原創 存在一棵樹 圖靈基因 今天
收錄於話題 前沿分子生物學機制
撰文：存在一棵樹
IF=42.778
推薦度：⭐⭐⭐⭐⭐
亮點:
1、建立了一種與癌基因相關的多色報告小鼠模型——Red2Onco，可允許對同一組織中的突變型和野生型細胞進行差異追蹤；
2、利用Red2Onco系統，在小腸中發現癌基因驅動的旁分泌重構，從而建立一個不利於野生型組織的維護但可促進癌組織發展的微環境。
2021年6月2日劍橋大學MRC劍橋幹細胞研究所博德研究所
Bon-Kyoung Koo
與
Benjamin D. Simons
聯合在
【Nature】
上發表了一篇名為「
Tracing oncogene-driven remodelling of the intestinal stem cell niche
」的文章。該研究展示了一種與癌基因相關的多色報告小鼠模型——Red2Onco，其允許對同一組織中的突變型和野生型細胞進行差異追蹤，該研究團隊將其套用於小腸，發現表達癌基因的突變隱窩改變了鄰近野生型隱窩的細胞組織，從而加速了複制漂移。
腫瘤微環境 (TME) 構成了一個復雜的生態系，其中包括其中包括突變型和野生型(WT) 細胞，以及內皮細胞、免疫細胞和間充質細胞；在腫瘤形成的初始階段，TME接收來自腫瘤細胞的訊號，從而發生改變。目前對於TME改變如何影響非惡性細胞知之甚少。
在哺乳動物中，腫瘤發展過程中的細胞競爭越來越受到重視，突變細胞和 TME中的癌基因驅動變化有可能影響鄰近的 WT 細胞。如圖1所示，研究團隊基於Brainbow-2.1的多色 Confetti 報告開發了Red2Onco 系統，該系統允許在 RFP+ 複制中特異地共表達癌基因。在Cre 啟用後，R26R-Red2Onco 構建體隨機重組以表達四種熒光蛋白之一，並且只有 RFP+ 複制共表達致癌 cDNA。
哺乳動物中，小腸由隱窩和絨毛組成，所有吸收和分泌細胞譜系均由位於隱窩基底的腸幹細胞 (ISC) 產生；隨著 ISC 分裂，鄰近細胞從生態席位中被取代並進入分化程；最後ISC 衍生的複制隨機擴充套件和收縮，導致複制的「中性漂移」，直到它們遺失或隱窩變成單複制。為了研究突變複制是否影響鄰近隱窩中 WT 複制的命運，研究團隊在Villin-CreERT2 中進行了譜系追蹤，發現突變細胞介導了 WT 細胞動力學的變化。如圖2所示，對鄰近突變體隱窩的隱窩中的 WT 複制進行進一步的定量評估，發現與Confetti對照相比，靠近突變隱窩的複制的漂移率大 1.9 倍；而有效幹細胞數量的減少導致 WT 複制在與突變體隱窩相鄰的隱窩中加速漂移。
如圖3所示，為了定義介導串擾的機制，研究團隊利用 Red2Onco 系統的設計進行比較單細胞轉錄組學，同時對腸進行分離後進行細胞分選。透過細胞分選結果與來自對照的單細胞 RNA 測序 (scRNA-seq) 數據相結合，確認了上皮細胞、基質細胞和免疫細胞中基因表現突變驅動變化的證據，即與突變細胞一樣，WT 群體在兩種Red2Onco模型中都含有較低比例的幹細胞和轉運擴增細胞。WNT、RAS-MAPK 和 PI3K-AKT 通路中的突變是結直腸癌的關鍵驅動因素，基於已有發現，研究團隊 專註於BMP 和 WNT 訊號的變化，以追蹤隱窩間細胞串擾的基礎。隨後研究團隊檢查了可能影響 BMP 和 WNT通路的直接（上皮細胞到細胞）和間接（透過間充質或免疫細胞）通訊途徑。間充質細胞中配體表達的變化增加了在癌基因啟用後生態席位環境改變的可能性；突變體 KRAS 或PI3K 的上皮癌基因表現誘導了富含 BMP 的訊號環境，而PI3K誘導了缺乏 WNT 的環境。
為驗證以上發現，我們對分別是 WNT 和 BMP 通路的下遊靶基因的Axin2和Id1進行了原位雜交。如圖4所示，原位雜交、qRT-PCR 和類器官分析證實了兩種 Red2Onco 模型的突變上皮細胞中 BMP2 的表達增加以及體外上皮 BMP 配體的功能，即表明透過長程旁分泌訊號，突變細胞也可能直接或透過癌基因驅動的共享生態席位環境改變影響相鄰域中的 WT 細胞，而生態席位重塑可能是致瘤突變體的一般特征。
教授介紹
Bon-Kyoung Koo，博士，
現任奧地利科學院分子生物技術研究所（IMBA）組長。2006-2009年，於南韓浦項科技大學、南韓首爾國立大學師從孔永雲教授完成其博士後研究；2009-2013年，在荷蘭 KNAW Hubrecht 研究所擔任博士後研究員，其導師為Hans Clevers 教授；2013-2017年擔任劍橋大學劍橋幹細胞研究所組長。其研究方向為成人幹細胞的穩態調節；其實驗室熱衷於研究成體組織穩態的潛在機制和腫瘤發生的早期步驟，透過使用遺傳學工具、體內和體外模型以及成像技術的組合，旨在了解穩態組織再生如何受到調節以及致瘤突變如何影響成體幹細胞的平衡。
參考文獻
1、
Yum, M.K., Han, S., Fink, J. et al. Tracing oncogene-drivenremodelling of the intestinal stem cell niche.
Nature
(2021).
