηφόρους καρκίνους.
Ο Τζόναθαν Γουάισμαν, καθηγητής βιολογίας στο ΜΙΤ και οι συνεργάτες του, ανέπτυξαν μια νέα προσέγγιση για την παρακολούθηση των καρκινικών κυττάρων μέσω των γενεών, επιτρέποντας στους ερευνητές να παρακολουθούν την εξελικτική τους ιστορία. Η συγκεκριμένη προσέγγιση χρησιμοποιεί την τεχνολογία CRISPR για να ενσωματώσει σε κάθε κύτταρο έναν κληρονομήσιμο και εξελικτικό γραμμωτό κώδικα DNA. Κάθε φορά που διαιρείται ένα κύτταρο, ο γραμμωτός κώδικάς του τροποποιείται ελαφρώς.
Όταν οι ερευνητές συλλέξουν τους απογόνους των αρχικών κυττάρων, μπορούν να συγκρίνουν τους γραμμωτούς κώδικες για να ανακατασκευάσουν ένα γενεαλογικό δέντρο κάθε μεμονωμένου κυττάρου. Στη συνέχεια, οι ερευνητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν τις σχέσεις των κυττάρων για να ανακατασκευάσουν πώς και πότε τα κύτταρα εξέλιξαν σημαντικά χαρακτηριστικά. Άλλοι ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει παρόμοιες προσεγγίσεις για να παρακολουθήσουν την εξέλιξη του ιού που προκαλεί την Covid-19, προκειμένου να εντοπίσουν την προέλευση παραλλαγών που προκαλούν ανησυχία.
Η ερευνητική ομάδα μπόρεσε να παρακολουθήσει τα καρκινικά κύτταρα του πνεύμονα από την πρώτη κιόλας ενεργοποίηση των μεταλλάξεων που προκαλούν τον καρκίνο. Αυτό το λεπτομερές ιστορικό του όγκου αποκαλύπτει νέες πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο ο καρκίνος του πνεύμονα εξελίσσεται και κάνει μεταστάσεις.
«Πρόκειται για έναν νέο τρόπο εξέτασης της εξέλιξης του καρκίνου με υψηλότερη ανάλυση», δήλωσε ο Γουάισμαν, ο οποίος είναι καθηγητής βιολογίας στο ΜΙΤ, μέλος του Ινστιτούτου Βιοϊατρικής Έρευνας Whitehead και ερευνητής του Ιατρικού Ινστιτούτου Howard Hughes.
Προκειμένου να παρακολουθήσουν τον καρκίνο από την αρχή του, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια προσέγγιση για την ταυτόχρονη ενεργοποίηση των καρκινογόνων μεταλλάξεων στα κύτταρα και την έναρξη της καταγραφής του ιστορικού των κυττάρων. Τροποποίησαν γενετικά τα ποντίκια και εξέθεσαν τα πνευμονικά τους κύτταρα σε έναν ειδικά σχεδιασμένο ιό. Αυτή η έκθεση ενεργοποιήσε μια μετάλλαξη στο γονίδιο Kras, απενεργοποίησε το ογκοκατασταλτικό γονίδιο Trp53 στα κύτταρα, και ενεργοποίησε την τεχνολογία ανίχνευσης της γενεαλογίας. Τα ποντίκια είχαν επίσης τροποποιηθεί ώστε ο καρκίνος του πνεύμονα να αναπτύσσεται σε αυτά όπως και στους ανθρώπους.
«Σε αυτό το μοντέλο, τα καρκινικά κύτταρα αναπτύσσονται από φυσιολογικά κύτταρα και η εξέλιξη του όγκου συμβαίνει για μεγάλο χρονικό διάστημα στο εγγενές περιβάλλον του. Αυτό αναπαράγει σε μεγάλο βαθμό αυτό που συμβαίνει στους ασθενείς», δήλωσε ο Τάιλερ Τζακς, καθηγητής βιολογίας στο MIT.
Οι ερευνητές άφησαν τα καρκινικά κύτταρα να εξελιχθούν για αρκετούς μήνες πριν τα συλλέξουν. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν μια υπολογιστική προσέγγιση που ανέπτυξαν σε προηγούμενη έρευνά τους για να ανακατασκευάσουν τα γενεαλογικά δέντρα των κυττάρων από τους τροποποιημένους γραμμωτούς κώδικες DNA τους. Μέτρησαν επίσης την έκφραση γονιδίων στα κύτταρα χρησιμοποιώντας αλληλουχία RNA για να χαρακτηρίσουν την κατάσταση κάθε μεμονωμένου κυττάρου.
«Η αποκάλυψη των σχέσεων μεταξύ των κυττάρων σε έναν όγκο είναι το κλειδί για να κατανοήσουμε τα προφίλ γονιδιακής έκφρασής τους και να αποκτήσουμε εικόνα για την εμφάνιση επιθετικών καταστάσεων», είπε ο Νιρ Γιόσεφ, αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ και συν-συγγραφέας της μελέτης.
Τα αποτελέσματα έδειξαν σημαντική ποικιλομορφία μεταξύ υποπληθυσμών κυττάρων εντός του ίδιου όγκου. Σε αυτό το μοντέλο, τα καρκινικά κύτταρα εξελίχθηκαν κυρίως μέσω κληρονομικών αλλαγών στη γονιδιακή τους έκφραση και όχι μέσω γενετικών μεταλλάξεων. Ορισμένοι υποπληθυσμοί είχαν εξελιχθεί και είχαν γίνει πιο επιθετικοί και με την πάροδο του χρόνου κυριάρχησαν στον όγκο.
Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ότι οι μεταστάσεις προέρχονταν μόνο από αυτές τις ομάδες κυρίαρχων κυττάρων και μόνο αργά στην εξέλιξή τους. Σε άλλους τύπους καρκίνου, τα κύτταρα μπορεί να αποκτήσουν την ικανότητα να κάνουν μεταστάσεις νωρίς στην εξέλιξή του. Αυτή η διαπίστωση θα μπορούσε να είναι σημαντική για τη θεραπεία του καρκίνου. Αν οι ερευνητές γνωρίζουν ποιοι τύποι καρκίνου αναπτύσσουν την ικανότητα μετάστασης σταδιακά, μπορούν να σχεδιάσουν παρεμβάσεις για να σταματήσουν την εξέλιξή του.
«Προκειμένου να αναπτύξουμε καλύτερες θεραπείες, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τις θεμελιώδεις αρχές που υιοθετούν οι όγκοι για να αναπτυχθούν», τόνισε η συν-συγγραφέας Ντιάν Γιανγκ, μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο εργαστήριο του Γουάισμαν.
«Στο μέλλον, θέλουμε να είμαστε σε θέση να εξετάζουμε την κατάσταση των καρκινικών κυττάρων όταν έρχεται ένας ασθενής και να μπορούμε να προβλέψουμε πώς θα εξελιχθεί ο καρκίνος, ποιοι είναι οι κίνδυνοι και ποια είναι η καλύτερη θεραπεία για να σταματήσει αυτή η εξέλιξη».
Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης σημαντικές λεπτομέρειες σχετικά με τις εξελικτικές διαδρομές που ακολουθούν οι υποπληθυσμοί του καρκίνου για να γίνουν επιθετικοί. Τα κύτταρα εξελίσσονται μέσω διαφορετικών καταστάσεων, οι οποίες ορίζονται από βασικά χαρακτηριστικά που έχει το κύτταρο τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Σε αυτό το μοντέλο καρκίνου οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι από νωρίς, τα κύτταρα σε έναν όγκο διαφοροποιούνται γρήγορα, μεταβαίνοντας μεταξύ πολλών διαφορετικών καταστάσεων.
Αφού οι ερευνητές χαρτογράφησαν τις εξελικτικές διαδρομές των καρκινικών κυττάρων, θέλησαν να δουν πώς θα επηρεάζονταν αυτές εάν τα κύτταρα παρουσίαζαν πρόσθετες μεταλλάξεις που συνδέονται με τον καρκίνο, οπότε απενεργοποίησαν έναν από τους δύο πρόσθετους καταστολείς όγκων. Ο ένας από αυτούς επηρέασε την σταθεροποίηση των κυττάρων, ενώ ο άλλος οδήγησε τα κύτταρα να ακολουθήσουν μια εντελώς νέα εξελικτική πορεία.
Οι ερευνητές ελπίζουν ότι άλλοι θα χρησιμοποιήσουν την προσέγγισή τους για να μελετήσουν περαιτέρω την εξέλιξη του καρκίνου. Ένας από τους στόχους τους είναι να μελετήσουν πώς εξελίσσονται οι καρκίνοι ως απάντηση σε διαφορετικές θεραπείες. Σκοπεύουν επίσης να μελετήσουν πώς τα τοπικά περιβάλλοντα των καρκινικών κυττάρων διαμορφώνουν την εξέλιξή τους.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο «Cell».
ΠΗΓΗ: MIT
Κάνε like στη σελίδα μας στο Facebook
Ακολούθησε μας στο Twitter
Κάνε εγγραφή στο κανάλι μας στο Youtube
– Αναφέρεται ως πηγή το ertnews.gr στο σημείο όπου γίνεται η αναφορά.
– Στο τέλος του άρθρου ως Πηγή
– Σε ένα από τα δύο σημεία να υπάρχει ενεργός σύνδεσμος