單細胞測序揭示微轉移乳腺癌細胞的起源

前沿進展 | 單細胞測序揭示微轉移乳腺癌細胞的起源

微轉移是指存在于淋巴結、骨髓和血循環中,但常規臨床病理學和影像學方法不能檢出的非血液系統惡性腫瘤的轉移,一般定義為以單個細胞或微小細胞團形式存在的隱匿性轉移。骨髓中的微轉移細胞被稱為彌散性腫瘤細胞,對乳腺癌患者具有獨立的預后價值。

挪威奧斯陸大學醫院Bj?rn Naume帶領的國際研究小組使用單細胞測序分析了從乳腺癌患者骨髓中分離的、疑似存在微轉移(micro-metastases)的細胞。他們對來自6名乳腺癌患者骨髓中的63個單細胞進行基因組測序,將這些細胞中的拷貝數異常與來自患者原發性腫瘤的細胞進行比較,發現一小部分細胞是彌散性腫瘤細胞(disseminated tumor cell,DTC),這項研究結果發表在《Genome Biology》上。通過重建這些細胞的系統發生(phylogeny)過程,進一步分析了這些細胞是如何產生的。

文章共同第一作者,來自倫敦弗朗西斯·克里克研究所(Francis Crick Institute)的Jonas Demeulemeester表示,“彌散性腫瘤細胞在重新活化并產生新的腫瘤或轉移之前,可以潛伏多年不被發現,而且通常對治療具有抗性?!?/p>

 

單細胞全基因組測序發現彌散性腫瘤細胞

基于免疫細胞化學染色,研究者們從6名乳腺癌患者的7份骨髓抽吸物中分離出單個細胞,其中6份抽吸物樣本是在診斷時收集,1份是在診斷后3年獲取。同時,研究人員從抽吸物中收集了7份對照細胞,還從其中一名患者中收集了同步腋窩淋巴結轉移樣本。根據它們的形態特征,這些細胞被分成腫瘤細胞、疑似造血細胞、造血細胞,以及不確定的細胞群。

所有63個細胞的基因組經過擴增后,進行全基因組測序,測序覆蓋深度為1.7X。其中11個細胞中檢測到的拷貝數變異模式,與患者原發性腫瘤或淋巴結轉移中的模式相似,這說明它們是真正的彌散性腫瘤細胞。研究人員指出,根據細胞形態特征也能判斷這11個細胞中大部分是腫瘤細胞。這些彌散性腫瘤細胞來自3名患者,她們后來都出現了腫瘤遠端轉移。

Demeulemeester說,“這些之前被認為是癌癥細胞的細胞中,只有一部分是真的來自原發性腫瘤。因此,進一步細化指標意味著更準確的預后和更加定制化的治療,可避免過度治療或者治療不足?!?/p>

 

外顯子組測序分析彌散性腫瘤細胞是如何產生的

但是這些細胞的擴散方式仍然未知,關于細胞的擴散方式有兩種理論:一種認為DTC很早就脫離腫瘤的起源位點并獨立進化,另一種則認為這些細胞是比較晚的時候從亞克隆上脫離,因此具有與原發性腫瘤大致相似的基因組。

為了重建彌散性腫瘤細胞的可能擴散途徑,研究人員對患者的原發性腫瘤、相匹配的正常血細胞和一名患者的淋巴結轉移進行外顯子組測序,平均測序深度約35X。他們在7個腫瘤外顯子組中發現了239個體細胞替換突變,其中103個是非同義突變。利用這些突變作為指導,研究人員重建了3名患者腫瘤的系統發生過程。

在其中一名患者中,研究人員發現原發性腫瘤具有1q和17q DNA克隆增益(DNA gains),以及4號染色體丟失和一些片段缺失。該患者的腫瘤亞克隆還具有1q臂增益。同時,來自該患者的DTC雖然沒有亞克隆增益或者任何DTC特異性拷貝數變異,但具有所有克隆拷貝數變異(copy number aberrations,CNA)。在第二名患者中,DTC具有原發性腫瘤的所有克隆CNA以及亞克隆增益。

在第三名淋巴結轉移患者的DTC中,他們發現了更復雜的進展模式。該患者的DTC起源于淋巴結轉移的多個亞克隆。此外,診斷后3年獲得的DTC具有淋巴結轉移中發現的所有克隆變異,甚至更多。這說明它們起源于淋巴結轉移的亞克隆,在治療中得以存活并繼續進化。研究人員表示,這些結果支持乳腺癌細胞在較晚時候向骨髓擴散的理論。

作者們寫道,“雖然我們的樣本量較小,還需要進一步深入研究,但是這些結果說明,在這些轉移性克隆出現之前若能進行早期檢測,可以改善診斷和治療?!?/p>

參考文獻:Tracing the origin of disseminated tumor cells in breast cancer using single-cell sequencing. DOI:10.1186/s13059-016-1109-7

 

文章轉自測序中國

 



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