确定治疗小儿横纹肌肉瘤的候选药物靶点

确定治疗小儿横纹肌肉瘤(RMS)肿瘤的候选药物靶点
RMS的scRNAseq识别肌肉发育程序的异质性。(一)实验工作流程。(B)回归计数RNA数量、线粒体基因百分比和运行批处理效应后48,859个RMS细胞的UMAP图。细胞根据相应的样品来源进行颜色编码。(C)整合后48859个RMS细胞的UMAP图。所示为鲁汶聚类所识别的种群。(D)显示aRMS和eRMS样本中不同鲁汶聚类中谱系特异性标记基因表达的点图。(E)在RMS中确定的种群的骨骼肌生成模型。UMAP图以描述肌源性谱系进展的标记物的表达为基础进行着色。(F)整合后的RMS细胞UMAP图,并根据样本来源进行颜色编码。 (G) Relative proportion of Louvain clusters. Data are represented as means ± SEM; ordinary two-way analysis of variance (ANOVA) with uncorrected Fisher's least significant difference (LSD). *P < 0.05; **P < 0.01; ****P ≤ 0.0001. (H and I) Comparison of intratumoral heterogeneity between preclinical models of aRMS. O-PDXs and patient tumor data are derived from reference (36). UMAP plots of individual models (H) and of the integrated datasets (I) are shown. (J) Relative proportion of Louvain clusters across different aRMS preclinical models and patient tumors. Data are represented as means ± SEM of n = 6 patient tumors, n = 5 O-PDXs, n = 5 primary cultures, and n = 3 cell lines. Credit:科学的进步(2023)。DOI: 10.1126 / sciadv.ade9238

癌症生物学家尚未了解导致发育停滞的机制和细胞层次横纹肌肉瘤(RMS)——一组儿科癌症,至今仍是个谜。

在一份新的报告中科学的进步在美国、瑞士、法国、德国和西班牙,sarah G. Danielli和一个由肿瘤和儿童研究、干细胞生物学和儿童和青少年癌症转化研究部门的科学家组成的国际跨学科团队,结合了无数的生物学方法来了解RMS肿瘤发生的病因学和细胞基础。

团队合并单细胞RNA测序质量血细胞计数以及高含量的成像方法,以了解患者来源活检的肿瘤内多样性。侵袭性肺泡亚型(aRMS)含有可塑肌干细胞样细胞和肿瘤生长的前体,以及无增殖潜力的分化细胞亚群,从而导致更好的结果。

科学家们实施了化疗,并观察了疾病侵袭性肺泡版本的动态。然后,他们筛选了候选药物及其向临床有利亚人群传播疾病的能力,并确定了一种组合快速加速的纤维肉瘤(RAF)和丝裂原活化蛋白激酶(MEK)抑制剂诱导肌肉分化和抑制肿瘤生长。这些结果为发展疾病的生物学状态提供了见解,包括侵袭性,化疗耐药性和,同时识别Ras途径作为一个有前途的治疗靶点。

横纹肌肉瘤(RMS)

儿童癌症导致人类发展失调是导致疾病相关发病率和死亡率的主要原因儿童及青少年.单细胞技术的最新进展可以帮助描述肿瘤内多样性,并阐明几种癌症类型的表型可塑性,以突出它们作为肿瘤发生的新特征的作用。

研究人员正在研究儿童疾病的发育等级,以确定其起源,并开发针对细胞成分的有效治疗策略。横纹肌肉瘤是一种常见的儿童软组织肉瘤,发生于胚胎和肺泡(aRMS)亚型,其中后者因其恶性程度较高而更具侵袭性潜在的遗传基础

确定治疗小儿横纹肌肉瘤(RMS)肿瘤的候选药物靶点
CyTOF定义了高分辨率的RMS亚群。(A)海量细胞仪工作流程。(B)整合来自RMS原代培养的CyTOF数据集,使用X-shift算法聚类,并使用单细胞力定向布局进行可视化。(C)在aRMS和eRMS原代培养中,IdU检测Pax-7或肌生成蛋白的双轴点图。图以CD44表达量着色。(D) PDX肿瘤中Pax-7、肌原蛋白和MyHC标记物的免疫组化表达。信贷:科学的进步(2023)。DOI: 10.1126 / sciadv.ade9238

在目前的研究中,Danielli和他的同事们结合起来scRNA测序通过大规模细胞术和高含量成像分析来检查肿瘤细胞系和患者来源的异种移植的原代培养的瘤内异质性。

然后,研究小组通过包括RAS途径抑制剂在内的药物化合物库筛选了肺泡横纹肌肉瘤(aRMS)细胞命运的调节因子trametinibdabrafenibregorafenib来指导这些来区分。这种组合疗法可能抑制了患者来源的异种移植物中肿瘤的生长,为临床操纵RAS通路对抗患者的肿瘤发生提供了强有力的理论依据。

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RMS原代培养重现了分枝性肌源性轨迹。(A) aRMS(左)或eRMS(右)原代培养的PHATE降维图(t = 30, knn = 20)。黑线表示使用Slingshot计算的伪时间轨迹(起始群集:类musc);虚线箭头表示轨迹方向。细胞根据Slingshot(左)计算的伪时间值或确定的Louvain集群(右)进行着色。(B)综合RMS/人类发育骨骼肌(42)数据集在发育时间点或RMS子类型上的聚类分布。(C)综合aRMS原代培养/小鼠再生骨骼肌(32)数据集的PHATE降维图(t = 30, knn = 20)。aRMS细胞在鲁汶簇的基础上进行颜色编码;肌肉细胞在原始出版物中确定的集群的基础上着色。(D)基于CD44(绿色)或MYOG(橙色)表达(左图)着色的aRMS原代培养物PHATE降维图(t = 30, knn = 20)。 The two markers are mutually exclusive (right plot). (E) Flow cytometry analysis of sorted CD44+ and CD44− subpopulations in aRMS-3 cells. Unsorted reference is also shown. Data are represented as means of n ≥ 2 biological replicates. (F) Relative proportion of Louvain clusters across aRMS-1 and aRMS-3 cells before sorting. The percentage of differentiated cells in the CD44− subpopulation is shown. (G) Immunofluorescence analysis of MyHC expression 7 days after sorting of CD44+ and CD44− subpopulations in aRMS-1 cells. The percentage of MyHC+ cells is indicated on the top right of each panel. (H) Proposed model of aRMS hierarchical structure compared to developing or regenerating MuSCs. Credit:科学的进步(2023)。DOI: 10.1126 / sciadv.ade9238

使用单细胞RNA测序来识别不同的肌肉发育状态

研究人员使用了基于液滴的单细胞RNA测序通过分析14例患者来源的异种移植细胞和3种常规的肺泡横纹肌肉瘤细胞系,了解肿瘤细胞的瘤内多样性与之前的研究相比.研究小组通过选择起源于不同致癌亚型的疾病模型来增加患者间的变异性,包括诊断和复发患者中有或没有接受过预处理的原发性和转移性部位。

结果揭示了RMS肿瘤中含有的肌源性细胞如何在未成熟的转录状态下停滞,最终形成少数分化细胞。科学家们用同位素偶联抗体板对原代细胞培养物进行染色,分离出肌肉干样细胞,在蛋白质水平上证实了亚群的存在,他们使用单细胞RNA测序来确定肌肉生成的不同状态。

接下来,他们通过使用通过飞行时间检测细胞分析,其中研究结果表明aRMS细胞子集是特别感兴趣的。单细胞蛋白分析结果与转录组分析一致。

实验室中癌症表型的作用机制和治疗干预

研究小组证明了RMS癌症表型的作用机制,反映了发育、健康和再生骨骼肌干细胞样细胞命运的决定。他们通过基于的轨迹推断模型研究了这种关系弹弓而且PHATE数据可视化工具,用于想象高维生物数据的结构和转变。当科学家们将发育中的人类骨骼肌的单细胞RNA测序图谱投射到致癌单细胞转录组时;肿瘤细胞大多映射到从胚胎期过渡到胎儿期的肌肉细胞上。

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PAX3::FOXO1下调导致musc样和分化亚群。(一)工作流程示意图。(B) Rh4和KFR细胞的代表性WB与(+DOX)或(−DOX) DOX培养48小时。(C) PAX3基因KD后1978年Rh4和2589个KFR细胞的UMAP图::FOXO1。将含有shP3F1的细胞系用DOX (+DOX)培养48小时,诱导蛋白下调,并用scRNAseq进行分析。未暴露于DOX的控制线也被显示(−DOX)。UMAP图通过DOX曝光(左)或已识别特征的整体表达(色标)(右)着色。(D)提出的PAX3::FOXO1在aRMS细胞系中的异质性模型。当PAX3::FOXO1被去除后,分化块被释放,致癌环被破坏。循环祖细胞亚群消失,剩下的细胞显示出类似musc或分化的特征。 Credit:科学的进步(2023)。DOI: 10.1126 / sciadv.ade9238

科学家们指出,aRMS亚型的主要驱动因素是PAX3::FOX01融合基因;已知抑制肌源性分化。为了研究这些基因,研究小组使用了两个敲除的aRMS细胞系来对抗融合基因;这些治疗措施导致融合基因水平下降,以突出细胞系的基因敲除能力,要么进行分化,要么停止在肌肉干样状态,允许继续靶向治疗。一些本质上抵抗治疗的细胞系似乎也经历了细胞轨迹重新布线。

药物联合辨证治疗

研究人员观察了曲美替尼的作用机制,它劫持了耐药aRMS细胞系的细胞命运,并将这些细胞重新导向分化。筛选的药物部分TrametinibCobimetinib而且Erdafitinib诱导强健的肌源性分化。

因为单一疗法还没有成功,该团队确定了更有效的组合药物筛选,以证明曲美替尼诱导的抑制RAS途径结合英国皇家空军的抑制作为一种可行的aRMS治疗策略。

Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.ade9238">
确定治疗小儿横纹肌肉瘤(RMS)肿瘤的候选药物靶点
垂直抑制RAF-MEK-ERK级联增强曲美替尼诱导的分化并抑制aRMS肿瘤生长。(A)曲美替尼增强药物对曲美替尼诱导分化的影响排名前20位。0分代表曲美替尼单独的基线评分;阳性评分的药物增强曲美替尼诱导的分化。N = 2个生物重复。(B) aRMS-1细胞暴露于车辆对照、10 μM达格拉非尼(Dabr)、1 μM瑞格拉非尼(Regor)、10 nM曲美替尼(Tram)或指示组合72小时的免疫荧光定量分析;带未校正Fisher’s LSD的普通双向方差分析。(C)体内验证实验示意图。(D)在使用曲美替尼(5mg /kg)、瑞格雷非尼(15mg /kg)或其组合(上行)或曲美替尼(1mg /kg)、达拉非尼(15mg /kg)或其组合(下行)进行体内治疗后,aRMS-1 PDX肿瘤中免疫组化测定的MyHC表达。(E) aRMS-1 PDX肿瘤的qRT-PCR分析; ordinary two-way ANOVA with uncorrected Fisher's LSD. (F) Monitoring of tumor growth in mice that were injected with aRMS-1 cells and treated with vehicle, trametinib (5 mg/kg), regorafenib (15 mg/kg), or their combination for two cycles (gray bars); ordinary two-way ANOVA with Dunnett's multiple comparison correction. (G) Waterfall plot showing the change in tumor volume in mice treated with vehicle, trametinib (5 mg/kg), regorafenib (15 mg/kg), or their combination, at the end of the treatment period (day 12). Mice marked with "*" had to be euthanized before the treatment end point due to toxicity. (H) Proposed model of trajectory rewiring in aRMS following treatment with the MEK inhibitor (MEKi) trametinib in combination with the RAF inhibitor (RAFi) regorafenib or dabrafenib. *P < 0.05; **P < 0.01; ***P < 0.001; ****P ≤ 0.0001. Data points are represented as means ± SEM of the indicated number of biological replicates. Credit:科学的进步(2023)。DOI: 10.1126 / sciadv.ade9238

前景

通过这种方法,Sara G. Danielli及其同事开发了横纹肌肉瘤(RMS)的综合单细胞转录组学和蛋白质组学图谱。该图谱详细描述了该疾病的细胞和功能多样性,并揭示了适合于治疗干预以克服化疗耐药和肿瘤复发的关键细胞和分子特征。研究人员描述了作用机制侵袭性肺泡横纹肌肉瘤(aRMS)癌亚型的潜在分化受损。这项工作揭示了如何从治疗上恢复肌源性分化和阻止肿瘤生长。

更多信息:Sara G. Danielli等人,对牙槽型横纹肌肉瘤的单细胞分析显示RAS途径抑制剂是具有治疗意义的细胞命运劫持者,科学的进步(2023)。DOI: 10.1126 / sciadv.ade9238

Simone Hettmer等人,强行介入:揭示横纹肌肉瘤的起源,自然医学(2010)。DOI: 10.1038 / nm0210 - 171

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引用:确定治疗小儿横纹肌肉瘤肿瘤的候选药物靶点(2023,2月22日),检索于2023年2月24日,从//www.pyrotek-europe.com/news/2023-02-drug-candidates-pediatric-rhabdomyosarcoma-tumors.html
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