【Cell子刊】单细胞RNA测序揭示癌细胞对化学疗法的多种反应机制

2020
08/27

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Cathy / 转化医学网
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为了更好地了解为什么有些癌细胞可以通过化疗被杀死,而有些癌细胞可以抵抗化疗,密歇根大学的科学家开展了一项新的研究。

导言:化学疗法通过使用化学治疗药物,攻击体内迅速分裂的癌细胞而达到治疗目的。但是其中一小部分癌细胞可以承受其攻击而存活下来,最终导致癌症复发。为了更好地了解为什么有些癌细胞可以通过化疗被杀死,而有些癌细胞可以抵抗化疗,密歇根大学的科学家开展了一项新的研究。

在这项新的研究中,科学家利用单细胞RNA测序技术,首次展示了单个癌细胞群中的单个细胞对化疗造成的DNA损伤的不同反应。结果发现,这些细胞之所以具有不同的“命运”,实际上是因为它们具有完全不同的激活基因集,而这些不同的“转录组学格局”决定了化疗对DNA造成损伤后细胞的命运。

该研究由美国密歇根大学罗格尔癌症中心的李俊熙(Jun Hee Lee)博士领导,并于8月25日发表在《细胞报告》(Cell Reports),题为“Single-Cell Transcriptome Analysis of Colon Cancer Cell Response to 5-Fluorouracil-Induced DNA Damage”

研究人员发现,癌细胞对化疗引起的DNA损伤的反应分为三类:激活细胞凋亡基因,激活细胞分裂基因,或引起细胞应激反应。

李表示:“总体而言我们观察到,具有不同命运的细胞实际上具有完全不同的激活基因集,而这些不同的'转录组学格局'决定了化疗对DNA造成损伤后细胞的命运。”

虽然DNA包含了完整的细胞“指令手册”,但是转录出来的RNA序列告诉我们在特定时间内哪些基因被打开或关闭,也就是说,哪些单独的指令被执行。转录组是给定细胞内这些RNA序列的完整集合。

应用单细胞技术

李指出,单细胞分析经常被科学家们比作“水果冰沙”。有很多研究检测了一组细胞中的特征或反应,而其中往往有某些单细胞对整体影响很大,就如冰沙中的水果。这样的检测可以提供有用的信息,但也会掩盖单个细胞之间的异质性,而单细胞技术可以让这些细胞个体的异质性被梳理出来。

该研究分析了来自三个结肠癌细胞系的10000多个细胞。这些细胞暴露于化疗药物氟尿嘧啶,氟尿嘧啶通常用于治疗结肠癌和其他类型的癌症。

图解摘要

李说:“以前,科学界的共识是,DNA损伤会导致相当一致的转录反应,根据细胞中给定的基因表达水平,该反应以被动方式导致不同的细胞命运。相比之下,现在我们发现,不同的DNA损伤反应基因通常只在具有特定细胞命运的细胞亚群中上调。”

该小组正在进行研究,以了解有哪些因素导致了某些细胞命运不同。

李说:“如果我们发现,在其他细胞死亡的情况下,有一种特定的细胞亚群可以在化疗中存活下来,那么科学家们可能会寻找专门针对这些细胞的方法。”

将数据提供给其他研究人员

这个由公共卫生学院生物统计学副教授康玄敏(Hyun Min Kang)博士共同领导的研究小组,也正在在线提供其数据供其他研究人员使用。

康说:“比如,其他科学家可以研究单个基因在化疗前后是如何在单个细胞中表达的,以及特定基因的表达与化疗剂量或其他基因表达的关系。研究人员还可以使用该在线工具来测试新的假设并生成新的数据,因此该研究或许可以加速未来对DNA损伤反应的研究。”

参考:

【1】https://medicalxpress.com/news/2020-08-single-cell-rna-sequencing-cancer-cells.html

【2】https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(20)31062-7?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2211124720310627%3Fshowall%3Dtrue


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关键词:
研究,基因,化疗,不同

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