Геном трижды негативного рака молочной железы постоянно мутирует

Ученые из Великобритании и США разработали новый, более точный метод секвенирования генома единичных клеток. Они проанализировали клетки трижды негативного рака молочной железы из восьми опухолей и из четырех клеточных линий. Оказалось, что в начале опухолеобразования есть период повышенной геномной нестабильности, во время которого происходят основные хромосомные перестройки. Но геномные аберрации продолжают накапливаться и позднее.

Credit:
royaltystockphoto | 123rf.com

Анеуплоидия характерна для рака молочной железы и особенно — для трижды негативного рака молочной железы (ТНРМЖ) с мутациями в гене TP53. Долгое время считалось, что мутации в геноме раковых клеток накапливаются постепенно. Однако недавно получила развитие модель скачкообразной эволюции числа копий (punctuated copy number evolution, PCNE) согласно которой много хромосомных перестроек происходит одновременно в самом начале, в краткий период нестабильности генома. Свидетельства этого процесса были найдены и для ТНРМЖ, но что происходит дальше — остается загадкой. Для ее решения ученые из Великобритании и США анализировали геномы единичных клеток ТНРМЖ, используя метод акустической маркировки клеток (Acoustic Cell Tagmentation, ACT).

Метод ACT сочетает в себе флуоресцентную сортировку клеточных ядер, маркировку ДНК и перенос небольших объемов жидкости с помощью акустических волн. Получаются библиотеки, включающие ДНК единичных ядер с уникальными штрихкодами. Далее проводят высокопроизводительное секвенирование с разрешением в одну молекулу. Метод ACT более автоматизирован по сравнению с другими подобными методами и занимает всего три часа. Авторы работы показали, что их метод работает лучше, чем другие существующие способы секвенирования генома единичной клетки.

Ученые секвенировали 9 765 клеток из образцов восьми опухолей ТНРМЖ. Их плоидность составляла 2,65–3,95N. Кластеризация данных ACT выявила 7–22 субклонов, которые объединены в 3–5 суперклонов во всех опухолях. Субклоны — это результат клональной экспансии одного генотипа, а суперклоны — организация субклонов высокого порядка, у которых один и тот же паттерн аберраций числа копий (copy number aberration, CNA — это делеция или амплификация больших неделимых сегментов генома).

Были обнаружены аберрации числа копий, общие для всех субклонов, общие для двух или более субклонов и уникальные для одного субклона.

Далее секвенировали экзомы восьми опухолей и нормальных тканей. Мутации в гене TP53 присутствовали во всех опухолях. Ученые показали, что дупликация всего генома в большинстве опухолей произошла после мутаций в TP53.

Чтобы изучить эволюцию опухолей, провели филогенетический анализ и установили, что эволюция числа копий происходила постоянно и после расхождения от последнего общего предка. Тем не менее, математическая модель, построенная авторами, показала, что преходящий период повышенной геномной нестабильности в начале опухолеобразования лучше объясняет полученные результаты, чем постепенная эволюция.

После этого изучили четыре клеточные линии ТНРМЖ с мутациями в гене TP53 и анеуплоидией — MDA-MB-231, BT-20, MDA-MB-157 и MDA-MB-453. Выполнили ACT 6 413 клеток и выявили 11–20 субклонов, организованных в 3–5 суперклонов. Так же, как и в опухолях, обнаружили аберрации числа копий, общие для всех субклонов, общие для двух или более субклонов и уникальные для одного субклона. Изменения в организации генома были аналогичны тому, что происходит в целой опухоли.

Две клетки из линии MDA-MB-231 растили отдельно в течение 19 поколений, проанализировали изменения числа копий. В среднем происходило 0,242 аберраций числа копий на деление у первой клетки и 0,249 — у второй. Таким образом, геном клеточных линий нестабилен даже на коротких промежутках времени. Было также показано, что аберрации числа копий влияют на уровень экспрессии в субклонах.

Постоянная эволюция, происходящая в ТНРМЖ, объясняет, почему некоторые препараты неэффективны — часть раковых клеток могла приобрести мутацию, придающую им резистентность. Эти результаты также важны для опытов in vitro, так как клеточные линии ТНРМЖ продолжают накапливать мутации при культивировании.

Источник

Minussi D.C., et al. // Breast tumours maintain a reservoir of subclonal diversity during expansion // Nature (2021), published March 24, 2021, DOI: 10.1038/s41586-021-03357-x

Добавить в избранное

Вам будет интересно