Биологи научились следить за раковыми клетками в режиме реального времени
Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Смертность от онкологических заболеваний в основном связана со способностью раковых клеток метастазировать — пускать корни по всему телу. При этом медикам далеко не всегда понятно, где берет начало этот процесс.
Исследователи во главе с Джонатаном Вайсманом (Jonathan Weissman), научным сотрудником Института биомедицинских исследований Уайтхеда и Медицинского института Говарда Хьюза и профессором биологии Массачусетского технологического института разработали метод определения происхождения метастатических клеток, позволяющий понять пути распространения опухоли.
"С помощью этого метода можно получить ответы на вопросы, как часто конкретная опухоль дает метастазы, откуда взялись эти метастазы и куда они уходят, — приводятся в пресс-релизе Института Уайтхеда слова Вайсмана. — Имея возможность проследить историю опухоли in vivo, можно обнаружить различия в биологии опухоли, которые иначе были бы недоступны".
Форма представления результатов нового метода очень похожа на предельно детализированные генеалогические древа, которые используют биологи-эволюционисты. Изучая их ветви, можно отследить место и время образования раковой клетки и увидеть, как она распространяла свое потомство по различным частям тела, отмечают ученые.
Для отслеживания происхождения раковых клеток авторы сравнивали общие мутации и другие вариации в схемах ДНК. Но, вместо того чтобы просто надеяться встретить маркеры-мутации, специфичные для линии клеток, они решили использовать технологию CRISPR для добавления таких маркеров.
"По сути, идея состояла в том, чтобы сконструировать клетку, имеющую геномную блокнотную ДНК, которую можно "записать" с помощью CRISPR, — объясняет Вайсман. — Эта "запись" в геноме сделана таким образом, что она становится наследуемой, то есть внучатый потомок клетки будет иметь "запись" своих родительских и прародительских клеток, записанных в его геноме".
Чтобы создать эти особые "блокнотные" клетки, авторы сконструировали раковые клетки человека, в которые добавили гены: один для бактериального белка Cas9 — знаменитых "молекулярных ножниц", используемых в методах редактирования генома CRISPR; другой — для светящихся белков, которые нужны для отслеживания клеток под микроскопом.
Затем они имплантировали мышам тысячи модифицированных раковых клеток человека, имитирующих опухоль легких. Опухоли легких часто демонстрируют агрессивные метастазы, поэтому исследователи решили, что они будут хорошей моделью для отслеживания прогрессирования рака в режиме реального времени.
Когда клетки начали делиться, Cas9 сделал небольшие разрезы в целевых сайтах. Во время ремонта разрезов клетка исправляла или удаляла несколько случайных нуклеотидов, что приводило к уникальной последовательности восстановления.
"Это совершенно новый способ взглянуть на поведение и эволюцию опухоли. Мы думаем, что его можно применить ко многим различным проблемам биологии рака", — говорит ученый.
Авторы отмечают, что возможность идентифицировать гены, связанные с метастазами, поможет ответить на вопросы о том, как опухоли развиваются и адаптируются. А с терапевтической точки зрения своевременное выявление центров метастазирования позволит медикам сосредоточить лечение рака на этих местах и замедлить распространение опухоли.