Ученые открыли неожиданную опасность в малых раковых клетках

Некоторые виды рака растут быстрее, распространяются более агрессивно и менее эффективно реагируют на лечение, чем другие. Исследователи из Политехнического института Виргинии выясняют удивительные причины этих различий, включая то, как аномальные раковые клетки привлекают здоровую ткань для поддержки роста опухоли и почему размер определенных раковых клеток может помочь предсказать их опасность.

Открытия появились в результате многолетней кропотливой лабораторной работы, включая тщательное изучение опухолей, выращенных на мышах.

Аспирантка Мэган Свит, изучающая биологические науки в Политехническом институте Виргинии, проводит большую часть своего времени, подготавливая чрезвычайно тонкие срезы ткани опухоли. Работая внутри охлаждаемой металлической камеры, она осторожно направляет смонтированную опухоль, примерно размером с ноготь мизинца, к острому режущему лезвию.

«Все дело в точной настройке и обеспечении четкого среза», — сказала Свит, изучающая биологические науки.

Когда лезвие проходит через ткань, раздается ритмичный звук нарезания.

«Это самая сложная и трудоемкая часть, — сказала Свит. — Но это также в какой-то мере медитативно».

Каждый срез нарезается настолько тонким, что через него может проходить свет. Свит осторожно переносит деликатную ткань на предметное стекло, где выбранные клеточные структуры окрашиваются, чтобы их было легче различить под мощным микроскопом.

Процесс включает повторяющиеся раунды нарезания, окрашивания, экспертизы и сравнения образцов. Хотя это кропотливо, эта работа помогает ученым понять, почему определенные опухоли становятся намного опаснее других.

Основная команда Политехнического института Виргинии опубликовала результаты, которые проливают новый свет на развитие и прогрессирование рака. Их исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, а дополнительные результаты опубликованы в этом году в журнале Cancer Research.

Большинство здоровых клеток человеческого организма являются диплоидными, то есть содержат два полных набора хромосом, по одному унаследованному от каждого родителя.

В нормальных условиях эти клетки делятся, образуя новые клетки с одинаковым расположением хромосом. Однако иногда во время деления что-то идет не так, оставляя клетки с аномальным числом хромосом.

Когда эти ошибки передаются при последующих делениях клеток, они могут накапливаться со временем. Такие изменения — один из способов развития рака.

В течение последних пяти лет Свит и ее коллега-аспирант Мат Блумфилд работали с клеточным биологом Даниэлой Чимини для исследования клеток с аномальным числом хромосом, что является распространенной характеристикой рака.

Для изучения последствий этих аномалий команда Чимини манипулировала диплоидными раковыми клетками так, чтобы они удваивали свои хромосомы без завершения деления клетки.

Результатом был тип клетки, известный как тетраплоидная клетка, которая содержит четыре полных набора хромосом вместо обычных двух.

Эти клетки не ограничиваются лабораторными экспериментами. Тетраплоидные клетки также могут появляться при развитии человеческих опухолей, и их присутствие было связано с прогрессированием рака и худшими результатами для пациентов.

Ученые давно признают, что тетраплоидные клетки могут делать опухоли более агрессивными. То, что оставалось неясным, — это точно, как они способствовали росту рака.

Для исследования Свит и Блумфилд сравнили опухоли, развившиеся из обычных диплоидных раковых клеток, с теми, которые образовались из тетраплоидных раковых клеток.

По мере роста опухолей у мышей доля тетраплоидных клеток фактически уменьшалась. Несмотря на это снижение, опухоли продолжали быстро расширяться и достигали значительных размеров.

Исследователи обнаружили, что тетраплоидные раковые клетки стимулировали привлечение стромальных клеток, которые представляют собой недиагностированные клетки соединительной ткани, обеспечивающие структурную поддержку.

Эти дополнительные клетки, похоже, создавали среду, которая способствовала дальнейшему развитию опухоли.

«Наличие даже небольшой доли этих тетраплоидных клеток может способствовать привлечению дополнительных неопухолевых клеток, поддерживающих дальнейшее прогрессирование опухоли», — сказала Свит.

Открытие выявило ранее неизвестный механизм, посредством которого аномальные раковые клетки могут способствовать росту опухоли, даже если они составляют только небольшую часть опухоли.

Отдельное исследование выявило еще одну неожиданную связь между тетраплоидными клетками и агрессивностью рака.

Блумфилд изначально изучал физические характеристики тетраплоидных клеток. После создания тетраплоидных клеток из человеческих раковых клеток и создания колоний, полученных из отдельных клеток, он заметил, что результирующие группы были не одного размера.

Поскольку тетраплоидные клетки содержат в два раза больше обычного числа наборов хромосом, исследователи ожидали, что они будут примерно в два раза больше диплоидных клеток.

Еще более удивительно, эти меньшие клетки оказались более способными образовывать агрессивные опухоли, чем их более крупные аналоги.

«Меньшие клоны более агрессивны, — сказал Блумфилд. — Они растут быстрее, более инвазивны и более устойчивы к распространенным противораковым и вызывающим стресс препаратам».

Дальнейшие эксперименты на мышах подтвердили эти наблюдения. Опухоли, содержащие меньшие тетраплоидные клетки, часто росли быстрее, чем те, которые содержали более крупные.

Эта закономерность была не ограничена одним типом рака. Исследователи наблюдали аналогичные результаты как в клетках колоректального, так и в клетках рака молочной железы, что предполагает, что связь между размером тетраплоидной клетки и агрессивностью опухоли может распространяться на различные виды рака.

Исследователи затем проверили, можно ли найти такую же связь в раках человека.

Они проанализировали информацию из Атласа генома рака, большого набора подробных данных из тысяч образцов пациентов с раком.

Результаты показали, что меньшие тетраплоидные клетки были связаны с худшим прогнозом и более низкой выживаемостью при нескольких типах рака.

Это предполагает, что измерение размера этих аномальных клеток может предоставить ценную информацию о том, насколько агрессивно может себя вести опухоль.

«Мы уже знали, что тетраплоидия может сделать клетки более онкогенными, но теперь мы знаем, что если учесть размер клеток, это может быть более предсказательным для онкогенного потенциала», — сказала Чимини.

Открытия добавляют важное измерение к пониманию учеными рака. Аномальное количество хромосом давно связано с опасным поведением опухоли, но новые исследования указывают на то, что размер клетки может предоставить дополнительные подсказки о потенциале рака к росту и распространению.

Команда теперь планирует более подробно исследовать биологические механизмы, ответственные за эти эффекты, продолжая изучение данных о раке человека.

Для Свит это означает еще часы на скамье лаборатории, осторожное нарезание и анализ крошечных срезов ткани опухоли в поисках ответов на один из самых важных вопросов раковой биологии.