Imágenes de una sola célula para definir completamente el estado micrometabólico del tumor

Crédito: H. Kondo et. Alabama. Cell Reports 16 de febrero de 2021

Muchas grandes compañías farmacéuticas pudieron lanzar vacunas contra el SARS-CoV-2 en un tiempo récord al reorganizar sus terapias génicas experimentales de ARNm existentes para llevar una nueva carga útil. Mientras que estas vacunas contra el cáncer codificaron originalmente un concatémero de neoantígeno de una sola molécula de ARN que podría presentarse de manera óptima en receptores HLA específicos para mejorar las respuestas antitumorales de las células T CD8+, ahora pueden ofrecer versiones optimizadas del dominio de unión del receptor de la proteína espiga para despertar la producción de neutralizantes protectores. anticuerpos

Pero las cosas no han terminado aquí. Estas mismas compañías también han estado trabajando arduamente para reutilizar sus canales de descubrimiento de fármacos radicalmente optimizados para detectar inhibidores de moléculas pequeñas que podrían bloquear la infección por SARS, el ciclo de vida o las secuelas inflamatorias en un tiempo récord. A medida que comienzan a surgir los ganadores de las batallas de las vacunas y los desafíos del tratamiento, una industria inspirada ahora reaviva la guerra contra el cáncer con vigor y propósito renovados.

El lunes, informamos sobre nuevas tecnologías, como Tapestri de Mission Bio Platform, que permiten evaluar simultáneamente biomarcadores proteicos y defectos genéticos en células individuales a lo largo de todo el ciclo de vida del cáncer. Si bien este tipo de información es fundamental para ajustar las terapias a medida que surgen nuevos clones resistentes dentro de tumores heterogéneos, hay más en la historia. El perfil genético de una célula indica lo que es capaz de hacer, es decir, qué sustratos podría usar potencialmente y qué sustratos necesita absolutamente, pero no tanto sobre lo que las células están haciendo realmente en un momento dado. En otras palabras, indica qué tan rápido están metabolizando los sustratos en el nivel más alto, ya sea a través de la glucólisis, la glucólisis aeróbica o la fosforilación oxidativa mitocondrial.

Las modalidades de imagen, como la tomografía por emisión de positrones (18F-FDG PET), la tomografía computarizada y la resonancia magnética nuclear (RMN) hiperpolarizada, han sido herramientas invaluables para distinguir entre estados metabólicos en los tumores, pero carecen por completo suficiente resolución para estudiar la heterogeneidad a nivel celular. Para eso, los investigadores necesitan cultivos celulares y modelos in vivo en los que se puedan obtener imágenes de células etiquetadas individualmente. En un artículo reciente en Cell Reports, los investigadores perfeccionaron una técnica que hace precisamente eso.

La glucólisis en los tumores con frecuencia se regula al alza, lo que conduce a una mayor biosíntesis de los intermediarios metabólicos necesarios para la proliferación celular. Las células pueden lograr esto mediante la regulación positiva de la señalización de la fosfatidilinositol 3-quinasa (PI3K), ya sea mediante la adquisición de mutaciones activadoras, mutaciones inactivadoras en la fosfatasa reguladora negativa PTEN, o como resultado del aumento de la señalización de la tirosina quinasa del receptor. La señalización de PI3K actúa en parte a través de AKT (proteína quinasa B) para mejorar el flujo glucolítico, así como a través de otros mediadores que finalmente controlan el esqueleto de actina y la dinámica de la membrana local. En los tumores con receptores de estrógeno positivos (ER+), varios inhibidores de PI3K ahora han sido aprobados como tratamientos, que también podrían explorarse para subtipos de tumores triple negativos más resistentes.

Los investigadores utilizaron un enfoque combinado de imágenes de transferencia de energía de resonancia de fluorescencia de glucosa (FRET), metabolómica, detección de especies reactivas de oxígeno e imágenes de fluorescencia del potencial de membrana mitocondrial (con etiqueta TMRE) para definir la heterogeneidad del tumor a nivel de una sola célula. También usaron citometría de flujo para aislar células con concentraciones altas y bajas de glucosa para cultivo y análisis más específicos. Se cultivaron células de cáncer de mama MCF-7 en diferentes tipos de medios para reflejar diferentes ambientes tumorales, y luego se implantaron cultivos en la almohadilla de grasa mamaria de ratones. La implantación de líneas de células tumorales en la especie y el tejido de origen (conocidos como modelos ortotópicos) puede preservar las interacciones normales entre el tumor y la inmunidad.

Alternativamente, los xenoinjertos derivados del paciente (PDX) también se pueden implantar en modelos de ratones inmunosuprimidos para evaluar los cánceres humanos en un entorno definido. Tradicionalmente, las células cancerosas se han implantado por vía subcutánea para un estudio conveniente en ratones. Sin embargo, estos tumores se ulceran prematuramente, terminando prematuramente el estudio. Nuevos protocolos de ensayo como subQperior, en el que las células se inyectan directamente en el estroma de la almohadilla de grasa mamaria, han surgido como modelos tumorales de caballo de batalla para los cánceres de todo tipo.

Los investigadores encontraron que los tumores estaban intercalados con distintas regiones de células con alto y bajo contenido de glucosa que mantuvieron su estado durante más de 10 horas. Estos estados metabólicos demostraron ser hereditarios de las células hijas a través de la mitosis, e incluso las células vecinas podrían ser radicalmente diferentes. Los investigadores sospecharon que la base del estado metabólico hereditario podría ser la regulación epigenética. Al probar varios inhibidores, descubrieron que, si bien la inhibición de PI3K anulaba muchas de las células, se obtenían mejores resultados cuando ciertas proteínas que contenían «bromodominio» se inhibían simultáneamente. Los bromodominios son motivos de 110 aminoácidos que reconocen marcas de acetilación epigenéticas en las colas N-terminales de las proteínas histonas. Cuando los «lectores» de bromodominio de la acetilación de lisina están fuera de control, las células pueden ser refractarias a la inhibición de PI3K. Hasta la fecha se han identificado al menos 43 proteínas de bromodominio, muchas histonas acetiltransferasas.

Los investigadores observaron que las células cancerosas en distintos estados tienen diferentes vulnerabilidades. Descubrieron que las células con alto contenido de glucosa dependen particularmente del piruvato extracelular, pero que esta vulnerabilidad se enmascara en presencia de células cancerosas con bajo contenido de glucosa o fibroblastos estromales. Uno de los reguladores de la piruvato deshidrogenasa resulta ser la quinasa Akt, lo que sugiere formas adicionales de tratar posiblemente estos tipos de cáncer. La combinación de predictores multióhmicos de marcadores genéticos y proteicos unicelulares con metabólicos unicelulares de arranque en el terreno debería proporcionar finalmente los conocimientos integrales necesarios para vencer cualquier cáncer.

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Para mejorar la inmunoterapia, los investigadores buscan cambiar el acceso de las células inmunitarias al azúcar. Más información: Hiroshi Kondo et al. Las imágenes resueltas de una sola célula revelan heterogeneidad intratumoral en la glucólisis, transiciones entre estados metabólicos y sus mecanismos reguladores, Cell Reports (2021). DOI: 10.1016/j.celrep.2021.108750 Información de la revista: Cell Reports

2021 Science X Network

Cita: Imágenes unicelulares para define completamente el estado micrometabólico del tumor (24 de febrero de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-02-single-cell-imaging-tumor-micro-metabolic-state.html Este documento es sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.