Назад
Происхождение семи видов рака почки, включая несколько редких подтипов, было выявлено исследователями из Института Сэнгера.
Полученные результаты подтверждают, что эти виды рака берут свое начало в специфических формах клеток развития, присутствующих в созревающем плоде. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, использовались вычислительные методы для анализа существующих данных и точного определения "клеточных сигналов", подаваемых различными видами рака при их возникновении. Этот метод обещает стать инструментом для диагностики пациентов с редкими видами рака - в ходе исследования загадочный рак почки одного из пациентов был идентифицирован как опухоль Вильмса путем изучения его клеточных сигналов.
Все раковые опухоли возникают из нормальных клеток, которые начали бесконтрольно размножаться. Сравнивая паттерны экспрессии генов в раковых и нормальных клетках, можно узнать об особенностях происхождения и поведения каждой опухоли. Этот вид анализа стал возможен благодаря появлению секвенирования мРНК одиночных клеток - технологии высокого разрешения, которая позволяет идентифицировать различные типы клеток, присутствующих в ткани, по генам, экспрессируемым отдельными клетками. В предыдущих исследованиях эти методы использовались для сравнения нормальной и больной ткани при некоторых наиболее распространенных видах рака почки, однако проведение секвенирования отдельных клеток при многих сотнях опухолей было бы недостижимо.
В данном исследовании ученые прибегли к вычислительным методам, чтобы изучить справочные данные Human Cell Atlas (HCA)* и базы данных по экспрессии опухолевых генов. Они оценили сигналы мРНК в 1300 детских и взрослых опухолях почек, охватывающих семь различных типов опухолей, чтобы изучить происхождение этих раковых заболеваний**. Результаты подтвердили, что детские раковые заболевания возникают в процессе развития, после ошибок на пути определенного типа клеток к стадии зрелости. В отличие от них, рак почки у взрослых возникает из зрелых типов клеток и в подавляющем большинстве случаев не возвращается к развивающейся модели экспрессии генов. Также было обнаружено, что каждый тип рака демонстрирует уникальные "клеточные сигналы", или паттерны экспрессии генов, которые могут быть использованы для их классификации в будущем.
Мэтью Янг, первый автор исследования говорит: "Долгое время считалось, что детские опухоли имеют "фетальное" происхождение. Теперь мы можем заменить это расплывчатое определение точным количественным измерением клеточных сигналов, которые демонстрируют различные типы опухолей".
"Наш анализ также опровергает теорию о том, что взрослые опухоли возвращаются в состояние развития, если только они не являются высоколетальным подтипом взрослого рака почки".
Исследование проливает свет на поведение и происхождение некоторых подтипов опухолей почек, редкость которых затруднила бы их изучение. Это врожденная мезобластическая нефрома, светлоклеточная саркома почки, злокачественная рабдоидная опухоль почки и хромофобная почечно-клеточная карцинома. Метод, впервые примененный в исследовании, также помог классифицировать опухоль одного пациента, которую врачи не смогли полностью диагностировать.
Карин Стратхоф, старший автор исследования рассказывает: "Иногда невозможно полностью диагностировать детский рак почки обычными методами, что может повлиять на нашу способность выбрать оптимальный курс лечения. Один из образцов, использованных в данном исследовании, был взят у ребенка с одной из таких недиагностированных опухолей. Но, проанализировав гены, экспрессируемые опухолевыми клетками, мы смогли распознать в нем опухоль Вильмса. Я надеюсь, что в будущем этот подход можно будет использовать в подобных случаях".
В недавних исследованиях ученые определили происхождение отдельных детских раковых опухолей, таких как нейробластома, используя секвенирование мРНК единичных клеток в небольшом количестве опухолей. В данном случае вычислительный анализ имеющихся данных был использован для определения происхождения более крупных групп детских раковых заболеваний.
Сэм Бехджати, старший автор исследования отмечает: "Этот вычислительный подход с использованием существующих баз данных не только подтверждает предыдущие результаты о происхождении детского рака почки, но и предоставляет новый способ расширить это исследование на гораздо большее число опухолей и редкие виды рака. Я считаю, что успех этого подхода может послужить образцом для изучения поведения и происхождения всего спектра рака человека".
Примечания:
* Секвенирование РНК единичных клеток (scRNAseq), используемое для оценки того, какие гены активны в отдельных клетках, может применяться к миллионам клеток одновременно и генерирует огромное количество данных. Проект Human Cell Atlas использует такие методы для выявления и описания всех типов клеток, присутствующих в организме или популяции.
** Групповые транскриптомы - это совокупность экспрессии генов как опухолевых, так и нормальных клеток.
В исследовании анализировались следующие типы рака:
- Врожденная мезобластическая нефрома (ВМН)
- Нефробластома (также известная как опухоль Вильмса)
- Светлоклеточная саркома почки (CCSK)
- Злокачественная рабдоидная опухоль почки (MRTK)
- Светлоклеточная почечно-клеточная карцинома (ccRCC)
- Папиллярная почечно-клеточная карцинома (pRCC), подтипы тип 1 и тип 2
- Хромофобная почечно-клеточная карцинома (ChRCC), подтип "Метаболически дивергентная ChRCC"
Matthew D. Young et al. Сигналы мРНК, исходящие от единичных клеток, в опухолях почек человека (аннотация).
Опухолевые клетки могут разделять некоторые паттерны экспрессии генов со своими исходными клетками, что дает ключ к разгадке состояния дифференцировки и происхождения рака. В данном исследовании мы изучаем состояние дифференцировки и клеточное происхождение 1300 детских и взрослых опухолей почек. Используя эталонные карты мРНК отдельных клеток нормальных тканей, мы количественно определили эталонные "клеточные сигналы" в каждой опухоли. Количественно оценивая глобальную дифференцировку, мы обнаружили, что в детских опухолях наблюдаются фетальные клеточные сигналы, заменив предположение о "фетальности" количественной мерой незрелости.
Напротив, в раковых опухолях взрослых наша оценка опровергает предположение о дедифференцировке в сторону фетального состояния в большинстве случаев. Мы обнаружили тесную связь между развивающимися мезенхимальными популяциями и детскими почечными опухолями. Мы демонстрируем диагностический потенциал нашего подхода на примере опухоли почки. Наши результаты дают клеточное определение почечных опухолей человека с помощью подхода, который широко применим к раку человека.
