Un equipo de investigadores dirigido por Bradley Bernstein en el Centro Ludwig de Harvard ha utilizado tecnologías unicelulares y aprendizaje automático para crear un "atlas de estados celulares" detallado para la leucemia mieloide aguda LMA que podría ayudar a mejorar el tratamiento de las agresivascáncer.
La AML se caracteriza por la acumulación de glóbulos blancos en la médula ósea y la sangre. La enfermedad es notoriamente difícil de estudiar porque la médula ósea de los pacientes con AML contiene una variedad de tipos de células normales y malignas. Esto incluye células cancerosas primitivas indiferenciadas conPropiedades similares a las células madre y células cancerosas maduras diferenciadas que afectan el ambiente del tumor de diferentes maneras. Las células de AML también adquieren constantemente mutaciones de ADN, ramificándose en linajes de "subclones" relacionados.
"Hemos sabido de manera cualitativa desde la década de 1960 que los tumores de AML son mezclas heterogéneas de células", dijo Peter van Galen, coautor principal del artículo y investigador postdoctoral en el laboratorio de Bernstein en el Hospital General de Massachusetts ". Ahora, tenemos una forma muy cuantitativa de determinar los diferentes tipos de células presentes en estos tumores "
En el nuevo estudio, que se publicará en línea el 28 de febrero en la revista Celda Bernstein y sus colegas, incluidos los investigadores de Ludwig Harvard Jon Aster y Andrew Lane, combinaron tecnologías de vanguardia: secuenciación de ARN de una sola célula scRNA, secuenciación de ADN de nanoporos de lectura larga y aprendizaje automático, para distinguir las células normales decancerosos y organizarlos en función de su secuencia de ADN y similitudes de expresión génica.
"Este proyecto fue un esfuerzo interdisciplinario que conectó a los ingenieros del MIT y el Broad Institute con investigadores y oncólogos del cáncer en el Hospital General de Massachusetts, el Instituto del Cáncer Dana-Farber y el Hospital Brigham and Women's", dijo Bernstein, del Centro Ludwig de Harvard, Harvard Medical School y Massachusetts General Hospital.
"No podríamos haber hecho esto sin la visión que los directores de Ludwig tenían al financiar un esfuerzo para comenzar a depositar muestras de leucemia", agregó Bernstein.
la secuencia de scRNA captura una instantánea del transcriptoma completo de una célula, es decir, todas las moléculas de ARNm presentes en una célula en un momento dado. Esto permite a los investigadores descomponer una población de células en distintos tipos y rastrear la evolución de las célulaslinajes. El equipo empleó un nuevo método de secuenciación de scRNA para capturar los transcriptomos completos de casi 40,000 células de médula ósea recolectadas de 16 pacientes con AML y cinco donantes sanos.
"Esta es la primera vez que esto se hace de manera de alto rendimiento", dijo el coautor del estudio, Volker Hovestadt, investigador postdoctoral en el laboratorio de Bernstein. "En lugar de perfilar solo un par de cientos de células individuales, estábamoscapaz de perfilar decenas de miles ".
Pero el perfil de expresión génica de las células de AML puede parecerse al de las células normales. Para abordar este desafío, el equipo realizó un genotipo de células individuales en las células de la médula ósea, analizándolas en busca de un conjunto de marcadores genéticos de AML conocidos para seleccionar aquellos queeran cancerosos ". Para realmente aclarar esto, tuvimos que incorporar una técnica de secuenciación de ADN de tercera generación llamada secuenciación de nanoporos de lectura larga, que mejoró la detección de mutaciones en todo el genoma", dijo van Galen.
La secuenciación de lectura larga explora fragmentos de ADN mucho más largos, lo que aumenta las probabilidades de capturar todas las mutaciones acumuladas en un gen. Permitió a los investigadores identificar de manera más eficiente a los descendientes de células con mutaciones diferentes, llamadas subclones, que pueden afectar de manera variable la tasa de crecimiento del cáncer,potencial metastásico y respuesta a la terapia.
Por último, los investigadores emplearon un algoritmo de aprendizaje automático para reunir los datos de secuenciación y genotipado de scRNA. El resultado final fue un mapa o "atlas" de diferentes tipos de células de AML y los tipos de células sanguíneas normales con las que coexisten en elentorno de médula ósea.
El atlas permitió a los investigadores ver de un vistazo no solo qué células eran cancerosas, sino también sus estados: primitivo, diferenciado o en proceso de diferenciación. Dado que las muestras tumorales se obtuvieron de pacientes en diferentes puntos de tiempo, los investigadores también pudieroncompare las jerarquías de desarrollo de los tumores de AML entre individuos y realice un seguimiento de la evolución de esas jerarquías desde el primer diagnóstico hasta el tratamiento y el resultado.
Los investigadores muestran que los programas de transcripción de las células de AML están regulados de manera aberrante. "En las células normales, el desarrollo progresa por etapas. Se pasa del tipo de célula X al tipo de célula Y", dijo Bernstein. "Estas células de leucemia coexpresan una mezcla"-mash de genes de diferentes etapas "
Los investigadores también descubrieron múltiples poblaciones subclonales dentro de un solo paciente con AML. "En al menos un caso, los dos subclones se comportaron de manera completamente diferente y tenían diferentes perfiles de expresión génica", dijo Bernstein. "Un subclón se diferenciaba principalmente mientras que el otro fue arrestado".en un estado altamente agresivo, y el subclón agresivo tenía una mutación que era consistente con un mal pronóstico del paciente ".
Los hallazgos también pueden explicar por qué las terapias que aprovechan las células T del sistema inmune para atacar tumores han sido relativamente menos exitosas contra la AML. Los investigadores identificaron una clase de células que se comportaron como los glóbulos blancos conocidos por suprimir las respuestas inmunitarias contra el cáncer.
"Puede suponer que estas son células normales, pero cuando observa su genotipo, ve que albergan mutaciones leucémicas", dijo Bernstein. "Estas son células que el tumor está produciendo para suprimir el sistema inmunitario. Es una adaptaciónmecanismo de supervivencia para el tumor "
Sus hallazgos, señalan los investigadores, deberían ayudar en el desarrollo de nuevas estrategias para la inmunoterapia y la medicina de precisión para el tratamiento de la AML.
Esta investigación fue apoyada por Ludwig Cancer Research, los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU., El Instituto Nacional del Cáncer y el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Ludwig para la Investigación del Cáncer . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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