Kanser, ilerleyici genetik ve epigenetik değişiklikler tarafından yönlendirilen hücresel alt klonların dinamik etkileşimi ile karakterize olan evrimsel bir süreçtir. Bu dinamizm boyunca kanser hücreleri daha agresif büyümelerinin yanı sıra; komşu dokuları istila etme, bağışıklık sisteminden kaçma ve uzak bölgelere sıçrama (metastaz) yapabilme gibi özellikler kazanabilmektedir. Metastatik hücreler tümörün genişleyen alt klonlarından türetilmektedir. Kanser gelişiminde hangi hücre altı klonların seçildiği ve metastazın moleküler temellerini aydınlatmada filogenetik bir yaklaşım olarak soy izlemeden yararlanılabilmektedir. Soy izleme hücresel plastisiteyi ve evrimsel süreçlerini ortaya çıkaran bir yöntemdir. Gen kopya sayısı (CNV; kopya sayısı varyantları), bir bireyin genomunda bulunan bir genin kopya sayılarında bulunan farklılıklarından oluşan genetik karakter özelliklerini ifade etmektedir.
Yang ve arkadaşları çalışmalarında, tek hücreli RNA dizileme (scRNA-seq) aracılı okuma ile sürekli soy izleme yeteneğine sahip ve genetik olarak tasarlanmış KP-Tracer farelere ait akciğer kanseri modeli geliştirmiştir. Böylece tümörlerin iki alt kültürün ardındaki primer kültürünün dinamikleri, yayılmaya sebep olan gen modülleri, hücresel plastisitedeki geçici artışları, tümör genotipindeki saldırganlığa sebep olan evrimsel yolları ve metastazların filogenetik kökenleri tanımlanmıştır.
Bu çalışmada, yüksek çözünürlüklü tümör filogenileri oluşturmak için aylarca hücre soyu takibi yapabilen fare modelleri üzerinde deneyler yapılmıştır ve CNV’ler kullanılarak filogeniler oluşturulmuştur. Spesifik olarak iki temel bileşen içeren transpozon tabanlı soy izleme vektörleri farelere tanımlanmıştır. İlk olarak intBC olarak tanımlanan entegrasyon barkodu 14 baz çiftinden oluşan soy izleme hedef bölgelerine tek tek kodlanmıştır. Sonrasında Cas9’u hedeflenen üç ayrı kesim bölgesinin her birine yönlendirmek için tek kılavuz RNA’lar (sgRNAs) tanımlanmıştır. Daha sonra evrimsel davranışın belirli bir klona özgü olmadığından emin olmak için beş adet doğrulanmış KP-Tracer fare üretilmiştir.
KP-Tracer farelerinin tümör başlangıcı ve ilerlemesinde sürekli olarak yüksek çözünürlükte soy takibi yaptığı belirlenmiştir. Filodinamiğin ve transkriptomun entegrasyonu KP-Tracer fare modelindeki tümörler için gen programları ve hücre durumları arasındaki filogenetik ilişkilerin haritalanmasının tümör evrimindeki rolünü ortaya koymuştur. Bu bulgulara ek olarak; metastazların birincil tümörlerin genişleyen alt klonları içinde lokalize olanlardan kaynaklandığı saptanmıştır. Spesifik olarak, tespit edilen CNV’lerden çıkarılan düşük çözünürlüklü soylara rağmen, tümörlerin çoğunda alt klonal CNV’lerden gelen ilişkilerin, Cas9 soy izleme ağaçlarından çıkarılan korelasyon oranlarına önemli ölçüde benzer olduğu görülmüştür.
Bu çalışmada yapılan analizler, metastatik tümörlere dönüşen hücrelerde onkojenik mutasyonların aktifliğinden türeyen tümör evrimi modellerinin benzeri görülmemiş bir çözünürlükte takibini sağlamıştır. Böylece tümör filodinamiği, uygunluk, plastisite, paralel evrimsel yörüngeler, metastazın kökenleri ve tümör evriminin genetik belirleyicilerini birbirine bağlayan ilkeler ortaya çıkmıştır.
Sonuç olarak, tasarlanan fare modelinde CRISPR tabanlı bir soy izleyici kullanılarak tümörün evrimsel geçmişini, başlangıçtan sonuna kadar izlemek olanaklı hale gelmiştir. Böylece yüksek çözünürlüklü tümör soyu takibi evrimsel yolların, hücresel plastisitenin metastazlarının, kökenlerinin ve tümör baskılayıcılarının değişimindeki rolünün nicel çıkarımını mümkün kılmış ve tümör evrim modellemesinde yapılacak araştırmalara önderlik etmiştir.
Yazar: Buket Yüksekbaş
Editör: Elif Duymaz
Referans: Dian Yang, Matthew G. Jones, Santiago Naranjo, William M. Rideout III, Kyung Hoi (Joseph) Min,Raymond Ho, Wei Wu, Joseph M. Replogle, Jennifer L. Page, Jeffrey J. Quinn ,Felix Horns, Xiaojie Qiu, Michael Z. Chen, William A. Freed-Pastor, Christopher S. McGinnis, David M. Patterson ,Zev J. Gartner, Eric D. Chow, Trever G. Bivona, Michelle M. Chan, Nir Yosef, Tyler Jacks, Jonathan S. Weissman. (2022). Lineage tracing reveals the phylodynamics, plasticity, and paths of tumor evolution. Cell. https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.04.015
-Bioinforange Bilimsel Haber Servisi-
Haber Yazıları, 20> Etki Faktörlü Q1 dergilerinde yayınlanan (listesi için tıklayınız)
bilimsel araştırmaların ekip arkadaşlarımız tarafından incelenip derlenmesi ile hazırlanmaktadır.
