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 likod nito sa mga antas ng cellular at molekular na nangyari nang hindi napapansin. Bagama't ang kanser ay inuri sa maaga at huling mga yugto para sa mga klinikal na layunin, kahit na ang isang "maagang" tumor ay resulta ng maraming nakaraang pagbabago sa katawan na hindi natukoy.

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

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

Ang koponan ay pinamunuan ni Tianchi Xin, Ph.D., isang postdoctoral fellow sa YSM Department of Genetics, at kasama si Valentina Greco, Ph.D., isang YSM Professor of Genetics at isang miyembro ng Yale Cancer Center at ang Yale Stem Cell Center, at Sergi Regot, Ph.D., isang assistant professor ng molecular biology at genetics sa Johns Hopkins School of Medicine.

Na-publish ang mga resulta ng kanilang pananaliksik sa journal Nature Cell Biology.

Napag-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 engineered para magkaroon ng cancer-promoting mutation 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 naunang pagbabago na pinag-aralan ng mga siyentipiko ay kinabibilangan ng paglaki ng isang maliit at abnormal na bukol sa follicle ng buhok, na nauuri bilang isang precancerous na abnormalidad. "Ang pag-unawa sa mga naunang kaganapang ito ay makakatulong sa amin na bumuo ng mga diskarte upang maiwasan ang pagbuo ng kanser sa kalaunan," sabi ni Xin, unang may-akda ng pag-aaral.

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

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

Ang KrasG12D ay nagdudulot ng mga spatiotemporal na partikular na pagpapapangit ng tissue 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. Diagram na nagpapakita ng timing ng KrasG12D induction at re-imaging kaugnay ng mga yugto ng cycle ng paglago ng buhok.
c. Mga kinatawan ng mga larawan ng ligaw na uri na nagpapahinga at lumalaking mga follicle ng buhok na naglalaman ng Cre tdTomato (Magenta) inducible reporter pagkatapos ng induction.
d. Mga larawan ng kinatawan ng kontrol at KrasG12D na mga follicle ng buhok sa iba't ibang yugto ng ikot ng paglago ng buhok. Ang pagpapapangit ng tissue sa anyo ng mga tubercles sa outer root sheath (ORS) ay ipinapahiwatig ng pulang tuldok na linya.
e. Proporsyon ng KrasG12D na mga follicle ng buhok na may tissue deformation sa iba't ibang yugto ng paglaki ng follicle ng buhok.
f. Proporsyon ng mga deformation ng tissue na sumasakop sa superior, inferior, 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 hypothesis na ito, gumamit ang team ng espesyal na idinisenyong 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 hayop. Gumamit si Xin at ang kanyang mga kasamahan ng microscopy technique na kilala bilang intravital imaging, na nagbibigay-daan sa mga high-resolution na larawan ng mga cell sa isang buhay na katawan at mga tag at sinusubaybayan ang mga indibidwal na stem cell sa mga hayop.

Kapag na-activate ang KRAS mutation, ang lahat ng stem cell ay nagsimulang dumami nang mas mabilis, ngunit ang precancerous bump ay nabuo lamang sa isang partikular na lokasyon sa follicle ng buhok at sa isang yugto ng paglaki, ibig sabihin ay malamang na ang kabuuang pagtaas ng cell number ay hindi. Hindi ang buong kwento.

Ang pag-activate ng mutation ng KRAS sa mga follicle ng buhok ay nagresulta sa paglaki ng mga stem cell nang mas mabilis, pagbabago ng kanilang mga pattern ng paglipat, at paghahati sa iba't ibang direksyon kumpara sa mga cell na walang mutation na nagpo-promote ng kanser.

Naaapektuhan ng mutation ang isang protina na kilala bilang ERK. Napagmasdan ni Xin ang aktibidad ng ERK sa real time sa mga indibidwal na stem cell sa mga buhay na hayop at natuklasan 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 bump gamit ang MEK inhibitor, na humaharang sa aktibidad ng ERK.

Pinigilan 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 dahil sa unang dalawang pagbabagong ito at hindi sa pagtaas ng paglaganap ng cell.

Mga precancerous na pagbabago sa konteksto Ang pagsubaybay sa mga epekto ng isang oncogenic mutation sa real time sa isang buhay na organismo ang tanging paraan upang matuklasan ng mga mananaliksik ang mga prinsipyong ito. Mahalaga ito dahil hindi nabubuo ang kanser sa isang vacuum - lubos itong nakadepende sa microenvironment nito upang lumaki at mapanatili ang sarili nito. Kailangan din ng mga siyentipiko na subaybayan hindi lamang ang pag-uugali ng mga indibidwal na cell, kundi pati na rin ang mga molekula sa loob ng mga cell na iyon.

"Ang diskarte na ginawa namin sa pag-unawa sa mga oncogenic na kaganapan ay talagang tungkol sa pagkonekta sa mga sukat," sabi ni Greco. "Ang balangkas at mga diskarte na ginamit ni Dr. Xin sa pakikipagtulungan kay Dr. Regot ay nagbigay-daan sa amin na lumipat sa mga molekular na elemento, na nag-uugnay sa mga ito sa sukat ng cellular at tissue, na nagbibigay sa amin ng resolusyon sa mga kaganapang ito na napakahirap makamit sa labas. Ang buhay na organismo."

Nais na ngayon ng mga mananaliksik na subaybayan ang proseso sa mas mahabang panahon upang makita kung ano ang mangyayari pagkatapos mabuo ang mga unang bump form. Gusto rin nilang pag-aralan ang iba pang mga oncogenic na kaganapan, gaya ng pamamaga, upang makita kung naaangkop sa ibang mga konteksto ang mga prinsipyong natuklasan nila.