癌細(xì)胞可進(jìn)化出抗藥性、更具侵襲性和轉(zhuǎn)移性，并擴(kuò)散到身體的其他部位形成新的腫瘤。癌癥進(jìn)化的這些特征越多，它就越致命。研究人員想了解癌癥是如何演變的，從而進(jìn)行預(yù)防和治療。但當(dāng)癌癥被發(fā)現(xiàn)時(shí)，它通常已在患者身上存在數(shù)年甚至數(shù)十年，而關(guān)鍵的進(jìn)化時(shí)刻從沒(méi)有被觀察過(guò)。
美國(guó)懷特黑德研究所喬納森·韋斯曼和合作者開(kāi)發(fā)了一種可追蹤幾代癌細(xì)胞的新方法，使研究人員能夠分析它們的進(jìn)化歷史。這種譜系追蹤方法使用CRISPR技術(shù)為每個(gè)細(xì)胞嵌入可遺傳和可進(jìn)化的DNA條形碼。每次細(xì)胞分裂時(shí)，它的條形碼都會(huì)被輕微修改。當(dāng)研究人員最終收獲原始細(xì)胞的后代時(shí)，他們就可比較細(xì)胞的條形碼來(lái)重建每個(gè)細(xì)胞的“家譜”，就像相關(guān)物種的進(jìn)化樹(shù)一樣。研究人員使用了類似的方法來(lái)跟蹤新冠病毒的演變。
韋斯曼表示：“這是一種以更高的分辨率觀察癌癥進(jìn)化的新方法。以前，導(dǎo)致腫瘤危及生命的關(guān)鍵事件一直是不透明的，因?yàn)樗鼈冧螠缭谀[瘤遙遠(yuǎn)的過(guò)去中，但這為我們提供了了解這段歷史的窗口。”
為了從一開(kāi)始就追蹤癌癥，研究人員開(kāi)發(fā)了一種方法，可同時(shí)觸發(fā)細(xì)胞中的致癌突變并記錄細(xì)胞的發(fā)展過(guò)程。他們對(duì)小鼠進(jìn)行改造，當(dāng)它們的肺細(xì)胞暴露于一種特制的病毒時(shí)，會(huì)激活Kras基因中的致癌突變，并使細(xì)胞中的腫瘤抑制基因Trp53失活，同時(shí)激活譜系追蹤。小鼠模型經(jīng)過(guò)工程改造后，使得肺癌在其中的發(fā)展與在人類中的發(fā)展方式非常相似。
研究人員在收獲癌細(xì)胞之前讓癌細(xì)胞進(jìn)化了幾個(gè)月。然后他們使用之前開(kāi)發(fā)的算法，從修改后的DNA條形碼中重建細(xì)胞的家譜，還使用RNA測(cè)序測(cè)量了細(xì)胞中的基因表達(dá)，以表征每個(gè)細(xì)胞的狀態(tài)。有了這些信息，他們就可以“拼湊”這種類型的肺癌如何變得具有侵襲性和轉(zhuǎn)移性。
研究人員表示，揭示腫瘤細(xì)胞之間的關(guān)系，是理解它們的基因表達(dá)譜和深入了解侵襲性狀態(tài)出現(xiàn)的關(guān)鍵。
