Cancer Cell:北京大学利用单细胞多组学测序,揭示人类结直肠癌肿瘤基质细胞中普遍的基因组改变
2020/11/01
该研究突破了人们对人体“正常”组织中细胞遗传变异的认知,提示基因组拷贝数变异在人类疾病和衰老中可能存在重要作用。

肿瘤微环境(TME)是由肿瘤组织中的各种非上皮细胞以及胞外基质共同组成的。一直以来,肿瘤微环境都是研究癌症领域的热点,大量研究表明,肿瘤微环境中的基质细胞在肿瘤的迁移和远处转移方面有重要的作用。近年来单细胞转录组测序等技术已经被广泛应用到肿瘤微环境研究中,但是这些微环境细胞究竟被癌细胞驯化到何种程度尚未得到充分研究。

2020年10月22日,北京大学汤富酬、付卫等研究人员合作在国际学术期刊《Cancer Cell》上在线发表了题为“Single-Cell MultiomicsSequencing Reveals Prevalent Genomic Alterations in Tumor Stromal Cells ofHuman Colorectal Cancer”的文章,利用单细胞多组学测序,揭示出人类结直肠癌肿瘤基质细胞中普遍的基因组改变。


DOI:https://doi.org/10.1016/j.ccell.2020.09.015

为了研究这些非恶性细胞的改变,研究团队首先建立了一个单细胞基因组和转录组双组学测序技术,可以将单个细胞的细胞核和细胞质分离,从而对同一个单细胞能够同时进行转录组和基因组测序。

随后,研究人员系统地研究了肿瘤微环境以及正常组织中免疫细胞、成纤维细胞和血管内皮细胞中基因组拷贝数变异(somatic copy number alterations, SCNAs)的发生频率和特征,对21名微卫星稳定的结直肠癌(CRC)患者和6名无癌老年人的癌组织、淋巴结转移组织、癌旁组织以及外周血样品进行了单细胞多组学测序。


实验取样、测序和分析的方案设计

结果表明,以SCNAs为代表的遗传变异在人体正常组织的各种免疫细胞、成纤维细胞以及血管内皮细胞中广泛存在。与癌旁正常组织相比,肿瘤组织中发生遗传异常的成纤维细胞的比例更高,并且在肿瘤组织中遗传异常的成纤维细胞发生了显著的克隆扩张。


有基因组拷贝数变异的免疫细胞在不同个体中普遍存在


发生基因组拷贝数变异的成纤维细胞在肿瘤组织中的比例远远高于癌旁“正常”组织

不仅如此,研究人员还筛选出了肿瘤组织中成纤维细胞相对于癌旁组织中成纤维细胞差异表达的76个基因,包括59个上调基因和17个下调基因。其中BGN、RCN3、TAGLN、MYL9和TPM2在肿瘤组织成纤维细胞中明显上调。

随后,研究人员通过TCGA数据库进行了验证,发现这5个基因高表达与结直肠癌预后差明确相关,并且免疫组化实验进一步确定了这5个基因是肿瘤微环境中成纤维细胞特异性表达的肿瘤标志基因。

这一发现拓展了肿瘤标志基因的种类,从原来主要聚焦于癌上皮细胞表达的标志基因变成同时关注肿瘤微环境细胞中特异性表达的肿瘤标志基因。


实验流程图

综上所述,研究人员利用高精度单细胞多组学测序技术,系统地分析了27个人类个体的多种非上皮细胞的基因组拷贝数变异情况,揭示了基因组拷贝数变异在人体成纤维细胞、免疫细胞和血管内皮细胞中普遍存在,并发现结直肠癌肿瘤微环境中的成纤维细胞中发生基因组拷贝数异常细胞的比例大幅度增加,而且这类成纤维细胞在肿瘤组织中存在克隆扩张现象。

该研究突破了人们对人体“正常”组织中细胞遗传变异的认知,提示基因组拷贝数变异在人类疾病和衰老中可能存在重要作用,对肿瘤微环境和肿瘤治疗研究提供了新的线索。

参考资料:

[1] Single-Cell Multiomics Sequencing Reveals Prevalent Genomic Alterations in Tumor Stromal Cells of Human Colorectal Cancer.

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