Назад
Большинство моделей развития опухолей предполагают, что этот процесс основан преимущественно на генетике раковых клеток, а многие методы лечения рака направлены на мутации, связанные с заболеванием.
Но сравнение данных последовательности всего генома с данными РНК-секвенирования образцов колоректальных опухолей показало, что подавляющее большинство различий в экспрессии генов между раковыми клетками не может быть объяснено генетикой, сообщили исследователи в журнале Nature 26 октября.
"До сих пор большая часть работы, посвященной изучению эволюции рака при его развитии, была сосредоточена исключительно на генетике", - говорит Николас МакГранахан, исследователь рака Института рака Университетского колледжа Лондона, который не принимал участия в исследовании. Но, согласно новому исследованию, "существует множество таких изменений, для которых они не могут определить четкую [генетическую] основу". . . . Это хорошее исследование, потому что оно подчеркивает некоторые ограничения того, что мы делали раньше".
Эксперт по вычислительной биологии Андреа Сотторива говорит, что именно эти ограничения заставили его и его коллег рассмотреть транскриптомы в эволюции рака. "По сути, рассмотрение генетических данных не объясняло всего того, что мы видели", - рассказывает Сотторива, руководитель группы в Институте исследования рака в Лондоне и глава исследовательского центра вычислительной биологии в Human Technopole в Милане, Италия. Например, объясняет он, "если вы просто посмотрите на ... мутации в генах, которые участвуют в развитии рака, то отличить доброкачественный рак от злокачественного не очень просто: в случае доброкачественного рака существует столько же мутаций драйверов рака, сколько и в случае злокачественного рака".
Чтобы лучше понять, как раковые клетки изменяются на уровне экспрессии генов, авторы провели РНК-секвенирование с полным транскриптом и секвенирование всего генома на образцах 27 хирургически удаленных колоректальных опухолей пациентов, восемь из которых дали достаточно данных для сравнения двух типов секвенирования. В этих восьми опухолях из 8 368 дифференциально экспрессированных генов, включенных в анализ, различия в уровнях транскриптов можно было проследить до базовой генетики только в среднем в 166 случаях. "Большая часть сообщества [исследователей рака] всегда считала, что все контролируется генетикой", - говорит Сотторива, но эти результаты показывают, что "ответ не является строго генетическим".
Сотторива утверждает, что хотя некоторые вариации могут быть вызваны транскрипционными помехами, поскольку экспрессия генов постоянно колеблется в клетках, он подозревает, что микросреда клеток также играет большую роль, а такие факторы, как гипоксия или присутствие макрофагов, влияют на транскрипционные программы. Раковые клетки "могут пластично адаптироваться к самым разным условиям", - отмечает он.
Это может иметь последствия для возникновения устойчивости к лечению, добавляет Сотторива. Часто, когда рак не отвечает на химиотерапию или таргетную терапию, действуют транскрипционные механизмы, на которые влияет микроокружение опухоли, объясняет он, например, механизмы, лежащие в основе аутофагии, старения или покоя. "Это означает, что многие эволюционные модели должны быть адаптированы к этому, потому что большое количество фенотипического разнообразия, которое может вызвать устойчивость к лекарственным препаратам, не [основано] на генетике".
МакГранахан согласен с тем, что очевидная большая роль негенетических вариаций среди раковых клеток может повлиять на эффективность лечения, особенно если целевая терапия выбирается на основе конкретной мутации, обнаруженной в раке. "Поскольку мы видим это в генетике, мы делаем предположение, что именно она является движущей силой опухоли. Но они также предполагают, что в некоторых случаях... то, что мы назвали бы водителем, на самом деле является пассажиром".
Одна из оговорок, добавляет МакГранахан, заключается в том, что в исследовании проводился суммарный анализ образцов опухоли, что означает, что в него были включены некоторые иммунные клетки и другие здоровые клетки. "В конечном счете... я думаю, что анализы единичных клеток очень, очень помогут". Сотторива согласен с тем, что методы анализа отдельных клеток могут дать дополнительные сведения, но отмечает, что для получения достаточного количества данных исследователям потребуется гораздо большее количество образцов, поскольку экспрессия генов меняется со временем, а геномные последовательности, полученные из отдельных клеток с помощью современных анализов, "почти всегда" неполные.
По словам МакГранахана, еще одним продолжением исследования могло бы стать повторение подобных исследований с использованием большего числа пациентов с различными типами рака. "То, что они сделали здесь - это здорово, потому что они заглянули очень глубоко, но это обязательно означает, что они рассматривают только [небольшое количество] пациентов".
Тем не менее, добавляет он, это исследование - важный первый шаг в рассмотрении вариаций рака за пределами генома. "Учитывая, что эволюция действует на фенотип, а не на генотип, мы должны начать понимать... насколько эта генетика функционально значима для эволюции опухоли". Сотторива разделяет это мнение.
"В то время как генетика закладывает основу для развития рака, она не пишет сценарий".
Jacob Househam et al. Фенотипическая пластичность и генетический контроль в эволюции колоректального рака (аннотация).
Генетические и эпигенетические вариации, наряду с транскрипционной пластичностью, способствуют внутриопухолевой гетерогенности. Взаимодействие этих биологических процессов и их соответствующий вклад в эволюцию опухоли остаются неизвестными.
В данном исследовании мы показали, что внутриопухолевое генетическое происхождение лишь в редких случаях влияет на характеристики экспрессии генов и эволюцию субклонов при колоректальном раке (КРР). Используя пространственно разрешенное парное секвенирование всего генома и транскриптома, мы обнаружили, что большинство внутриопухолевых вариаций в экспрессии генов не являются сильно наследуемыми, а скорее "пластичными". Анализ соматических локусов количественных признаков экспрессии выявил ряд предполагаемых генетических регуляторов экспрессии посредством цис-действующих кодирующих и некодирующих мутаций, большинство из которых были клональными в пределах опухоли, наряду с частыми структурными изменениями. Последовательный вычислительный анализ пространственной структуры филогенеза опухолей показал, что значительная часть КРР не демонстрирует признаков субклонального отбора, и только подмножество предполагаемых генетических факторов связано с расширением субклонов. Пространственное смешение клонов является обычным явлением, при этом некоторые опухоли растут экспоненциально, а другие - только на периферии.
В совокупности наши данные позволяют предположить, что большинство генетических внутриопухолевых вариаций при КРР не имеют серьезных фенотипических последствий и что транскрипционная пластичность, напротив, широко распространена в пределах опухоли.
