Une nouvelle analyse menée par des chercheurs de la faculté de médecine de l'université de Washington à Saint-Louis a révélé des cartes 3D détaillées des structures internes de plusieurs types de tumeurs. Ces atlas de cancer indiquent comment différentes cellules tumorales – ; et les cellules de l'environnement d'une tumeur – ; sont organisés, en 3D, et comment cette organisation change lorsqu'une tumeur se propage à d'autres organes.
Les résultats détaillés offrent aux scientifiques de précieux modèles de tumeurs qui pourraient conduire à de nouvelles approches thérapeutiques et déclencher une nouvelle ère dans le domaine de la biologie du cancer, selon les chercheurs.
L'étude fait partie d'un groupe de 12 articles publiés le 30 octobre dans la suite de revues Nature par des membres du Human Tumor Atlas Network, un consortium de recherche financé par le National Cancer Institute (NCI) des National Institutes of Health (NIH). . L'analyse 3D – ; publié dans Nature – ; comprend des données détaillées sur les cancers du sein, colorectal, du pancréas, du rein, de l'utérus et des voies biliaires.
La dernière décennie de recherche sur le cancer a été définie par d'énormes progrès dans la compréhension des activités des cellules dans l'environnement d'une tumeur – ; à la fois le cancer lui-même et ses cellules de soutien, y compris au niveau unicellulaire. La nouvelle étude commence à révéler non seulement ce que fait chaque cellule, mais également où chaque cellule se trouve dans la tumeur intacte et comment chacune interagit avec ses cellules voisines, que ces cellules soient à côté, dans la rue ou dans un endroit complètement différent. quartier.
Ces nouvelles informations pourraient aider les scientifiques à comprendre comment les tumeurs se propagent ou développent une résistance aux traitements, pour ne citer que quelques domaines d’étude intensifs en cours.
« Ces cartes 3D des tumeurs sont importantes car elles nous permettent enfin de voir ce que, jusqu'à présent, nous avons seulement pu déduire sur les structures tumorales et leur complexité », a déclaré le co-auteur Li Ding, PhD, professeur David English Smith de Médecine.
Nous avons compris que les cellules cancéreuses, les cellules immunitaires et les cellules structurelles étaient toutes présentes dans la tumeur, protégeant parfois le cancer de la chimiothérapie et des attaques du système immunitaire, mais nous pouvons désormais réellement voir ces lignes de bataille. Nous avons désormais la possibilité de voir comment les régions de la tumeur diffèrent dans l'espace 3D et comment le comportement change en réponse au traitement ou lorsque la tumeur se propage à d'autres organes. Ces études ont ouvert une nouvelle ère dans la recherche sur le cancer avec le potentiel de transformer la façon dont nous comprenons et traitons le cancer à l'avenir. »
Li Ding, PhD, professeur David English Smith, médecine, faculté de médecine de l'Université de Washington
L'étude est dirigée par Ding, également membre chercheur du Siteman Cancer Center, basé à l'hôpital Barnes-Jewish et à WashU Medicine ; et ses collègues co-auteurs principaux Feng Chen, PhD, professeur de médecine ; Ryan C. Fields, MD, professeur émérite Kim et Tim Eberlein ; William E. Gillanders, MD, professeur de chirurgie, tous de WashU Medicine ; et Benjamin J. Raphael, PhD, de l'Université de Princeton.
Organisation 3D des quartiers tumoraux
En général, les chercheurs ont constaté que les tumeurs avaient une activité métabolique plus élevée – ; c'est-à-dire qu'ils ont brûlé plus de carburant – ; dans leurs noyaux et plus d’activité du système immunitaire sur leurs bords. Ils ont également découvert qu'une tumeur peut contenir plusieurs quartiers avec différentes mutations génétiques entraînant la croissance de la tumeur. Ces quartiers sont appréciés pour la manière dont ils conduisent à une réponse thérapeutique et à une résistance dans divers types de cancer. Cela suggère que différents traitements ciblés pourraient être nécessaires pour traiter les mutations clés dans différents quartiers.
« Cette compréhension du métabolisme 3D du cancer affectera la manière dont nos traitements actuels fonctionnent, et parfois ne fonctionnent pas, et conduira au développement de nouveaux traitements contre le cancer », a déclaré Fields, qui traite les patients de Siteman. « C'est vraiment transformateur. »
De plus, certains quartiers tumoraux peuvent avoir une activité cellulaire immunitaire élevée – ; appelées régions chaudes. La même tumeur peut également comporter des régions dites froides qui n’ont pas beaucoup, voire aucune, d’activité immunitaire. Les régions chaudes répondent généralement bien aux immunothérapies, mais pas les régions froides, ce qui pourrait expliquer pourquoi certaines tumeurs semblent d'abord réagir aux immunothérapies, puis développer une résistance. Si divers profils de mutation ainsi que des quartiers froids et chauds peuvent être identifiés, cela offre la possibilité de concevoir des stratégies de traitement qui pourraient être efficaces contre tous les quartiers au sein d’une même tumeur.
Les chercheurs – ; y compris les co-premiers auteurs, Chia-Kuei (Simon) Mo et Jingxian (Clara) Liu, tous deux étudiants diplômés du laboratoire de Ding – ; ont également découvert une grande variation dans la profondeur avec laquelle les cellules immunitaires avaient infiltré les différentes tumeurs et dans l'endroit où différents types de cellules immunitaires, tels que les lymphocytes T ou les macrophages, s'assemblaient. Certains échantillons de tumeurs métastatiques ont montré que le cancer franchissait les limites des cellules immunitaires pour poursuivre l'invasion des tissus sains, illustrant peut-être un phénomène appelé épuisement des cellules immunitaires, dans lequel le système immunitaire est submergé par un cancer agressif et ne peut plus contenir sa croissance.
« Si nous pouvons voir des cellules T épuisées à l'intérieur d'une tumeur, nous pourrions potentiellement activer ces cellules T avec un inhibiteur de point de contrôle ou d'autres immunothérapies », a déclaré Ding. « Mais si nous ne les voyons pas, nous saurons que certaines immunothérapies ne fonctionneront pas. Ces cartes tumorales peuvent nous aider à prédire la résistance aux traitements. Nous n'avons jamais pu parler de cette façon des tumeurs auparavant – ; des cellules sont présentes dans la tumeur, ce qui suggère des opportunités de les exploiter pour des traitements. »
Les chercheurs de WashU Medicine ont mené deux autres études dans le cadre de cet ensemble de publications. L’un, paru dans Nature Cancer et co-dirigé par Ding et Gillanders, fournit une analyse détaillée du cancer du sein, identifiant comment différents types de tumeurs du sein proviennent de différents types de cellules. L’équipe de recherche a également découvert que l’épuisement des lymphocytes T était courant dans une tumeur agressive connue sous le nom de cancer du sein triple négatif. La connaissance de la « cellule d'origine » et du paysage immunitaire du cancer du sein pourrait aider à orienter les futures stratégies de traitement.
L'autre article, paru dans Nature Methods et co-dirigé par Ding, de WashU Medicine, et Raphael, de Princeton, décrit de nouvelles méthodes d'analyse 3D des tumeurs, y compris celles utilisées dans l'étude des six types de tumeurs apparus dans Nature.
Mo C, Liu J, Chen S, Storrs E, Targino da Costa AL, Houston A, Wendl MC, Jayasinghe RG, Iglesia MD, Ma C, Herndon JM, Southard-Smith AN, Liu X, Mudd J, Karpova A, Shinkle A, Goedegebuure SP, Abdelsaher ATMA, Bo P, Fulghum L, Livingston S, Balaban M, Hill A, Ippolito JE, Thorsson V, Held JM, Hagemann IS, Kim EH, Bayguinov PO, Kim AH, Mullen MM, Shoghi KI, Ju T, Reimers MA, Weimholt C, Kang L, Puram SV, Veis DJ, Pachynski R, Fuh KC, Chheda MG, Gillanders WE, Fields RC, Raphael BJ, Chen F, Ding L. Evolution des tumeurs et interactions du microenvironnement en 2D et Précancer spatial 3D. Nature. 30 octobre 2024.
Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health (NIH), numéros de subvention U2CCA233303, U54AG075934, U24CA210972, R01NS107833, R01NS117149, R01HG009711, R01CA260112, U24CA209837, K12CA167540, 8453 et U24CA264027 ; et la Fondation de recherche sur le cancer Damon Runyon.
Iglesia MD, Jayasinghe RG, Chen S, Terekhanova NV, Herndon JM, Storrs E, Karpova A, Zhou DC, Naser Al Deen N, Shinkle AT, Lu RJ, Caravan W, Houston A, Zhao Y, Sato K, Lal P, Rue C, Martins Rodrigues R, Southard-Smith AN, Targino da Costa AL, Zhu H, Mo C, Crowson L, Fulton RS, Wyczalkowski MA, Fronick CC, Fulton LA, Sun H, Davies SR, Appelbaum EL, Chasnoff SE, Carmody M, Brooks C, Liu R, Wendl MC, Oh C, Bender D, Cruchaga C, Harari O, Bredemeyer A, Lavine K, Bose R, Margenthaler J, Held JM, Achilefu S, Ademuyiwa F, Aft R, Ma C , Colditz GA, Ju T, Oh ST, Fitzpatrick J, Hwang ES, Shoghi KI, Chheda MG, Veis DJ, Chen F, Fields RC, Gillanders WE, Ding L. L'accessibilité différentielle de la chromatine et la dynamique transcriptionnelle définissent les sous-types de cancer du sein et leurs lignées. . Cancer naturel. 30 octobre 2024.
Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health (NIH), numéros de subvention U2CCA233303, U24CA211006, U24CA209837, R01HG009711 ; la Centene Corporation, numéro de contrat P19-00559, par le biais de l'Initiative de médecine personnalisée ARCH de l'Université de Washington-Centene.
Ma C, Balaban M, Liu J, Chen S, Wilson MJ, Sun CH, Ding L, Raphael BJ. Déduire des aberrations du nombre de copies spécifiques aux allèles et de la phylogéographie tumorale à partir de la transcriptomique résolue spatialement. Méthodes naturelles. 30 octobre 2024.
Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health (NIH), numéros de subvention U24CA248453, U24CA264027, U2CCA233303, U54AG075934, U24CA210972, R01HG009711 et R01CA260112 ; et la Fondation de recherche sur le cancer Damon Runyon.
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