使用CRISPR技术、团队跟踪血统的单个癌细胞增殖和转移

当体内的癌症是局限于一个地方,医生可以经常把它与手术或其他治疗。与癌症相关的死亡率,然而,由于其转移的倾向,发出的种子本身也许扎根到全身。转移的确切时刻是短暂的,失去了数百万的分歧,发生在一个肿瘤。“这些事件通常无法实时监控,”乔纳森·怀特黑德研究所成员斯曼说。

Weissman领导的研究人员,同时也是麻省理工学院的生物学教授和霍华德休斯医学研究所的研究员,CRISPR工具变成一个方法做到这一点。在1月21日发表的一篇论文科学斯曼的实验室,与近红外光谱约瑟夫·合作,加利福尼亚大学的计算机科学家,伯克利和崔佛Bivona,癌症生物学家加州大学旧金山分校),治疗癌症细胞进化生物学家可能看看物种,映射出一个复杂详细的家谱。通过检查分支,他们可以跟踪细胞的谱系发现当一个肿瘤细胞的流氓,其后代蔓延到身体的其他部位。

“用这种方法,你可以问这样的问题,“这是肿瘤转移的频率?转移来自哪里?他们去哪里?”斯曼说。”,能够遵循肿瘤体内的历史,你揭示肿瘤的生物学差异,否则看不见。”

草稿纸细胞

科学家们追踪癌细胞在过去的血统比较突变和其他共享他们的DNA蓝图的变化。然而,这些方法在一定程度上依赖于有足够的自然发生突变或其他标记准确显示细胞之间的关系。

这就是斯曼和co-first作者杰弗里•奎因斯曼的实验室的一位博士后研究员,和马修·琼斯Weissman研究生的实验室,看到了一个机会来使用CRISPR technology-specifically,方法由Weissman实验室成员米歇尔·陈跟踪胚胎发展领域促进跟踪。

而不是简单地希望癌症家族包含足够的lineage-specific标记跟踪,研究人员决定用陈的方法添加标记。“基本上,我们的想法是工程师细胞基因组DNA便条簿,然后可以使用CRISPR“写”,“斯曼说。基因组中“写”在这样一种方式,它变得可遗传的,这意味着细胞grand-offspring将母公司的“写作”细胞和祖父母细胞记录在它的基因组。

创建这些特殊的“便条簿”细胞,Weissman改造人类癌症细胞与基因:一个用于细菌蛋白质Cas9-the著名的“分子剪刀”用于CRISPR基因组编辑methods-others发光显微镜,和几个序列作为目标CRISPR技术。

然后他们将成千上万的修改后的人类癌症细胞植入小鼠,模仿肺肿瘤(由合作者Bivona模型)。老鼠与人类肺肿瘤往往表现出积极的转移,因此,研究人员认为他们会提供一个好的模型实时跟踪癌症恶化。

当细胞开始分裂时,Cas9小削减这些目标网站。当细胞修复削减时,它修补或删除几个随机核苷酸,导致一个独特的序列称为indel修复。这个切割和维修发生随机几乎在每一代,创建一个地图的细胞分裂斯曼和团队可以跟踪使用特殊的计算机模型,他们由与约瑟夫·合作,一个计算机科学家。

揭示了无形的

跟踪细胞这种方式产生了一些有趣的结果。首先,单个肿瘤细胞远比研究人员预期的不同。细胞研究人员使用来自一个建立的人类肺癌细胞株A549。“你认为他们会相对同质的,“斯曼说。”,但事实上,我们看到了戏剧性的差异在不同肿瘤的倾向metastasize-even在同一个鼠标。一些非常小的转移事件,和其他人真的迅速跳来跳去。”

为了找出这个异质性来自,团队植入两个相同的细胞克隆不同的老鼠。随着细胞扩散,研究人员发现,他们的后代转移非常相似。并非如此不同细胞的后代从同一细胞线——原始细胞显然进化不同转移潜能细胞线保持在许多代。

科学家们接下来想知道基因负责之间的这种可变性癌细胞从相同的细胞系。所以他们开始寻找nonmetastatic之间基因表达不同,弱转移性和高转移性肿瘤。

许多基因脱颖而出,其中一些以前已知的与metastasis-although有关尚不清楚他们是否驱动转移或只是它的一个副作用。其中之一,蛋白质编码基因的角蛋白17日更强烈的表达在低比高转移性肿瘤转移性肿瘤。“当我们撞倒或过表达角蛋白17日我们显示这个基因是控制肿瘤的侵袭性,”斯曼说。

这样能够识别转移相关基因可以帮助研究人员回答问题如何肿瘤进化和适应。“这是一个全新的方式来看待一个肿瘤的行为和演化,“斯曼说。“我们认为可以应用于许多不同的癌症生物学的问题。”

你来自哪里,你在哪里去了?

Weissman CRISPR方法还允许研究人员跟踪的更多细节在转移的细胞在体内,当。例如,癌症细胞植入的后代接受转移五次,每次传播从左肺等组织正确的肺和肝。其他细胞跳转到不同的区域,然后再转移。

这些运动可以很好地映射在系统发育树(见图片),每一个颜色代表一个不同的位置。一个非常丰富多彩的树显示了一个高度转移表型,细胞的后代不同组织之间跳了很多次。树,主要是一种颜色代表一个转移性细胞。

映射肿瘤恶化以这种方式允许斯曼和他的团队做一些有趣的观察对转移的机制。例如,一些克隆的教科书,从左肺,他们开始,身体的不同部位。其他人播种更多的不规律,首先转移到其他组织再转移。

这样的一个组织,纵隔淋巴组织坐落在肺之间,似乎是一个枢纽,co-first作者杰弗里·奎因说。“作为中转站连接癌细胞的沃土,他们可以去殖民,”他说。

治疗,转移“中心”的发现这可能是非常有用的。“如果你关注癌症治疗在这些地方,你可以减缓或阻止转移首先,”斯曼说。

在未来,Weissman希望超越简单地观察细胞并开始预测他们的行为。”就像牛顿mechanics-if你知道速度和位置和所有的力量作用于一个球,你可以找出球随时会在不久的将来,“斯曼说。“我们希望用细胞做同样的事情。我们想要构建的函数是什么推动分化的肿瘤,然后可以衡量在任何给定的时间,并预测他们在未来。”

研究人员感到乐观,能够实时跟踪单个细胞的家庭树将被证明是有用的在其他设置。“我认为,这将开启一个全新的维度,我们考虑在生物学、可测量的量”co-first作者马修·琼斯说。“这是很酷的领域一般是我们重新定义什么是看不见的,什么是可见的。”

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