Seringkali penyebaran kanker, bukan tumor asli, yang menimbulkan risiko penyakit yang paling mematikan.
“Namun metastasis adalah salah satu aspek biologi kanker yang paling kurang dipahami,” kata Kamen Simeonov, seorang MD-Ph.D. mahasiswa di University of Pennsylvania Perelman School of Medicine.
Dalam sebuah studi baru, tim yang dipimpin oleh Simeonov dan profesor Fakultas Kedokteran Hewan Christopher Lengner telah membuat langkah untuk memperdalam pemahaman itu dengan melacak perkembangan sel metastasis. Pekerjaan mereka menggunakan model tikus kanker pankreas dan teknik mutakhir untuk melacak garis keturunan dan pola ekspresi gen sel kanker individu. Mereka menemukan spektrum agresi dalam sel-sel yang muncul, dengan sel-sel yang kemungkinan besar tetap berada di tempatnya di tumor primer di satu ujung dan sel-sel yang lebih mungkin pindah ke tempat baru dan menjajah jaringan lain di ujung lainnya.
Dari sel-sel yang akhirnya menjadi metastatik dan tumbuh di jaringan dan organ di luar pankreas, sebagian besar memiliki garis keturunan yang sama, para peneliti menemukan.
“Dengan membangun alat presisi untuk menyelidiki metastasis kanker in vivo, kami dapat mengamati jenis informasi yang sebelumnya tidak dapat diakses,” kata Simeonov. “Kami dapat menggunakan pendekatan penelusuran garis keturunan ini untuk menentukan peringkat sel berdasarkan seberapa metastasis mereka dan kemudian menghubungkan perbedaan perilaku ini dengan perubahan ekspresi gen.”
Temuan kelompok tersebut, yang diterbitkan dalam jurnal Cancer Cell , menunjukkan bahwa bukan hanya mutasi genetik yang dapat mendorong penyebaran kanker; hasil profil RNA sel tunggal menggarisbawahi bahwa pola ekspresi gen — sel gen mana yang dihidupkan dan dimatikan — memainkan peran kunci dalam hasil penyakit.
Menggabungkan teknik baru
Sementara para ilmuwan telah mengkarakterisasi ratusan mutasi genetik yang terkait dengan mendorong sel normal menjadi kanker, mereka belum memiliki keberhasilan yang sama dalam mengidentifikasi mutasi yang mengubah sel kanker bermetastasis.
Satu kemungkinan mungkin bahwa prosesnya bergantung pada faktor-faktor selain mutasi, atau bergantung pada begitu banyak kelainan yang dikelompokkan bersama sehingga tandanya sulit dipecahkan.
Untuk lebih memahami perubahan biologis yang menyertai metastasis, Simeonov, Lengner, dan rekannya bertujuan untuk melacak proses ini dengan cermat, menggunakan kode batang yang berkembang, juga disebut sebagai penelusuran garis keturunan CRISPR, yang memungkinkan rekonstruksi pohon keluarga sel. Mereka memasangkan ini dengan sekuensing RNA sel tunggal untuk mendapatkan gambar gen yang dihidupkan di setiap sel.
Untuk melacak garis keturunan, para peneliti mengembangkan metode baru yang menggunakan CRISPR/Cas9 untuk memutagenisasi sekuens DNA yang diperkenalkan secara sintetis, yang berfungsi sebagai kode batang seluler. Sel-sel kanker yang direkayasa ini kemudian disuntikkan ke tikus dan dibiarkan bermetastasis. Sementara kanker berkembang dan menyebar pada tikus inang, kode batang seluler “diedit” secara acak oleh CRISPR/Cas9. Pola pengeditan kode batang yang dihasilkan dapat digunakan, kata Simeonov, “untuk merekonstruksi pohon filogenetik sel kanker karena mereka telah berkembang biak dan menyebar ke seluruh tubuh.”
Melihat sekitar 28.000 sel kanker di beberapa organ dari dua tikus, para peneliti dapat melihat gen mana yang diaktifkan setiap sel saat kanker menyebar dari pankreas ke organ dan jaringan lain. Mereka juga melacak di mana sel-sel menyebar di dalam tubuh untuk melihat apakah garis keturunan tertentu lebih cenderung bermetastasis daripada yang lain.
“Jadi untuk semua sel ini, kami tahu di mana mereka berada di dalam tubuh, kami memiliki metrik seberapa baik mereka bermetastasis, dan kemudian kami juga memiliki transkriptomnya,” atau katalog molekul RNA, kata Simeonov.
Spektrum agresi
Ketika tim peneliti memeriksa kumpulan data ini bersama-sama, mereka terkejut menemukan bahwa sekitar setengah dari klon, atau populasi sel kanker yang berbeda, terbatas pada tumor primer.
Dan ketika mereka melihat klon yang telah menyebar, mereka menemukan hanya satu klon dominan di setiap tikus.
“Anehnya, meskipun menggunakan garis sel kanker agresif yang harus siap bermetastasis, kami menemukan bahwa satu klon mendominasi situs metastasis,” kata Simeonov. “Kami mengharapkan lebih banyak kesetaraan antara klon.”
Profil transkriptom dari klon dominan ini dalam metastasis, serta klon lain yang menyebar dari tumor primer, berbeda satu sama lain dan dari klon yang tetap terbatas pada tumor primer. Data ekspresi gen dari klon agresif ini mengungkapkan bahwa ia telah mengaktifkan gen yang terkait dengan apa yang dikenal sebagai transisi epitel-mesenkimal (EMT), sebuah proses yang diyakini memberi kanker beberapa kualitas agresifnya. Di seluruh klon, tim menemukan sel menempati tempat yang berbeda dalam spektrum EMT, dari memiliki banyak gen epitel yang diekspresikan hingga memiliki banyak gen mesenkim yang diekspresikan. “Sel tampaknya ada di sepanjang rangkaian keadaan EMT,” kata Simeonov.
Profil genetik dari sel yang lebih agresif menunjukkan banyak kecocokan dengan gen yang terkait dengan kanker manusia, beberapa di antaranya telah memprediksi penurunan kelangsungan hidup. Para peneliti juga menemukan bahwa, dalam klon yang sangat agresif dari tikus kedua, keluarga gen yang terkait dengan sifat kanker, seperti migrasi sel dan kemampuan untuk masuk dan keluar dari pembuluh darah, diekspresikan secara berlebihan dibandingkan dengan klon lainnya.
“Ekspresi keluarga gen ini tampaknya menyebar di populasi yang berbeda dan meningkatkan kemampuan untuk bermetastasis dalam proses yang berpotensi melengkapi EMT,” kata Simeonov.
Dalam pekerjaan di masa depan, Simeonov, Lengner, dan rekan berharap untuk melanjutkan studi mereka tentang proses metastasis, sambil juga mengeksplorasi cara baru untuk menerapkan alat penelusuran garis keturunan ini, seperti memeriksa proses perkembangan, biologi sel punca, atau regenerasi sel. paru-paru atau jaringan usus.
“Kami berharap pendekatan kami memungkinkan pertanyaan yang sebelumnya tidak dapat diakses untuk dieksplorasi dan dijawab,” kata Simeonov.
