Стресс-индуцированные изменения в поколениях раковых клеток отслежены вживую под микроскопом

Клетки — мельчайшие единицы жизни, но даже в пределах одного органа они не идентичны. Новые вариации возникают постоянно при делении клеток. Помимо генетических мутаций, изменения происходят и на эпигенетическом уровне, влияя на активность генов.

Эта клеточная неоднородность — палка о двух концах: она помогает адаптации к стрессу, но также может приводить к болезням, таким как рак, или снижать эффективность терапии.

Отслеживание развития раковых клеток в реальном времени

Исследователи из Университета Цюриха (UZH) разработали метод, позволяющий вживую отслеживать под микроскопом развитие клеток и возникновение клеточной гетерогенности на протяжении нескольких поколений.

С помощью редактирования генома на основе CRISPR они присоединили флуоресцентные маркеры к двум белкам: один для отслеживания репликации ДНК, другой — для маркировки приобретённых повреждений ДНК. «Это позволило нам наблюдать в течение нескольких клеточных поколений, как раковые клетки реагируют на различные стрессовые факторы и как это увеличивает неоднородность внутри клеточной популяции», — говорит Мерула Стаут, соавтор исследования, опубликованного в Nature.

Дочерние клетки значительно различаются после стресса

Учёные провели анализ клеточных «генеалогических деревьев». «Мы смогли показать, что дочерние клетки после деления больше не ведут себя синхронно, если материнская клетка подвергалась стрессу», — говорит Стаут.

Были обнаружены значительные различия, например, в начале и продолжительности репликации ДНК и в производстве белков, регулирующих клеточный цикл. Эти различия сохранялись в следующем клеточном поколении, увеличивая гетерогенность популяции. Повреждения ДНК и стресс имеют не только краткосрочные, но и долгосрочные последствия для разнообразия клеток.

Множественные копии генома способствуют устойчивости к терапии

Компьютерное отслеживание клеток также дало прямое представление о том, как возникает полиплоидия — состояние, при котором раковые клетки получают несколько копий генома. Это увеличивает генетическую сложность, позволяя клеткам быстрее адаптироваться и развивать механизмы устойчивости к лекарствам.

Комбинация измерений в реальном времени и конечных точек показала, что разные пути к полиплоидии по-разному влияют на стабильность генома, что сказывается на жизнеспособности клеток. «Теперь мы лучше понимаем, как развиваются клетки с несколькими копиями генома. Потенциально наши выводы можно использовать, чтобы модулировать пути возникновения полиплоидии и лучше адаптировать терапию», — говорит соавтор Андреас Панагопулос.

Лишь верхушка айсберга

Это первое исследование, детально показывающее, как различные механизмы влияют на генетическую стабильность в течение нескольких клеточных поколений и увеличивают гетерогенность. Исследовательская группа под руководством профессора UZH Маттиаса Альтмейера планирует дальше развивать и автоматизировать метод.

«Для исследовательских вопросов, связанных с анализом сложной гетерогенности на уровне одной клетки, требуются большие объёмы данных, и в их анализе может помочь ИИ. Очень вероятно, что сейчас мы видим лишь пресловутую верхушку айсберга», — говорит Альтмейер.