精确定位癌细胞如何变得具有侵略性
造成癌症最致命风险的往往是癌症的扩散，而不是原始肿瘤。
“然而，转移是对癌症最不了解的方面之一癌症医学博士卡门·西蒙诺夫说。他是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领导的团队通过跟踪转移性的发展，在加深理解方面取得了长足的进展细胞．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，在新生细胞中出现了一系列的攻击性，一端的细胞可能会留在原发肿瘤的位置，另一端的细胞更有可能移动到新的位置，并在其他组织中定植。
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，大多数都有一个共同的谱系。
Simeonov说:“通过构建一种用于探测体内癌症转移的精确工具，我们能够观察到以前无法获得的信息类型。”“我们能够使用这种谱系追踪方法来根据细胞的转移程度对它们进行排名，然后将这些行为差异与之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的研究表明，不仅是基因突变可以推动癌症的扩散;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
科学家们已经鉴定了数百种基因突变与驱动正常细胞癌变有关，它们在识别突变方面并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在一起，以至于特征很难解决。
为了更好地了解伴随转移的生物学变化，Simeonov、Lengner和同事们的目标是使用进化条形码(也称为CRISPR谱系追踪)仔细跟踪这一过程，它可以重建细胞家谱。他们将其与单细胞RNA测序配对，以获得每个细胞中被打开的基因的图片。
为了追踪血统，研究人员开发了一种新方法，使用CRISPR/Cas9来诱变合成引入的DNA序列，作为细胞条形码。然后将这些经过改造的癌细胞注射到小鼠体内，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于“重建癌细胞在全身扩散和转移时的系统发育树。”
研究人员观察了两只小鼠多个器官中的大约2.8万个癌细胞，能够看到当癌症从胰腺扩散到其他器官和组织时，每个细胞正在开启哪些基因。他们还追踪了细胞在体内扩散的位置，以观察是否特定的谱系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。
攻击性谱系
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，局限于原发肿瘤。
当他们观察已经扩散的克隆时，他们在每只老鼠身上只发现了一个显性克隆。
Simeonov说:“令人惊讶的是，尽管使用了一种很容易转移的侵略性癌细胞系，但我们发现一个克隆主导了转移位点。”“我们希望克隆之间更加公平。”
转移瘤中这一优势克隆的转录组谱，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。来自这个侵略性克隆体的基因表达数据显示，它已经打开了与所谓的epithelial-mesenchymal过渡(EMT)，这一过程被认为赋予了癌症一些侵略性的特质。在整个克隆中，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:“细胞似乎存在于连续的EMT状态中。”
更具攻击性的细胞的基因图谱显示，与人类癌症相关的基因有许多匹配，其中一些基因可以预测生存率降低。研究人员还发现，在来自第二只小鼠的一个特别具有侵略性的克隆中，一个与癌症特性相关的基因家族，如细胞迁移和进出血管的能力，与其他克隆相比显著过表达。
Simeonov说:“这个基因家族的表达似乎在不同的人群中传播，并增强了转移的能力，这一过程可能与EMT互补。”
在未来的工作中，Simeonov、Lengner和同事们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道组织的再生。
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。”
