实验|《细胞》子刊：癌细胞“玩儿命”耐药！冷泉港科学家发现，染色体不稳定性对癌细胞有害，但也会促进癌症获得耐药性丨科学大发现( 二 ) 细胞|冷泉|处理|耐药性|药物

在竞争实验中， Mps1i处理过的细胞群初始大量地减少，传代一段时间后会开始增加，逐渐超过未用Mps1i处理的细胞群并占据群体的主导性。这一现象的发生是因为什么呢？
Sheltzer教授作出了假设：用Mps1i处理会产生不同核型的初始细胞群；大多数非整倍体对细胞是有害的，在实验之初竞争不过未被处理的正常细胞群；但某些罕见的非整倍体可以促进癌细胞对特定药物的耐药性，在药物存在的压力下，拥有这些非整倍体的癌细胞就被筛选出来了。（图3A）

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图3A非整倍体筛选模式图
为了验证这个假设， Sheltzer对不同竞争实验中的细胞进行了单细胞测序。
通过测序发现：在实验的第0天和第6天， Mps1i处理后的细胞异质性明显增加；在实验的第21天， Mps1i处理过的细胞群超过未处理的细胞群时， Mps1i处理后的细胞异质性下降，核型趋于稳定（图3B,C）。
同时， Sheltzer发现同一种抗癌药物在不同的遗传背景下可以选择出不同的非整倍体，而不是相似的核型（图3D,E）。

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图3B-E Mps1i处理后不同时间点单细胞测序结果
Sheltzer进一步通过单细胞测序筛选出来了产生耐药性的多种核型（表1）。

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表1 Mps1i 处理的细胞系的单细胞核型总结
这些非整倍体的出现是否能够重复使癌细胞产生耐药性？还是具有偶然性，并不会重复出现呢？
为了解答这一疑问， Sheltzer在p53-/-的RPE1细胞中分离出了两种核型的细胞，这两种是在紫杉醇培养中最常见的两种核型（Mono10c2,c4）（图4A,B）。同时，选择了一种在竞争实验中从未观察到的核型（Mono13）作为对照。然后，用这三种类型的细胞与它们的原始细胞进行竞争实验。
实验发现Mono13-RPE1细胞与正常细胞并没有明显差异；而Mono10-RPE1细胞在标准培养基中的竞争力明显降低；在含有紫杉醇的培养基中， Mono10-RPE1细胞丰度从46%增加到89% ，这说明同一核型加速癌细胞产生耐药性的现象是可以重复的（图4C）。

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图4 非整倍体造成的耐药可重复
那么，内源性的CIN是否具有同外源性CIN一样的作用呢？
Sheltzer分析了来自患者的异种移植物（PDX）的数据集，发现11%的“低CIN肿瘤”对治疗有明显的反应，而“高CIN肿瘤”中只有3%（图5A）； 69%的“高CIN肿瘤”在治疗后有进展性疾病，而“低CIN肿瘤”只有58%（图5B）；在药物治疗时， “高CIN肿瘤”具有更短的生存期（图5D-F）。

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图5A-F异种移植物（PDX）数据集分析结果
同时Sheltzer也分析了来自癌症基因组图谱 (TCGA) 的临床和拷贝数数据。由于无法测量TCGA样本的CIN ，研究人员评估了基因组改变分数（FGA）作为指标。
通过分析发现，在观察期结束时，具有高FGA肿瘤的个体与低FGA肿瘤个体相比，其肿瘤还存在的可能性显著增加（图5G）。而高FGA也与结直肠癌、胶质瘤、前列腺癌和子宫内膜癌的疾病进展显着相关（图5H）。通过回归分析评估FGA与患者预后之间的关系，发现 FGA与一些癌症的患者较短的生存期显著相关，如乳腺癌、急性髓系白血病、乳头状肾细胞癌等（图5I）。