「Nature子刊」使用單細胞多組學研究腫瘤細胞的新思路，哈佛醫(yī)學院等頂尖級團隊開創(chuàng)先河

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作者：Daisy

導讀：9月30日在《Nature Genetics》雜志上發(fā)表了一項研究，由威爾·康奈爾醫(yī)學院、紐約基因組中心、哈佛醫(yī)學院、麻省總醫(yī)院以及麻省理工學院和哈佛大學Broad研究所在內的一支頂尖級研究團隊，率先開創(chuàng)了使用“單細胞多組學”方法對腫瘤細胞進行單獨和更詳細分析的先河，他們提取患者樣本，不僅記錄了基因序列和基因轉錄信息，而且還首次直接在患者的單個腫瘤細胞上記錄了控制DNA甲基化標記的“表觀遺傳”轉錄，觀察腫瘤細胞的狀態(tài)，確定一種關鍵編程標記，有利于未來藥物開發(fā)。還設計了一種分子時鐘方法，追溯腫瘤細胞的起源。這些發(fā)現(xiàn)以及開發(fā)的方法有助于開發(fā)更好的癌癥檢測、監(jiān)測和治療方法，甚至用于任何類型腫瘤的發(fā)展。

由威爾·康奈爾醫(yī)學院、紐約基因組中心、哈佛醫(yī)學院、麻省總醫(yī)院以及麻省理工學院和哈佛大學Broad研究所的研究人員領導的一個團隊，對從患者腦腫瘤中采集的數(shù)千個單個細胞進行了前所未有的詳細分析。這些發(fā)現(xiàn)，以及為獲得這些發(fā)現(xiàn)而開發(fā)的方法代表了癌癥研究的重大進展，并最終可能導致更好的癌癥檢測、監(jiān)測和治療癌癥的方法。

正如研究人員9月30日在《Nature Genetics》雜志上發(fā)表了一篇題為“Epigenetic encoding, heritability and plasticity of glioma transcriptional cell states”的文章報道的那樣，他們使用先進的技術記錄了從最常見的腦癌類型——神經(jīng)膠質瘤患者身上取樣的單個腫瘤細胞中的基因突變、基因活性和DNA上稱為甲基化的基因活性編程標記。通過這種方式，他們繪制了膠質瘤中不同的腫瘤細胞行為或“狀態(tài)”，并確定了似乎將膠質瘤細胞從一種狀態(tài)轉移到另一種狀態(tài)的關鍵編程標記。原則上，這些編程標記可以作為未來藥物的目標。

DOI: 10.1038/s41588-021-00927-7

將單細胞方法與分子鐘技術相結合，研究人員為取樣的腫瘤細胞創(chuàng)建了“祖先樹”，描繪了它們狀態(tài)變化的歷史。

威爾康奈爾醫(yī)學院血液學和醫(yī)學腫瘤學部門的醫(yī)學副教授、桑德拉和愛德華·邁耶癌癥中心的成員、紐約基因組中心的核心成員、聯(lián)合資深作者Dan Landau博士說：“這就像擁有一臺時間機器，我們可以從患者的腫瘤中提取樣本，并推斷出腫瘤發(fā)展的許多細節(jié)?！?br>
哈佛醫(yī)學院病理學副教授、麻省總醫(yī)院病理學家、麻省理工學院和哈佛大學Broad研究所成員、文章的第二作者Mario Suva博士說：“我們已經(jīng)能夠在這里進行觀察，這些觀察對我們如何考慮治療膠質瘤具有根本意義。”

傳統(tǒng)上，腫瘤細胞的特征是大量的，而不是單個的，并且以相對簡單的方式，例如通過它們的來源細胞類型和它們表面所承載的受體。對此，Landau博士和Suva博士率先開創(chuàng)了使用“單細胞多組學”方法對腫瘤細胞進行單獨和更詳細分析的先河。

在這項新的研究中，他們使用了一種三層方法，不僅記錄了基因序列和基因轉錄信息，而且還首次直接在患者的單個腫瘤細胞上記錄了控制DNA甲基化標記的“表觀遺傳”轉錄。科學家們平均從7例IDH突變型膠質瘤患者和7例更難以治療的IDH野生型膠質母細胞瘤患者中各采集了100多個腫瘤細胞。

他們發(fā)現(xiàn)，這兩種癌癥中的細胞往往處于四種不同狀態(tài)之一，從干細胞樣狀態(tài)到更成熟的腦細胞樣狀態(tài)。他們還發(fā)現(xiàn)了DNA甲基化的不同模式，似乎可以解釋這些狀態(tài)之間的變化；這種模式在原則上可能會被未來抑制這種狀態(tài)變化和減緩腫瘤發(fā)展的治療所破壞。

盡管研究人員捕捉到了樣本腫瘤中細胞狀態(tài)的快照，但他們還設計了一種分子時鐘方法，基于DNA甲基化隨時間自然發(fā)生的隨機變化，計算每個細胞的譜系樹，描繪其不同狀態(tài)的歷史，回到腫瘤的起源。

譜系樹顯示，與低級別膠質瘤細胞相比，膠質母細胞瘤細胞具有高度的“可塑性”，使得它們相對容易在干細胞樣狀態(tài)和更成熟狀態(tài)之間來回切換。

共同第一作者、 Landau實驗室博士后Federico Gaiti博士說：“IDH野生型膠質母細胞瘤的非?？伤艿募毎Y構，可能使它能夠通過從其較成熟的細胞池中再生那些細胞，從而在干細胞殺傷治療中存活?！?br>
這些發(fā)現(xiàn)總體上提供了關于膠質瘤動力學的豐富見解，這些見解有助于開發(fā)更好的檢測、分期、監(jiān)測和治療方法。

研究人員現(xiàn)在計劃使用他們的單細胞多組學方法來研究膠質瘤對不同治療的反應。他們說，原則上，這種方法可以用于研究任何類型腫瘤的發(fā)展，甚至是健康組織中隨著年齡增長而產(chǎn)生的基因突變。

參考資料：

https://medicalxpress.com/news/2021-10-powerful-technique-brain-tumors-formidable.html

注：本文旨在介紹醫(yī)學研究進展，不能作為治療方案參考。如需獲得健康指導，請至正規(guī)醫(yī)院就診。

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作者：轉化醫(yī)學網(wǎng)

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