INVADEseq: secuenciación de expresión dirigida por adhesión de invasión

Dr. Jorge Galeano Niño, becario postdoctoral en Laboratorio de la Dra. Susan Bullmanconfiesa que inicialmente no apreció la importancia de sondear espacialmente los cambios transcripcionales impulsados ​​por microbios en los cánceres a lo largo del sistema digestivo, una idea que resultó en su reciente primer autor Naturaleza papel. Un inmunólogo de corazón, Galeano Niño dice que inicialmente se enganchó a la inmunología después de observar las células T a través de un microscopio, moviéndose en busca de su célula objetivo para matar, como un cazador y su presa. Es posible que la transcriptómica espacial no infunda la emoción de una cacería en vivo, sin embargo, el Dr. Galeano Niño dice que rápidamente aprendió a apreciar el “poder de la transcriptómica espacial, tanto desde la perspectiva de la ciencia básica como la translacional”. Esta técnica le permitió observar cómo interactúan las bacterias y las células tumorales y si los microbios podrían influir en el comportamiento de las células cancerosas. La microbiota es una parte importante del microambiente tumoral en muchos tipos de cáncer, especialmente en los del intestino. Sin embargo, dado que la mayoría de los estudios se centran en muestras de tejido a granel, aún se desconocen los posibles roles localizados que desempeñan las bacterias en la configuración del microambiente tumoral. En colaboración con Laboratorio del Dr. Christopher Johnstonel equipo de investigación de Bullman investigó la variación espacial en los entresijos del sistema digestivo (cánceres orales y colorrectales) y descubrió una sorprendente heterogeneidad en la distribución de tumores microbianos y su influencia regional en la función de las células epiteliales e inmunitarias que podría mejorar la progresión del cáncer.

Los investigadores utilizaron primero enfoques transcriptómicos espaciales para determinar cómo se distribuyen los microbios asociados a tumores en estos cánceres. Tanto en muestras de tumores de pacientes orales como colorrectales, Galeano Niño encontró que los microbios residen en distintos nichos, con el oncomicrobio fusobacteria siendo una de las especies más dominantes en ambos tipos de cáncer, aunque se encontró en mayor abundancia en tumores colorrectales. Dada la distribución heterogénea de los microbios intratumorales dentro de los tejidos tumorales individuales, el equipo buscó comprender qué efecto tenían las bacterias en el microambiente tumoral utilizando una plataforma de perfiles espaciales para analizar la expresión de proteínas asociadas con la inmunidad antitumoral y la progresión del cáncer. Los investigadores encontraron que las bacterias residen en micronichos altamente inmunosupresores, con células T excluidas de las regiones colonizadas por bacterias. Además, encontraron una reducción significativa en la expresión del supresor de tumores p53 de tipo salvaje en estos sitios, lo que indica que la localización bacteriana se correlaciona con células cancerosas altamente transformadas dentro del microambiente tumoral.

A continuación, el equipo se preguntó cómo afectan estas interacciones huésped-bacterias a la función celular dentro del microambiente tumoral. Para hacerlo, desarrollaron un método llamado INVADE-seq (secuenciación de expresión dirigida por invasión y adhesión) que les permitió aplicar un enfoque de ARN-seq de una sola célula que proporcionó información sobre la expresión génica de las células cancerosas del paciente además de identificar transcripciones bacterianas. dentro de estas células. Al aplicar esta técnica a muestras frescas de cáncer oral, nuevamente encontraron fusobacteria entre las especies bacterianas dominantes presentes, principalmente asociadas con células de macrófagos epiteliales y derivadas de monocitos en estos pacientes. Las células de cáncer epitelial que albergan bacterias tenían firmas de expresión génica enriquecidas para las vías de señalización involucradas en la progresión del cáncer, incluidas las vías de transición epitelial a mesenquimatosa y la respuesta al interferón. De acuerdo con su análisis espacial, los investigadores encontraron que la carga bacteriana total en los grupos de células se correlacionó negativamente con la expresión de tipo salvaje TP53.

¿Están eligiendo las bacterias residir en lugares donde saben que pueden prosperar, o están convirtiendo su región de residencia en un nicho inmunosupresor y cancerígeno? Galeano Niño admite que esta relación entre el huevo o la gallina es difícil de determinar y es una cuestión pendiente que está investigando. Sin embargo, pudo usar algunos trucos de inmunología de su trabajo de doctorado y desarrolló ensayos funcionales in vitro para probar si las bacterias podría provocar cambios en el comportamiento de las células cancerosas. Galeano Niño cocultivó células epiteliales colorrectales con Fusobacterium nucleatum y los incrustó en matrices de colágeno que contenían neutrófilos. Usando imágenes de células vivas y análisis de expresión génica, Galeano Niño descubrió que las células de cáncer colorrectal que albergan bacterias reclutaron neutrófilos y dieron como resultado un aumento en las vías de progresión del cáncer, incluida la remodelación de la matriz extracelular, la adhesión celular y la migración, mientras que regulaban a la baja las vías involucradas en la reparación del daño del ADN y p53. señalización. Además, observó células epiteliales infectadas con bacterias que se desprendieron de los esferoides e invadieron el entorno circundante como células individuales, un comportamiento que recuerda al comportamiento metastásico. Estos ensayos funcionales respaldan los hallazgos de los investigadores en muestras de pacientes y sugieren que las bacterias son capaces de influir en el comportamiento de las células cancerosas para promover la progresión del cáncer.

Distribución bacteriana en carcinoma oral de células escamosas (OSCC) y cáncer colorrectal (CRC).

En conjunto, este trabajo descubre que la distribución de la microbiota dentro de los tumores no es aleatoria, sino más bien altamente organizada y potencialmente funcionalmente relevante. Este estudio también destaca que hay mucha más heterogeneidad dentro de un tumor de lo que se apreció originalmente. Galeano Niño señala que esto podría ser particularmente importante cuando se trata de opciones de tratamiento como las inmunoterapias, que ayudan a activar el potencial de las células inmunitarias para combatir tumores. Tal terapia podría ayudar a eliminar la parte libre de bacterias del tumor, pero probablemente no tendría ningún efecto sobre esas bolsas colonizadas por bacterias altamente transformadas e inmunosupresoras. Galeano Niño destaca que sus hallazgos que revelan la heterogeneidad en estos tumores “resalta la necesidad de crear esquemas de tratamiento más precisos para cada paciente”.

En el futuro, Galeano Niño planea observar diferentes partes del tracto intestinal para comprender cómo los microbios podrían afectar de manera diferente los cánceres a lo largo del sistema digestivo, además de investigar cómo las bacterias intracelulares frente a las extracelulares influyen en la función de las células cancerosas. Galeano Niño destaca el papel que desempeñó su mentor, el Dr. Bullman, para ayudar a dar forma a esta historia y ampliar su visión y apreciación de la biología. Señala que “ella me desafió en el buen sentido y nuestros diferentes enfoques, el de Susan en el aspecto traslacional de este trabajo y el mío en encontrar formas funcionales de probar la biología que estábamos encontrando, se sinergizaron para expandir el impacto de este trabajo”. Galeano Niño concluye explicando que este trabajo “me enseñó a apreciar la heterogeneidad en los tumores y reconocer que ese es un aspecto fundamental de la biología y también de la sociedad. La heterogeneidad es ventajosa, ya que permite que los sistemas biológicos sobrevivan en entornos hostiles; las células T ya lo saben: saben que funcionan mejor cuando trabajan juntas y colaboran. Podemos aprender de la biología aquí y aprender cómo esta colaboración también beneficia a la sociedad”.

Fuente – Centro Oncológico Fred Hutchinson

Disponibilidad – El código personalizado para el procesamiento y análisis de datos de transcriptómica espacial 10x Visium y datos scRNA-seq está disponible en https://github.com/FredHutch/Galeano-Nino-Bullman-Intratumoral-Microbiota_2022.