Sinusubaybayan ng mga siyentipiko ang pinakamaagang pisikal na pagbabago sa mga selula na nagdudulot ng kanser

Kapag na-diagnose ang cancer, marami nang mga kaganapan sa cellular at molekular na antas na hindi napapansin. Bagama't ang kanser ay inuri sa maaga at huli na mga yugto para sa mga klinikal na layunin, kahit na ang isang "maagang" tumor sa yugto ay resulta ng maraming nakaraang pagbabago sa katawan na hindi natukoy.

Ngayon, ang mga siyentipiko sa Yale University School of Medicine (YSM) at kanilang mga kasamahan ay nakakuha ng detalyadong insight sa ilan sa mga naunang pagbabagong ito, gamit ang malakas na high-resolution na microscopy upang subaybayan ang pinakaunang mga pisikal na pagbabago na nagdudulot ng kanser sa mga selula ng balat ng mouse.

Sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga daga na may mutation na nagsusulong ng kanser sa kanilang mga follicle ng buhok, natuklasan ng mga siyentipiko na ang mga unang palatandaan ng pagbuo ng kanser ay nangyayari sa isang tiyak na oras at lugar sa paglaki ng mga follicle ng buhok ng mga daga. Higit pa rito, nalaman nila na ang mga pagbabagong ito sa precancerous ay maaaring i-block ng mga gamot na kilala bilang MEK inhibitors.

Ang koponan ay pinamunuan ni Tianchi Xin, PhD, isang research associate sa YSM Department of Genetics, at kasama sina Valentina Greco, PhD, isang propesor ng genetics sa YSM at isang miyembro ng Yale Cancer Center at ang Yale Stem Cell Center, at Sergi Regot, PhD, isang associate professor ng molecular biology at genetics sa Johns Hopkins School of Medicine.

Ang mga resulta ng kanilang pananaliksik ay inilathala sa journal Nature Cell Biology.

Pinag-aralan ng mga siyentipiko ang mga daga na nagkakaroon ng cutaneous squamous cell carcinoma, ang pangalawang pinakakaraniwang uri ng kanser sa balat sa mga tao. Ang mga daga na ito ay genetically modified na may mutation na nagpo-promote ng cancer sa KRAS gene, na isa sa mga pinakakaraniwang mutated oncogenes sa mga cancer ng tao. Ang mga mutasyon ng KRAS ay natagpuan din sa mga kanser sa baga, pancreatic, at colorectal.

Ang mga maagang pagbabago na pinag-aralan ng mga siyentipiko ay kasama ang paglaki ng isang maliit, abnormal na bukol sa follicle ng buhok, na inuri bilang isang precancerous abnormality. "Ang pag-unawa sa mga maagang kaganapang ito ay maaaring makatulong sa amin na bumuo ng mga diskarte upang maiwasan ang pagbuo ng kanser sa kalaunan," sabi ni Xin, ang unang may-akda ng pag-aaral.

Bagama't nakatuon ang kanilang pag-aaral sa kanser sa balat, naniniwala ang mga mananaliksik na ang mga prinsipyong natuklasan nila ay maaaring mailapat sa maraming iba pang mga kanser na dulot ng mga mutasyon ng KRAS dahil ang mga pangunahing gene at protina na kasangkot sa mga prosesong ito ay pareho sa mga tumor.

Higit pa sa paglaganap ng cell Sa parehong mga tao at daga, ang mga follicle ng buhok ay patuloy na lumalaki, naglalagas ng lumang buhok at bumubuo ng mga bago. Ang mga stem cell, na may kakayahang umunlad sa iba't ibang uri ng cell, ay may malaking papel sa proseso ng pag-renew na ito. Ipinakita ng mga nakaraang pag-aaral na ang mga mutasyon ng KRAS ay humantong sa pagtaas ng paglaganap ng stem cell sa mga follicle ng buhok, at ang malaking pagtaas ng mga stem cell na ito ay naisip na responsable para sa precancerous tissue disorder.

Ang KrasG12D ay nag-uudyok ng spatiotemporal na tiyak na mga pagpapapangit ng tisyu sa panahon ng pagbabagong-buhay ng follicle ng buhok.
A. Schematic ng genetic approach para ma-induce ang KrasG12D sa hair follicle stem cell gamit ang tamoxifen-inducible Cre-LoxP (TAM) system.
B. Schematic na nagpapakita ng timing ng KrasG12D induction at re-imaging na may kaugnayan sa mga yugto ng ikot ng buhok.
C. Mga larawan ng kinatawan ng wild-type na tahimik at lumalaking mga follicle ng buhok na naglalaman ng Cre-inducible tdTomato (Magenta) na reporter pagkatapos ng induction.
D. Mga larawang kinatawan ng kontrol at KrasG12D na mga follicle ng buhok sa iba't ibang yugto ng ikot ng buhok. Ang pagpapapangit ng tissue bilang tubercles sa outer root sheath (ORS) ay ipinahiwatig ng pulang tuldok na linya.
E. Proporsyon ng mga follicle ng buhok ng KrasG12D na may pagpapapangit ng tissue sa iba't ibang yugto ng paglaki ng follicle ng buhok.
F. Proporsyon ng mga pagpapapangit ng tissue na sumasakop sa itaas, ibaba, at bulbous na bahagi ng ORS para sa mga indibidwal na KrasG12D na mga follicle ng buhok.
Pinagmulan: Nature Cell Biology (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01413-y

Upang subukan ang ideyang ito, gumamit ang team ng isang espesyal na inhinyero na anyo ng mutated KRAS na maaari nilang i-activate sa mga partikular na oras sa mga selula ng balat ng mga follicle ng buhok ng mga hayop. Gumamit si Xin at ang kanyang mga kasamahan ng microscopy technique na kilala bilang intravital imaging, na nagpapahintulot sa mga high-resolution na larawan ng mga cell na makuha sa vivo, at upang i-tag at subaybayan ang mga indibidwal na stem cell sa mga hayop.

Kapag ang KRAS mutation ay na-activate, ang lahat ng mga stem cell ay nagsimulang dumami nang mas mabilis, ngunit ang precancerous bump ay nabuo lamang sa isang tiyak na lokasyon sa follicle ng buhok at sa isang yugto ng paglaki, ibig sabihin na ang pangkalahatang pagtaas sa mga numero ng cell ay malamang na hindi ang buong kuwento.

Ang pag-activate ng mutation ng KRAS sa mga follicle ng buhok ay nagresulta sa mga stem cell na dumami nang mas mabilis, binabago ang kanilang mga pattern ng paglilipat at nahahati sa iba't ibang direksyon kumpara sa mga cell na walang mutation na nagpo-promote ng kanser.

Ang mutation ay nakakaapekto sa isang protina na kilala bilang ERK. Nagawa ni Xin na subaybayan ang aktibidad ng ERK sa real time sa mga indibidwal na stem cell sa mga buhay na hayop at natagpuan ang isang tiyak na pagbabago sa aktibidad ng protina na ito na dulot ng mutation ng KRAS. Napigilan din ng mga mananaliksik ang pagbuo ng precancerous na bukol gamit ang MEK inhibitor, na humaharang sa aktibidad ng ERK.

Pinahinto ng gamot ang mga epekto ng mutation sa paglipat at oryentasyon ng cell, ngunit hindi sa pangkalahatang paglaganap ng stem cell, ibig sabihin, ang pagbuo ng precancerous na kondisyon ay hinihimok ng unang dalawang pagbabagong ito, sa halip na tumaas na paglaganap ng cell.

Mga Precancerous na Pagbabago sa Konteksto Ang pagsubaybay sa mga epekto ng isang oncogenic mutation sa totoong oras sa isang buhay na organismo ang tanging paraan na natuklasan ng mga mananaliksik ang mga prinsipyong ito. Ito ay mahalaga dahil ang mga kanser ay hindi nabubuo sa isang vacuum - sila ay lubos na umaasa sa kanilang microenvironment upang lumaki at mapanatili ang kanilang mga sarili. Kailangan din ng mga siyentipiko na subaybayan hindi lamang ang pag-uugali ng mga indibidwal na selula, kundi pati na rin ang mga molekula sa loob ng mga selulang iyon.

"Ang diskarte na ginawa namin upang maunawaan ang mga oncogenic na kaganapan ay talagang tungkol sa pagkonekta sa mga kaliskis," sabi ni Greco. "Ang istraktura at mga diskarte na ginamit nina Dr. Xin at Dr. Regot ay nagbigay-daan sa amin na bumaba sa mga molekular na elemento, na nagkokonekta sa kanila sa sukat ng cellular at tissue, na nagbibigay sa amin ng isang resolusyon sa mga pangyayaring ito na napakahirap makamit sa labas ng isang buhay na organismo."

Nais na ngayon ng mga mananaliksik na sundin ang proseso sa loob ng mas mahabang panahon upang makita kung ano ang mangyayari pagkatapos mabuo ang mga paunang umbok. Nais din nilang pag-aralan ang iba pang mga oncogenic na kaganapan, tulad ng pamamaga, upang makita kung ang mga prinsipyong natuklasan nila ay naaangkop sa ibang mga konteksto.