Si bien muchas células en nuestros cuerpos pueden acumular mutaciones oncogénicas, la mayoría de estos eventos no conducen a la formación de tumores ya que estas células anormales son eliminadas por mecanismos de defensa. En cambio, los tumores surgen cuando ocurre una mutación en un tipo de célula particular que es únicosensible a él. Identificar tales células de origen de cáncer es esencial para atacar adecuadamente el cáncer.
Por ejemplo, las mutaciones en el gen supresor de tumores de retinoblastoma RB, que normalmente bloquea el crecimiento y la división celular anormal, dan lugar a retinoblastoma, un tipo de tumor ocular. El retinoblastoma surge en células retinianas especializadas llamadas células de cono, que recogen luz.Se desconoce por qué este tipo de cáncer siempre comienza en las células cónicas, pero si los científicos pueden obtener una visión más clara y precisa de los efectos posteriores de las mutaciones RB en las células cónicas en comparación con otras células en la retina, pueden identificar objetivos terapéuticos únicos que pueden preveniro tratar el retinoblastoma con precisión láser.
Pero estudiar los efectos de las mutaciones genéticas en tipos celulares específicos es más fácil decirlo que hacerlo. Es casi imposible recolectar muestras puras compuestas de un solo tipo celular. En cambio, los científicos a menudo tienen que usar una muestra a granel preparada a partir de un tejido completo.
"Esto solo da una especie de imagen promedio de la expresión génica en células individuales, ya que agrupa miles de células, algunas de las cuales pueden ser no deseadas sin importar cuánto se purifique la muestra. Los resultados de examinar los efectos de las mutaciones RB usando estoslos tipos de muestras no representan con precisión cómo una mutación RB afecta la expresión génica en un tipo de célula particular ", dijo Maxim Frolov, profesor de bioquímica y genética molecular en la Universidad de Illinois en la Facultad de Medicina de Chicago.
Una nueva tecnología revolucionaria llamada secuenciación de ARN de una sola célula permite a los investigadores estudiar la expresión génica en células individuales, eliminando el problema de las muestras de células contaminadas y promediando. El laboratorio de Frolov adaptó una tecnología llamada Drop-seq, que permite a los investigadores aislar y secuenciar genéticamenteceldas. Drop-seq puede secuenciar miles de celdas individuales al mismo tiempo.
Frolov y su estudiante de posgrado, Majd Ariss, ensamblaron un instrumento Drop-seq para aislar las células del ojo en moscas de la fruta en desarrollo, que el laboratorio utiliza como sistema modelo. Luego pudieron estudiar los cambios en la expresión génica causados por mutaciones enel gen RB en miles de células diferentes en el ojo en comparación con la expresión génica en células con copias normales del gen RB. Sus resultados se publican en Comunicaciones de la naturaleza .
"Dado que esta es la primera vez que se realiza la secuenciación de ARN de una sola célula en células del ojo de la mosca de la fruta, tuvimos que crear un mapa completo o atlas celular, describiendo con precisión la expresión génica en cada tipo de célula en el ojo normal. Nosotrosluego confió en este atlas para determinar cómo una mutación RB afecta la expresión génica de cada tipo de célula en el ojo ", explicó Frolov.
Su análisis de las células oculares con una mutación RB reveló una población de células distintiva pero pequeña donde la mutación alteró la expresión génica y cambió el metabolismo celular. El cambio metabólico sensibilizó a las células a la apoptosis o la muerte celular autoinducida. La propensión de las células conLas mutaciones en el gen RB para sufrir apoptosis es un fenómeno bien conocido y finalmente se supera mediante mutaciones adicionales durante el desarrollo del cáncer, que se caracteriza por un crecimiento y división celular fuera de control, lo contrario de la apoptosis.
"Los cambios metabólicos que observamos en las células mutantes RB las hacen vulnerables de manera que podrían explotarse con enfoques terapéuticos antes de que mutaciones adicionales golpeen la misma célula, haciéndolas resistentes a la muerte celular", dijo Frolov. "Dado que estos efectos se limitaron aun grupo tan pequeño de células, que antes se echaban de menos cuando se analizaba el tejido ocular mutante RB completo "
La plataforma Drop-seq le tomó a Ariss más de tres meses para construirla. Él siguió minuciosamente las instrucciones contenidas en un manual de 40 páginas para generar su primer conjunto de datos de secuenciación de ARN de una sola célula.
"Nadie nos guió sobre cómo hacer la secuenciación unicelular, ya que fuimos los primeros en UIC en hacerlo", dijo Ariss, quien es el primer autor del artículo.
Su instrumento Drop-seq es el único de su tipo en UIC.
"Es una tecnología verdaderamente revolucionaria que promete arrojar nueva luz sobre el origen del cáncer y por qué ciertos cánceres se originan en ciertos tipos de células y no en otros. Solo ahora podemos comenzar a investigar por qué y cómo. Durante el año pasado ya la mitad, realizamos más de cien experimentos y generamos transcriptomos de más de cien mil células de órganos de moscas de la fruta, tumores de ratones y líneas celulares humanas. Esperamos que más investigadores de la UIC lo usen en el futuro ", dijo Frolov.
Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud subvenciones GM93827 y GM110018.
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Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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