Глиобластомы (GBM) - это неизлечимые опухоли головного мозга с прогнозом в среднем около полутора лет. Они обладают высокой устойчивостью к лечению и не поддаются никаким попыткам прецизионной терапии.

В своем исследовании, опубликованном 20 декабря в журнале Nature Cancer, первый автор Лин Ван, доктор философии, и старший автор Аарон Диас, доктор философии, обнаружили, что переключение фенотипа, в отличие от генетической эволюции, может быть механизмом спасения, который объясняет неудачу точных методов лечения на сегодняшний день. Они обнаружили, что некоторые клетки переходят к мезенхимальному, радиационно-стойкому фенотипу (состоянию) в качестве реакции на стресс после стандартной терапии.

"Мы спросили, существует ли другой механизм, объясняющий терапевтическую резистентность", - сказал Диас, адъюнкт-профессор неврологической хирургии в Институте неврологии им. Вейля Калифорнийского университета. "Наше исследование приходит к выводу, что вместо генетической эволюции существует фенотипическая пластичность или переход, который позволяет этим клеткам уклоняться от терапии".

Чтобы определить, что вызывает резистентность к стандартной терапии, а также клеточный источник рецидива заболевания, исследователи UCSF использовали одноядерную РНК, открытый хроматин, пространственное профилирование для анализа 86 первично-рецидивирующих парных образцов GBM, подобранных пациентами. Эта беспрецедентная когорта представляла десятилетия биобанкинга в UCSF.

Имея доступ к тридцатилетним исследованиям GBM, ученые смогли представить новые клеточно-внутренние и клеточно-внешние мишени, а также одноклеточный мультиомический атлас GBM в процессе терапии. Это был первый случай, когда исследователи смогли всесторонне отобразить внутриклеточную передачу сигналов в опухолеанатомических нишах рецидивирующего ГБМ и определить новые терапевтические мишени, не связанные с клетками.

86 образцов содержали клеточную опухоль и прилегающую незлокачественную ткань с хирургического края. Эта уникальная когорта позволила Диасу и его команде проанализировать связи между злокачественной и незлокачественной глией. Они обнаружили, что клетки на этом хирургическом краю действовали как ниши рецидива, где незлокачественная глия передавала сигналы, способствующие росту, которые влияли на повторный рост опухолевых клеток. Эти паракринные (внешние для клетки) сигналы стимулировали путь белка-активатора (AP1), приводя к мезенхимальному переходу, резистентности к терапии и рецидиву опухоли.

Эти мезенхимальные переходы были очевидны в образцах опухоли после терапии, наряду с увеличением количества циклических мезенхимальных клеток. Стимулирующие рост сигналы из микроокружения опухоли, а также внутренняя реакция клеток на лучевую терапию привели к мезенхимальному сдвигу по пути стресс-реакции, опосредованному AP1.

Исследователи смогли объединить два метода для получения карты паракринных сигналов — секвенирование одноядерной РНК замороженных образцов тканей и пространственное транскриптомическое профилирование образцов, зафиксированных в формалине. Из каждой биопсии опухоли они проводили одноядерный анализ РНК-seq, который измеряет экспрессию генов по всему транскриптому в отдельных клетках, для тысяч клеток одновременно.

Они сравнили экспрессию сигнальных рецепторов с экспрессией их известных лигандов в различных секвенированных популяциях клеток. Затем они подтвердили, что клетки из этих популяций физически взаимодействуют и передают сигналы in situ, используя пространственную транскриптомику.

"Это первое одноклеточное продольное исследование такого масштаба при глиоме", - сказал Диас. "Это также исследование, которое могло быть проведено только в Калифорнийском университете, потому что оно представляет собой десятилетия тщательного биобанкинга хирургических образцов. Поскольку все образцы поступили из UCSF, мы знаем, что истории лечения однородны, поскольку каждый пациент получал только стандартную терапию. Как масштаб этой когорты, так и единообразие лечения позволяют нам увидеть прошлые специфические для пациента эффекты, лежащие в основе биологии заболевания".