如何查明癌細胞是否會變得具有攻擊性？

賓夕法尼亞大學的研究人員，使用一種基于CRISPR-Cas9系統的新技術，來精確追蹤癌細胞的譜系。他們發現一個克隆（用大圓圈表示）開始支配轉移細胞。通常是癌癥的擴散，而不是原始腫瘤，導致這種疾病更致命的風險。“然而，轉移是癌癥生物學中、更不為人知的方面之一，”醫學博士KamenSimeonov說。

在一項新研究中，由Simeonov和獸醫學院教授ChristopherLengner領導的團隊通過跟蹤轉移細胞的發展，在加深這種理解方面取得了長足的進步。他們的工作使用胰腺癌小鼠模型和尖端技術，來追蹤單個癌細胞的譜系和基因表達模式。他們在出現的細胞中發現了一系列攻擊性，其中細胞可能在一端留在原發腫瘤處，而那些更有可能移動到新部位并在另一端定植其他組織。研究人員發現，在轉移并在胰腺以外的組織和器官中生長的細胞中，大多數細胞具有共同的譜系。“通過構建用于體內探測癌癥轉移的精確工具，我們能夠觀察到以前無法獲得的信息類型，”Simeonov說。

“我們能夠使用這種譜系追蹤方法，根據細胞的轉移程度對細胞進行排序，然后將這些行為差異與基因表達變化聯系起來。”該小組的研究結果，發表在《癌細胞》雜志上，表明不僅基因突變可以推動癌癥的擴散；單細胞RNA分析結果強調了基因表達模式，哪些基因細胞打開和關閉，在疾病結果中起著關鍵作用。

雖然科學家們已經描述了數百種，與驅動正常細胞癌變相關的基因突變，但他們在識別使癌細胞發生轉移的突變方面，并沒有取得同樣的成功。一種可能性，可能是該過程取決于突變以外的因素，或者取決于聚集在一起的如此多的異常，以致于簽名難以解決。為了更好地了解伴隨轉移的生物學變化，Simeonov、Lengner及其同事旨在使用進化的條形碼（也稱為CRISPR譜系追蹤）仔細跟蹤這一過程，從而能夠重建細胞系譜。他們將其與單細胞RNA測序相結合，以獲得每個細胞中開啟的基因的圖片。

為了追蹤譜系，研究人員開發了一種新方法，使用CRISPR/Cas9來誘變合成引入的DNA序列，作為細胞條形碼。然后將這些工程化的癌細胞注射到小鼠體內并使其轉移。當癌癥在宿主小鼠中發展和擴散時，細胞條形碼被CRISPR/Cas9隨機“編輯”。Simeonov說，由此產生的條形碼編輯模式，可用于“重建癌細胞的系統發育樹，因為它們已經在全身擴散和轉移。”

研究人員觀察了兩只小鼠多個器官的大約28，000個癌細胞，能夠看到隨著癌癥從胰腺擴散到其他器官和組織，每個細胞都開啟了哪些基因。他們還追蹤了細胞在體內分布的位置，以查看特定譜系是否比其他譜系更容易發生轉移。“因此，對于所有這些細胞，我們知道它們在體內的位置，我們有一個衡量它們轉移程度的指標，然后我們還有它們的轉錄組，”或RNA分子目錄，Simeonov說。

“這個基因家族的表達，似乎在不同的群體中傳播，并增強了在可能與EMT互補的過程中轉移的能力，”Simeonov說。在未來的工作中，Simeonov、Lengner及其同事希望進一步研究轉移過程，同時探索應用這種譜系追蹤工具的新途徑，例如檢查發育過程、干細胞生物學或再生過程，肺或腸組織。“我們希望，我們的方法能夠探索和回答以前無法解決的問題，”Simeonov說。