单细胞多组学技术揭示肾癌细胞生长调控程序

博融之坚 2022-11-21 642阅读

  洪恒飞 本报记者 江 耘

  本次研究描绘了肾透明细胞癌的单细胞转录组和表观基因组图谱,识别了肿瘤细胞特异的基因转录和表观调控程序,可为设计更有效的治疗策略提供新的线索。

  ——文甲明 浙江大学医学院附属第二医院泌尿外科主任医师

  肾细胞癌(以下简称肾癌)是起源于肾小管上皮的恶性肿瘤。据国际癌症研究中心数据库GLOBOCAN统计,2020年全球肾癌的发病率居恶性肿瘤第14位,死亡率居第15位。其中,我国新发肾癌约7.3万例,且仍呈上升趋势。

单细胞多组学技术揭示肾癌细胞生长调控程序

  肾透明细胞癌则是肾癌中最常见的病理亚型。由于其复杂的肿瘤微环境,当前多种临床治疗策略的临床表现仍有待提升。深入刻画肾透明细胞癌微环境中的细胞组成和基因组调控特征,对于理解肿瘤致病机理和开发新的治疗策略具有重要意义。

  不久前,浙江大学医学院附属第二医院泌尿外科主任医师文甲明、副主任医师王博涵课题组联合西湖实验室谢琦研究员团队,利用单细胞多组学技术揭示了肾透明细胞癌中的关键调控程序,发现了潜在的治疗靶点。相关研究论文日前发表在国际期刊《细胞发现》上。

  从数万个单细胞中识别特殊蛋白质

  由肿瘤细胞、免疫细胞、间质细胞、细胞外基质及各种因子构成的肿瘤微环境,是非常复杂的生态环境。肾透明细胞癌的肿瘤微环境具有高异质性:同一恶性肿瘤在不同患者个体间或者同一患者体内不同部位肿瘤细胞间以及不同临床阶段中,都存在较大差异,这使得一部分患者对靶向治疗和免疫治疗初始就不敏感或者最终产生耐药性。

  此次研究中,联合团队对4例肾透明细胞癌患者的手术标本进行研究,对患者的肿瘤组织进行了单细胞核转录组测序(scRNA-seq)和单细胞染色质可及性实验技术(scATAC-seq)分析,分别获得了38097个和21272个单细胞。

  “总的来说,实验获取的单细胞中,免疫细胞是肾透明细胞癌微环境中主要的细胞群体,占比大于70%,肿瘤细胞只占不到10%,还有一些正常组织细胞。”文甲明介绍。

  通过设计严格的筛选策略,并结合公开的人类癌症基因组图谱计划数据库(TCAGA-KIRC),科研人员识别了4个肿瘤细胞特异富集且显著和病人更差预后生存相关的转录因子,具体为蛋白HOXC5、VENTX、ISL1和OTP。

  基于scATAC-seq捕获到的染色质开放信息,科研人员进一步识别出了这些转录因子的下游靶基因并构建了其表观调控网络。他们分析发现,这些转录因子的靶基因显著富集于低氧环境和细胞增殖信号通路,且包含多个在肿瘤细胞群体中显著高表达的基因FXYD2和CRYAB。

  此外,结合先前的scRNA-seq数据,科研人员发现这些靶基因特异性地富集于肿瘤细胞群体。

  发现肾透明细胞癌潜在治疗靶点

  为进一步调查这些转录因子对肿瘤细胞的影响,科研人员在肾癌细胞系和异种移植小鼠肿瘤模型中分别下调这几个转录因子的表达水平后发现,这样做能够显著抑制肿瘤细胞的生长。

  同时,结合国际公开的小分子化合物扰动数据库LINCS10,科研人员筛选出了2个已被美国食品药品监督管理局(FDA)批准用于疾病治疗的药物进行对照试验。

  科研人员分别在两个鉴定出的肾癌细胞系培养过程中,将筛选出来的药物按提前摸索好的浓度加入到细胞培养基中,作为药物处理组;同时在对照组中向培养基中加入与药物处理组等量体积的二甲基亚砜。药物处理两天后,科研人员收集药物处理组和对照组细胞,检测HOXC5、ISL1和VENTX的转录水平。

  经检测发现,药物处理组的HOXC5、ISL1和VENTX的转录水平明显低于对照组。基于此,科研人员将下调转录因子表达水平的肾癌细胞系和对照组的肾癌细胞系,同时以同样数量注射到免疫缺陷小鼠皮下。一段时间后,下调转录因子表达水平组小鼠的皮下肿瘤明显小于对照组小鼠。科研人员认为下调转录因子表达水平能明显抑制肾癌细胞系细胞在体内的生长能力 。

  记者了解到,科研人员检测了药物处理组、对照组的肾癌细胞的增殖能力,发现药物处理组与对照组相比,肾癌细胞体外增殖速度明显减慢。

  此外,科研人员刻画了对各个免疫细胞亚群的转录程序和表观特征,并在肿瘤细胞和免疫细胞亚群间识别出了多对具有潜在临床意义的配体—受体互作对。

  “本次研究描绘了肾透明细胞癌的单细胞转录组和表观基因组图谱,识别了肿瘤细胞特异的基因转录和表观调控程序,可为设计更有效的治疗策略提供新的线索。”文甲明表示。

【编辑:刘阳禾】