A tudósok nyomon követik a rákot okozó sejtekben a legkorábbi fizikai változásokat

Amikor diagnosztizálják a rákot, már sok olyan esemény van mögötte sejt- és molekuláris szinten, amelyek észrevétlenül történtek. Bár klinikai okokból a rákot korai és késői stádiumra osztják, még a „korai” stádiumú daganat is számos olyan korábbi változás eredménye, amely a szervezetben nem volt kimutatható.

Most a Yale Egyetem Orvostudományi Karának (YSM) tudósai és kollégáik részletesen megértették ezeket a korai változásokat, és nagy felbontású mikroszkóppal követték nyomon a legelső fizikai változásokat, amelyek rákot okoznak az egér bőrsejtjeiben..

A rák kialakulását elősegítő mutációt hordozó egerek vizsgálatával a tudósok felfedezték, hogy a rák kialakulásának első jelei az egerek szőrtüszőinek növekedésének meghatározott időpontjában és meghatározott helyen jelentkeznek. Ráadásul azt találták, hogy ezek a rákmegelőző változások blokkolhatók a MEK-gátlóként ismert gyógyszerekkel.

A csapatot Tianchi Xin, Ph.D., az YSM Genetikai Tanszékének posztdoktori ösztöndíjasa vezette, köztük Valentina Greco, Ph.D., az YSM genetikai professzora és a Yale Cancer Center és a Yale Cancer Center tagja. A Yale Stem Cell Center és Sergi Regot, Ph.D., a Johns Hopkins School of Medicine molekuláris biológia és genetika adjunktusa.

Kutatásuk eredményeit a Nature Cell Biology folyóiratban tették közzé.

A tudósok olyan egereket vizsgáltak, amelyekben bőrlaphámrák alakult ki, amely a bőrrák második leggyakoribb típusa az emberekben. Ezeket az egereket genetikailag úgy módosították, hogy a KRAS génben, amely az egyik leggyakrabban mutált onkogén az emberi rákos megbetegedésekben, rákot elősegítő mutációjuk legyen. KRAS-mutációkat találtak tüdő-, hasnyálmirigy- és vastagbélrákban is.

A tudósok által vizsgált korai változások közé tartozott egy apró, abnormális dudor növekedése a szőrtüszőben, amely a rákmegelőző rendellenességnek minősül. "Ezeknek a korai eseményeknek a megértése segíthet olyan megközelítések kidolgozásában, amelyek megakadályozzák a rák kialakulását" - mondta Xin, a tanulmány első szerzője.

Bár vizsgálatuk a bőrrákra összpontosított, a kutatók úgy vélik, hogy az általuk felfedezett alapelvek sok más KRAS-mutáció által okozott rák esetében is alkalmazhatók, mivel a kulcsfontosságú gének és fehérjék ugyanazok a különböző daganatokban.

Több, mint pusztán sejtburjánzás Mind az emberekben, mind az egerekben a szőrtüszők folyamatosan nőnek, kihullatják a régi szőrt, és újakat képeznek. Ebben a megújulási folyamatban nagy szerepet játszanak az őssejtek, amelyek képesek különböző típusú sejtekké fejlődni. Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a KRAS-mutációk megnövekedett őssejt-proliferációhoz vezetnek a szőrtüszőkben, és úgy gondolták, hogy ez a jelentős őssejtszám-növekedés felelős a rákmegelőző szöveti elváltozásért.

A KrasG12D spatiotemporális specifikus szöveti deformációkat okoz a szőrtüsző regenerációja során.
a. Szőrtüsző őssejtekben a KrasG12D indukálására szolgáló genetikai megközelítés vázlata a tamoxifennel indukálható Cre–LoxP (TAM) rendszer használatával.
b. Diagram, amely a KrasG12D indukció és újraképezés időzítését mutatja a szőrnövekedési ciklus szakaszaihoz viszonyítva.
c. Reprezentatív képek a Cre tdTomato (Magenta) indukálható riportert tartalmazó vad típusú nyugvó és növekvő szőrtüszőkről az indukció után.
d. Reprezentatív képek a kontroll és a KrasG12D szőrtüszőkről a haj növekedési ciklusának különböző szakaszaiban. A külső gyökérhüvelyben (ORS) lévő gumók formájában jelentkező szöveti deformációt piros szaggatott vonal jelzi.
e. A szöveti deformációt mutató KrasG12D szőrtüszők aránya a szőrtüsző növekedésének különböző szakaszaiban.
f. Az ORS felső, alsó és hagymás részét elfoglaló szöveti deformációk aránya az egyes KrasG12D szőrtüszők esetében.
Forrás: Nature Cell Biology (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01413-y

A hipotézis teszteléséhez a csapat a mutált KRAS egy speciálisan tervezett formáját használta, amelyet bizonyos időpontokban aktiválni tudtak az állati szőrtüszők bőrsejtjeiben. Xin és munkatársai az intravitális képalkotásként ismert mikroszkópos technikát alkalmazták, amely nagy felbontású képeket tesz lehetővé élő test sejtjeiről, valamint megjelöli és nyomon követi az állatok egyedi őssejtjeit.

Amikor a KRAS mutációt aktiválták, az összes őssejt gyorsabban kezdett szaporodni, de a rákmegelőző dudor csak a szőrtüsző egy meghatározott helyén és a növekedés egy szakaszában alakult ki, ami azt jelenti, hogy a sejtszám általános növekedése valószínűleg nem nem az egész történetet.

A KRAS-mutáció aktiválása a szőrtüszőkben az őssejtek gyorsabb szaporodását eredményezte, megváltoztatták vándorlási mintáikat, és más-más irányba osztódnak, mint a rákot elősegítő mutációt nem tartalmazó sejtekhez képest.

A mutáció az ERK néven ismert fehérjét érinti. Xin képes volt megfigyelni az ERK aktivitást valós időben élő állatok egyes őssejtjeiben, és specifikus változást fedezett fel ennek a fehérjének az aktivitásában, amelyet a KRAS mutáció okoz. A kutatók meg tudták állítani a rákmegelőző dudor kialakulását egy MEK-inhibitor segítségével, amely blokkolja az ERK aktivitását.

A gyógyszer megállította a mutáció sejtmigrációra és orientációra gyakorolt hatását, de nem a teljes őssejt-proliferációt, vagyis a rákmegelőző állapot kialakulását ennek az első két változásnak köszönheti, nem pedig a fokozott sejtproliferációnak.

A rák előtti változások a kontextusban Egy onkogén mutáció hatásainak valós idejű nyomon követése élő szervezetben az egyetlen módja annak, hogy a kutatók felfedezzék ezeket az elveket. Ez azért fontos, mert a rák nem vákuumban alakul ki – nagymértékben függ a mikrokörnyezetétől, hogy növekedjen és fenntartsa magát. A tudósoknak nemcsak az egyes sejtek viselkedését kellett nyomon követniük, hanem a sejteken belüli molekulákat is.

"Az onkogén események megértéséhez alkalmazott megközelítés valójában a skálák közötti összekapcsolódásról szól" - mondta Greco. "Az a keretrendszer és megközelítések, amelyeket Dr. Xin Dr. Regottal együttműködve alkalmazott, lehetővé tették számunkra, hogy letérjünk a molekuláris elemekre, összekapcsolva azokat a sejt- és szöveti skálával, ami megoldást ad ezekre az eseményekre, amelyeket olyan nehéz kívülről elérni. Az élő szervezet."

A kutatók most hosszabb ideig szeretnék nyomon követni a folyamatot, hogy lássák, mi történik a kezdeti dudor kialakulása után. Más onkogén eseményeket, például gyulladást is szeretnének tanulmányozni, hogy lássák, az általuk felfedezett elvek alkalmazhatók-e más összefüggésekben is.