Vědci sledují nejranější fyzické změny v buňkách, které způsobují rakovinu.

V době diagnózy rakoviny již probíhá mnoho procesů na buněčné a molekulární úrovni, které dosud probíhaly bez povšimnutí. Ačkoli se rakovina pro klinické účely dělí na časná a pozdní stádia, i nádor v „raném“ stádiu je výsledkem mnoha předchozích změn v těle, které byly nezjistitelné.

Vědci z lékařské fakulty Yaleovy univerzity (YSM) a jejich kolegové nyní získali podrobný vhled do některých z těchto raných změn a pomocí výkonné mikroskopie s vysokým rozlišením sledovali úplně první fyzické změny způsobující rakovinu v kožních buňkách myší.

Studiem myší nesoucích mutaci, která podporuje rakovinu vlasových folikulů, vědci zjistili, že první známky vzniku rakoviny se objevují v určitém čase a na určitém místě růstu vlasových folikulů myší. Navíc zjistili, že tyto prekancerózní změny lze blokovat léky známými jako inhibitory MEK.

Tým vedl Tianchi Xin, PhD, výzkumný pracovník na katedře genetiky YSM, a jeho členy byli Valentina Greco, PhD, profesorka genetiky na YSM a členka Yale Cancer Center a Yale Stem Cell Center, a Sergi Regot, PhD, docent molekulární biologie a genetiky na Johns Hopkins School of Medicine.

Výsledky jejich výzkumu byly publikovány v časopise Nature Cell Biology.

Vědci studovali myši, u kterých se vyvinul dlaždicobuněčný karcinom kůže, druhý nejčastější typ rakoviny kůže u lidí. Tyto myši byly geneticky modifikovány mutací genu KRAS, který podporuje vznik rakoviny a je jedním z nejčastěji mutovaných onkogenů u lidských rakovin. Mutace genu KRAS byly nalezeny také u rakoviny plic, slinivky břišní a tlustého střeva.

Mezi rané změny, které vědci studovali, patřil růst drobné, abnormální bulky ve vlasovém folikulu, která je klasifikována jako prekancerózní abnormalita. „Pochopení těchto raných událostí nám může pomoci vyvinout přístupy k prevenci vzniku rakoviny,“ řekl Xin, první autor studie.

Ačkoli se jejich studie zaměřuje na rakovinu kůže, vědci se domnívají, že principy, které objevili, by mohly být aplikovány na mnoho dalších druhů rakoviny způsobených mutacemi KRAS, protože klíčové geny a proteiny zapojené do těchto procesů jsou napříč nádory stejné.

Více než jen proliferace buněk U lidí i myší vlasové folikuly neustále rostou, ztrácejí staré vlasy a tvoří nové. V tomto procesu obnovy hrají velkou roli kmenové buňky, které mají schopnost vyvíjet se v různé typy buněk. Předchozí studie ukázaly, že mutace KRAS vedou ke zvýšené proliferaci kmenových buněk ve vlasových folikulech a tento velký nárůst kmenových buněk byl považován za zodpovědný za prekancerózní onemocnění tkáně.

KrasG12D indukuje specifické časoprostorové deformace tkáně během regenerace vlasových folikulů.
A. Schéma genetického přístupu k indukci KrasG12D v kmenových buňkách vlasových folikulů za použití tamoxifenem indukovatelného systému Cre-LoxP (TAM).
B. Schéma znázorňující načasování indukce KrasG12D a opětovného zobrazování vzhledem ke fázím vlasového cyklu.
C. Reprezentativní snímky klidových a rostoucích vlasových folikulů divokého typu obsahujících Cre-inducibilní reportér tdTomato (Magenta) po indukci.
D. Reprezentativní snímky kontrolních a vlasových folikulů KrasG12D v různých fázích vlasového cyklu. Deformace tkáně ve formě tuberkul ve vnější kořenové pochvě (ORS) je znázorněna červenou tečkovanou čarou.
E. Podíl vlasových folikulů KrasG12D s deformací tkáně v různých fázích růstu vlasového folikulu.
F. Podíl deformací tkáně zabírajících horní, dolní a baňatou část ORS pro jednotlivé vlasové folikuly KrasG12D.
Zdroj: Nature Cell Biology (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01413-y

Pro ověření této myšlenky tým použil speciálně upravenou formu mutovaného KRAS, kterou dokázal aktivovat v určitých časech v kožních buňkách vlasových folikulů zvířat. Xin a jeho kolegové použili mikroskopickou techniku známou jako intravitální zobrazování, která umožňuje pořizovat snímky buněk s vysokým rozlišením in vivo a označovat a sledovat jednotlivé kmenové buňky u zvířat.

Když byla aktivována mutace KRAS, všechny kmenové buňky se začaly množit rychleji, ale prekancerózní útvar se vytvořil pouze na jednom specifickém místě ve vlasovém folikulu a v jedné fázi růstu, což znamená, že celkový nárůst počtu buněk pravděpodobně nebyl celým příběhem.

Aktivace mutace KRAS ve vlasových folikulech vedla k rychlejší proliferaci kmenových buněk, změně jejich migračních vzorců a dělení v různých směrech ve srovnání s buňkami bez mutace podporující rakovinu.

Mutace ovlivňuje protein známý jako ERK. Xin byl schopen monitorovat aktivitu ERK v reálném čase v jednotlivých kmenových buňkách živých zvířat a zjistil specifickou změnu v aktivitě tohoto proteinu způsobenou mutací KRAS. Vědci byli také schopni zastavit tvorbu prekancerózní bulky pomocí inhibitoru MEK, který blokuje aktivitu ERK.

Lék zastavil účinky mutace na migraci a orientaci buněk, ale nikoli na celkovou proliferaci kmenových buněk, což znamená, že vznik prekancerózního stavu je spíše řízen těmito prvními dvěma změnami než zvýšenou proliferací buněk.

Prekancerózní změny v kontextu Sledování účinků onkogenní mutace v reálném čase v živém organismu je jediný způsob, jakým se vědcům podařilo tyto principy odhalit. To je důležité, protože rakovina nevzniká ve vakuu – pro svůj růst a udržení se silně spoléhá na své mikroprostředí. Vědci také potřebovali sledovat nejen chování jednotlivých buněk, ale také molekuly uvnitř těchto buněk.

„Přístup, který jsme zvolili k pochopení těchto onkogenních událostí, je ve skutečnosti o propojení napříč úrovněmi,“ řekl Greco. „Struktura a přístupy, které Dr. Xin a Dr. Regot použili, nám umožnily jít až k molekulárním prvkům, propojit je s buněčnou a tkáňovou úrovní a poskytnout nám tak rozlišení těchto událostí, kterého je tak obtížné dosáhnout mimo živý organismus.“

Vědci nyní chtějí sledovat proces po delší dobu, aby zjistili, co se děje po vytvoření počátečního výběžku. Chtějí také studovat další onkogenní události, jako je zánět, aby zjistili, zda se objevené principy dají aplikovat i v jiných kontextech.