Как раковые клетки избегают полного генетического краха?
Чтобы разобраться в сути вопроса, группа ученых из Пекина и Тайбэя хотела получить новый намек на уязвимость рака с мутационной точки зрения, исследуя самые известные культивируемые раковые клетки, клетки HeLa.
Известно, что они были изолированы от жертвы рака шейки матки Генриетты Лакс в 1951 году, они стали первой иммортализованной клеточной линией, помогли в разработке вакцины против полиомиелита и стали основой биотехнологии для разработки любых лекарств in vitro или исследований рака.
И они по-прежнему предоставляют широкие возможности для углубления нашего понимания рака.
«В этом исследовании клетки HeLa используются не для выявления процесса онкогенеза, а в основном в качестве модели для воздействия на лежащие в основе эволюционные силы, которые должны быть достаточно мощными, чтобы их можно было измерить в лабораторных условиях. Мы исследовали вариации в скорости роста среди отдельных клеток HeLa, отслеживая клоны из общей популяции предковых клеток HeLa », – сказал автор-корреспондент Сюэмэй Лу.
Они впервые создали линию клеток HeLa (E6), полученную из линии предковых клеток. Когда численность населения E6 достигла примерно 5 ? Было получено 104 клеток (15 ~ 16 делений), пять одноклеточных клонов были созданы и помещены в культуру. Команда ученых секвенировала эти клоны, чтобы каталогизировать мутации. Они сосредоточились на вариации числа копий (CNV), а не на отдельных изменениях ДНК, потому что скорость однонуклеотидных мутаций слишком медленная, чтобы вызывать значительные вариации последовательностей во время экспериментов по краткосрочному культивированию.
«Затем мы оценили частоту вредных мутаций и среднее снижение приспособляемости на мутацию, выполнив компьютерное моделирование роста клеток», – сказал автор Хурнг-И Ван.
В целом они обнаружили, что основные мутации влияют на количество копий генов, в среднем 0.29 пагубных событий на каждое деление клетки. Каждое из этих событий снижает физическую форму на 18 процентов.
Их результаты показывают, что гетерогенность в росте клеток может возникать в раковых клетках за очень короткий период времени и является наследственной и генетически детерминированной.
«По нашим оценкам, количество клеток HeLa уменьшается на 5 процентов (0.29 ?0.18 ? 5%) в фитнесе для каждого поколения. Наши наблюдения показывают, что человеческие клетки, которые культивировались в течение достаточно длительного периода, все еще генерируют вредные мутации в форме CNV с высокой скоростью и с высокой интенсивностью. Для таких систем вероятен мутационный крах."
Например, когда они выделили 39 клеток из B8 (быстрорастущий клон) и 40 клеток из E3 (медленно растущий клон) и отслеживали их рост из одной клетки в течение семи дней, примерно 23 процента B8 и 50 процентов E3 клетки вымерли в течение семи дней из-за повреждений, причиненных во время изоляции клеток, или из-за генетических дефектов.
Большинство клеточных линий со скоростью роста
Затем они выбрали около 20 клеток из каждого клона, полученного из отдельных клеток из B8, и подсчитали их номера хромосом.
Хромосомы сильно отличались от нормального человеческого числа 46. Они варьировались от 38 до 113 хромосом, причем большинство (72 процента) клеток несли от 55 до 70 хромосом, что указывает на то, что они триплоидны.
Таким образом, несмотря на одноклеточное происхождение, потомство быстро генерировало анеуплоидию в пределах всего 20-30 клеточных делений, что снова свидетельствует о частых цитогенетических изменениях в раковых клетках.
Несмотря на то, что уровень мутаций, снижение темпов роста и количество хромосом больше не соответствует таковому у нормальных людей, раковые клетки все еще находят способ выжить.
Так как же сохраняются клетки HeLa??
«Высокий уровень вредных мутаций может создать впечатление, что линии клеток HeLa, возможно, давно вымерли», – сказал Лу.
Результаты их моделирования показали, что, хотя большинство клеток накапливали вредные мутации и были хуже, чем предковые клетки, все же оставалось 13 клеток.1 процент клеток без мутаций.
"Эти свободные от мутаций клетки могут избежать исчезновения популяции."
Это также объясняет, почему, даже если химиотерапия успешно убила 90 процентов популяции раковых клеток, этого все равно может быть недостаточно.
Новое исследование не только продвигает понимание эволюции клеток HeLa и опухолей в целом, но и клеток многоклеточных организмов в культуре в целом. В своей будущей работе ученые хотят использовать результаты своих исследований в области приспособленности и скорости роста раковых клеток, чтобы понять, как раковые клетки могут стать еще более уязвимыми к недавним открытиям с лекарствами-ингибиторами контрольных точек.