Oamenii de știință urmăresc cele mai timpurii modificări fizice în celulele care provoacă cancer

Când cancerul este diagnosticat, există deja multe evenimente în spatele lui la nivel celular și molecular care s-au întâmplat neobservate. Deși cancerul este clasificat în stadii incipiente și târzii în scopuri clinice, chiar și o tumoare în stadiu „incipient” este rezultatul multor modificări anterioare din organism care au fost nedetectabile.

Acum, oamenii de știință de la Școala de Medicină a Universității Yale (YSM) și colegii lor au dobândit o înțelegere detaliată a unora dintre aceste schimbări timpurii, folosind microscopie puternică de înaltă rezoluție pentru a urmări primele modificări fizice care provoacă cancer în celulele pielii de șoarece.

Prin studierea șoarecilor care poartă o mutație care promovează dezvoltarea cancerului în foliculii lor de păr, oamenii de știință au descoperit că primele semne de formare a cancerului apar la un moment și un loc specific în creșterea foliculilor de păr ai șoarecilor. În plus, au descoperit că aceste modificări precanceroase pot fi blocate cu medicamente cunoscute sub numele de inhibitori MEK.

Echipa a fost condusă de Tianchi Xin, Ph.D., un bursier postdoctoral în Departamentul de Genetică YSM, și a inclus Valentina Greco, Ph.D., un profesor de genetică YSM și un membru al Yale Cancer Center și Centrul de celule stem Yale și Sergi Regot, Ph.D., profesor asistent de biologie moleculară și genetică la Johns Hopkins School of Medicine.

Rezultatele cercetării lor au fost publicate în revista Nature Cell Biology.

Oamenii de știință au studiat șoarecii care dezvoltă carcinom cu celule scuamoase cutanate, al doilea cel mai frecvent tip de cancer de piele la om. Acești șoareci au fost modificați genetic pentru a avea o mutație care promovează cancerul în gena KRAS, care este una dintre oncogenele cele mai frecvent mutate în cancerele umane. Mutațiile KRAS au fost găsite și în cancerele pulmonare, pancreatice și colorectale.

Modificările timpurii studiate de oamenii de știință au inclus creșterea unei mici umflături anormale în foliculul de păr, care este clasificată drept o anomalie precanceroasă. „Înțelegerea acestor evenimente timpurii ne poate ajuta să dezvoltăm abordări pentru a preveni formarea cancerului în cele din urmă”, a spus Xin, primul autor al studiului.

Deși studiul lor s-a concentrat pe cancerul de piele, cercetătorii cred că principiile pe care le-au descoperit ar putea fi aplicate multor alte tipuri de cancer cauzate de mutațiile KRAS, deoarece genele și proteinele cheie implicate sunt aceleași în diferite tumori.

Mai mult decât proliferarea celulară Atât la oameni, cât și la șoareci, foliculii de păr sunt în continuă creștere, eliminând părul vechi și formând altele noi. Celulele stem, care au capacitatea de a se dezvolta în diferite tipuri de celule, joacă un rol important în acest proces de reînnoire. Studiile anterioare au arătat că mutațiile KRAS duc la creșterea proliferării celulelor stem în foliculii de păr și se credea că această creștere semnificativă a numărului de celule stem este responsabilă pentru leziunea tisulară precanceroasă.

KrasG12D provoacă deformări tisulare specifice spatiotemporale în timpul regenerării foliculului de păr.
A. Schema abordării genetice pentru inducerea KrasG12D în celulele stem ale foliculului de păr folosind sistemul Cre-LoxP (TAM) inductibil de tamoxifen.
b. Diagramă care arată momentul inducerii KrasG12D și al reimaginirii în raport cu etapele ciclului de creștere a părului.
c. Imagini reprezentative ale foliculilor de păr de tip sălbatic în repaus și în creștere, care conțin reporterul inductibil Cre tdTomato (Magenta) după inducție.
d. Imagini reprezentative ale foliculilor de păr de control și KrasG12D în diferite etape ale ciclului de creștere a părului. Deformarea țesuturilor sub formă de tuberculi în teaca exterioară a rădăcinii (SRO) este indicată de linia punctată roșie.
e. Proporția foliculilor de păr KrasG12D cu deformare a țesuturilor în diferite stadii de creștere a foliculului de păr.
f. Proporția deformărilor tisulare care ocupă porțiunile superioare, inferioare și bulboase ale SRO pentru foliculii de păr KrasG12D individuali.
Sursa: Nature Cell Biology (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01413-y

Pentru a testa această ipoteză, echipa a folosit o formă special concepută de KRAS mutant pe care l-ar putea activa la anumite momente în celulele pielii ale foliculilor de păr de animale. Xin și colegii săi au folosit o tehnică de microscopie cunoscută sub numele de imagistica intravitală, care permite imagini de înaltă rezoluție ale celulelor dintr-un corp viu și etichetează și urmăresc celulele stem individuale la animale.

Când mutația KRAS a fost activată, toate celulele stem au început să prolifereze mai repede, dar umflătura precanceroasă s-a format doar într-o locație specifică a foliculului de păr și într-o etapă de creștere, ceea ce înseamnă că creșterea globală a numărului de celule probabil nu a fost. Nu toată povestea.

Activarea mutației KRAS în foliculii de păr a dus la proliferarea mai rapidă a celulelor stem, schimbarea tiparelor lor migratoare și împărțirea în direcții diferite în comparație cu celulele fără mutația care promovează cancerul.

Mutația afectează o proteină cunoscută sub numele de ERK. Xin a putut observa activitatea ERK în timp real în celulele stem individuale la animalele vii și a descoperit o schimbare specifică în activitatea acestei proteine cauzată de mutația KRAS. De asemenea, cercetătorii au reușit să oprească formarea unei umflături precanceroase folosind un inhibitor MEK, care blochează activitatea ERK.

Medicamentul a oprit efectele mutației asupra migrării și orientării celulelor, dar nu asupra proliferării globale a celulelor stem, ceea ce înseamnă că formarea stării precanceroase se datorează acestor prime două modificări și nu creșterii proliferării celulare.

Modificări precanceroase în context Urmărirea efectelor unei mutații oncogene în timp real într-un organism viu este singura modalitate prin care cercetătorii au putut descoperi aceste principii. Acest lucru este important deoarece cancerul nu se formează în vid - este foarte dependent de micromediul său pentru a crește și a se menține. De asemenea, oamenii de știință trebuiau să urmărească nu numai comportamentul celulelor individuale, ci și moleculele din interiorul acestor celule.

„Abordarea pe care am adoptat-o pentru a înțelege aceste evenimente oncogene se referă într-adevăr la conectarea pe scară largă”, a spus Greco. „Cadrul și abordările pe care le-a folosit dr. Xin în colaborare cu dr. Regot ne-au permis să trecem la elementele moleculare, legându-le la scara celulară și tisulară, ceea ce ne oferă o rezoluție a acestor evenimente atât de greu de realizat în exterior. Organismul viu.”

Cercetătorii doresc acum să urmărească procesul pe o perioadă mai lungă de timp pentru a vedea ce se întâmplă după ce se formează denivelările inițiale. De asemenea, doresc să studieze și alte evenimente oncogene, cum ar fi inflamația, pentru a vedea dacă principiile pe care le-au descoperit se aplică în alte contexte.