确定癌细胞如何变得具有攻击性
通常是癌症的扩散，而不是原来的肿瘤，造成了这种疾病最致命的风险。
“然而，转移是最不为人所知的方面之一癌症医学博士卡门·西蒙诺夫说。宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的学生。
在一项新的研究中，由Simeonov和兽医学院教授Christopher Lengner领导的团队通过追踪转移性疾病的发展，在深化这一认识方面取得了长足的进步细胞。他们的工作使用了胰腺癌小鼠模型和尖端技术来追踪单个癌细胞的谱系和基因表达模式。他们发现出现的细胞具有一系列的攻击性，其中一些细胞可能留在原发肿瘤的一端，而另一些细胞则更有可能移动到新的位置，并在另一端的其他组织中定居。
研究人员发现，在最终转移并在胰腺以外的组织和器官中生长的细胞中，大多数具有共同的谱系。
Simeonov说:“通过建立一个精确的工具来探测体内的癌症转移，我们能够观察到以前无法获得的信息。”“我们能够使用这种谱系追踪方法根据细胞的转移程度对细胞进行排序，然后将这些行为差异与癌症联系起来基因表达变化。"
该小组的研究结果发表在该杂志上癌症细胞研究表明，不仅仅是基因突变可以驱动癌症的扩散;单细胞RNA分析结果强调了基因表达模式基因细胞的开启和关闭在疾病结果中起着关键作用。
融合新技术
虽然科学家们已经描述了数百种基因突变与驱动正常细胞癌变有关，他们在识别突变方面还没有取得同样的成功癌细胞转移性。
一种可能是，这一过程依赖于突变以外的因素，或者依赖于如此多的异常组合，以至于签名难以解决。
为了更好地了解伴随转移的生物学变化，Simeonov, Lengner和同事们旨在使用进化条形码(也称为CRISPR谱系追踪)仔细跟踪这一过程，这使得细胞家谱重建成为可能。他们将其与单细胞RNA测序相结合，以获得每个细胞中基因被激活的图像。
为了追踪谱系，研究人员开发了一种利用CRISPR/Cas9诱变合成引入的DNA序列的新方法，作为细胞条形码。然后将这些经过改造的癌细胞注射到老鼠体内，让其转移。当癌症在宿主小鼠中发展和扩散时，细胞条形码被CRISPR/Cas9随机“编辑”。Simeonov说，由此产生的条形码编辑模式可以用来“重建癌细胞在全身增殖和转移时的系统发育树”。
研究人员观察了两只老鼠的多个器官中大约28000个癌细胞，他们能够看到当癌症从胰腺扩散到其他器官和组织时，每个细胞打开了哪些基因。他们还追踪了细胞在体内传播的位置，以确定特定的谱系是否比其他谱系更容易转移。
Simeonov说:“因此，对于所有这些细胞，我们知道它们在体内的位置，我们有一个衡量它们转移程度的指标，然后我们也有它们的转录组，或RNA分子目录。”
攻击谱
当研究小组一起检查这些数据池时，他们惊讶地发现，大约一半的克隆，或不同的癌细胞群，仅限于原发肿瘤。
当他们观察已经扩散的克隆时，他们发现每只老鼠只有一个优势克隆。
Simeonov说:“令人惊讶的是，尽管使用了一种应该很容易转移的侵袭性癌细胞系，我们发现一个克隆控制了转移部位。”“我们希望克隆之间更加公平。”
这个优势克隆在转移中的转录组谱，以及其他从原发肿瘤扩散的克隆，彼此不同，也与局限于原发肿瘤的克隆不同。来自这个攻击性克隆的基因表达数据显示，它已经开启了与被称为epithelial-mesenchymal过渡(EMT)，这一过程被认为赋予了癌症一些侵略性。在整个克隆过程中，研究小组发现细胞在EMT谱中占据了不同的位置，从表达许多上皮基因到表达许多间充质基因。Simeonov说:“细胞似乎存在于EMT状态的连续体中。”
更具攻击性的细胞的基因图谱显示出许多与人类癌症相关的基因相匹配，其中一些已经预示着生存率降低。研究人员还发现，在第二只老鼠的一个特别具有攻击性的克隆中，与癌细胞特性(如细胞迁移和进出血管的能力)相关的一个基因家族，与其他克隆相比，显着过度表达。
Simeonov说:“这个基因家族的表达似乎在不同的人群中传播，并在一个可能与EMT互补的过程中增强转移的能力。”
在未来的工作中，Simeonov, Lengner及其同事希望进一步研究转移过程，同时探索应用这种谱系追踪工具的新途径，例如检查发育过程，干细胞生物学或肺或肠组织的再生。
Simeonov说:“我们希望我们的方法能够探索和回答以前无法解决的问题。”
