Traçage des lignées clonales avec des codes-barres enregistrables révèle les histoires de migration du cancer de la prostate métastatique

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title: “Suivi de la lignée clonale à l’aide de codes-barres enregistrables révèle l’histoire migratoire de la métastase du cancer de la prostate” author: Ryan N. Serio, Armin Scheben, *Billy Lu, *Domenic V. Gargiulo, Lucrezia Patruno, Caroline L. Buckholtz, Ryan J. Chaffee, Megan C. Jibilian, Steven G. Persaud, Stephen J. Staklinski, Rebecca Hassett, Lise M. Brault, Daniele Ramazzotti, Christopher E. Barbieri, Adam C. Siepel, #, Dawid G. Nowak journal: Cancer Discovery

date: July 16, 2024

Introduction

Le diagnostic précoce et l’élaboration de stratégies de traitement pour le cancer de la prostate (Cancer de la Prostate, PCA) dépendent d’une compréhension approfondie du processus de métastase tumorale. Cependant, les schémas de propagation de la tumeur initiale vers les sites métastatiques restent incertains. Par conséquent, l’équipe de recherche a proposé et validé une technique de suivi des lignées cellulaires chimériques basée sur la technologie des codes-barres PCR/Cas9 pour explorer l’histoire dynamique des métastases du cancer de la prostate, fournissant une nouvelle perspective pour comprendre l’évolution clonale et les voies de migration des tumeurs.

Contexte de la recherche et source de l’article

Les auteurs de cet article académique proviennent de plusieurs institutions de recherche renommées, telles que Weill Cornell Medicine, Cold Spring Harbor Laboratory et l’Université de Milano-Bicocca. L’article, publié dans la prestigieuse revue “Cancer Discovery”, est le résultat des travaux de Ryan N. Serio, Armin Scheben, Billy Lu, Domenic V. Gargiulo, Lucrezia Patruno, Caroline L. Buckholtz, et d’autres encore. Cette étude explore les mécanismes de la métastase du cancer de la prostate et explique comment les schémas de métastase affectent la progression de la maladie et le développement de stratégies thérapeutiques.

Processus de recherche

Modèle expérimental et méthodes

L’étude utilise un nouveau modèle de souris injecté appelé EvoCaP (prostate cancer évolutif), qui présente des caractéristiques très invasives avec des métastases aux os, au foie, aux poumons et aux ganglions lymphatiques. Pour suivre l’histoire des migrations entre la tumeur initiale et les sites métastatiques, l’équipe de recherche a utilisé une pipeline nommée EvoTracer pour suivre différents clones tumoraux contenant des codes-barres enregistrables.

1. Processus de modélisation:

   • Dans le modèle de souris EvoCaP, ils ont induit des modifications génétiques par l’injection de lentivirus dans la prostate, en déclenchant le cancer de la prostate. Le processus spécifique comprend :
     • La délétion combinée des gènes Pten et Trp53, une combinaison fréquente chez les patients atteints de maladie métastatique.
     • Le suivi de l’évolution du cancer à l’aide de codes-barres héréditaires accumulés (BC10).

2. Collecte et analyse des données:

   • En utilisant des codes-barres synthétiques BC10 contenant plusieurs amorces d’édition génique, une analyse quantitative a été effectuée à l’aide du logiciel Evotracer.
   • L’analyse a révélé une hétérogénéité clonale élevée, définissant des groupes de clones fondateurs (CPs) entre la prostate et les sites métastatiques.
   • L’historique des migrations a été déduit en utilisant des techniques de lissage de population, l’algorithme Cassiopeia et le logiciel Machina.

3. Résultats expérimentaux:

   • Une fois les souris génétiquement modifiées injectées avec des virus portant les codes-barres dans la prostate, une grande hétérogénéité clonale a été observée.
   • De nombreux événements d’édition Cas9 partagés (mutations de tige marquées) ont été détectés, définissant les CP entre la prostate et les sites métastatiques.
   • Quelques clones hautement invasifs jouent un rôle principal dans le processus de migration, tandis qu’un grand nombre de cellules tumorales restent immobiles dans les sites métastatiques.

Détails expérimentaux et innovations méthodologiques

Le modèle EvoCaP, conçu par l’équipe de recherche, est un nouveau modèle de souris mutante caractérisé par le traitement génétique in vivo (utilisant par exemple l’injection de lentivirus) pour simuler l’évolution et la métastase du cancer de la prostate humain. Le système de codes-barres enregistrables BC10 ajoute une innovation notable à l’expérience, permettant un suivi précis de l’évolution clonale sur une longue période.

1. Construction du modèle EvoCaP:

   • L’injection de lentivirus dans la prostate des souris a introduit l’expression de la recombinase Cre et de la luciférase lucifère, ce qui entraîne la perte focale des gènes Pten et Trp53.
   • Ce mécanisme inductif simule efficacement le cancer de la prostate humain, depuis une lésion initiale jusqu’à la métastase aux os, aux poumons, au foie et même aux ganglions lymphatiques.

2. Système de codes-barres enregistrables (BC10):

   • Le code-barres BC10 contient 10 sites cibles Cas9 de 20 nucléotides, conçus à l’aide de l’algorithme de scoring CFD (cutting frequency determination) d’apprentissage machine pour garantir une efficacité d’édition élevée.
   • Les mutations génétiques accumulées enregistrées par BC10 permettent d’observer des relations évolutives complexes entre les groupes clonaux sur une longue période.

3. Collecte et analyse des données:

   • Une analyse quantitative de haute sensibilité a été réalisée à l’aide du logiciel EvoTracer, utilisant des outils d’analyse bioinformatique avancés, dont Cassiopeia et Machina, pour reconstruire les arbres clonaux et inférer les trajectoires migratoires potentielles.
   • La stabilité du modèle animal et la consistance des données ont été assurées par la dose de virus injectée et la capacité à réduire au silence les gènes étrangers.

Principaux résultats

Les résultats expérimentaux montrent que : - La tumeur initiale présente des caractéristiques multiclonales significatives, et les clones hautement invasifs jouent un rôle principal dans l’expansion de leur niche écologique. - L’hétérogénéité clonale reflète les schémas de migration fondamentaux de la prostate aux sites métastatiques distants. Le processus de métastase suit principalement une propagation linéaire, avec peu de diffusion entre les métastases. - Des schémas de migration spéciaux ont été identifiés, comme la métastase directe de la prostate aux os, au foie et aux poumons (transfert primaire-à-métastatique).

Ces données suggèrent qu’une minorité de clones dominants se propagent progressivement par migration, réussissant à surmonter les contraintes qui les maintiennent sur place, montrant ainsi une grande invasivité et une domination.

Conclusion

Importance de la recherche

L’importance de cette recherche réside dans : - Fournir une vue détaillée de la métastase du cancer de la prostate, révélant comment les clones tumoraux évoluent et migrent dans différentes parties du corps. - L’utilisation du modèle EvoCaP et de la technologie de suivi des codes-barres démontre leur capacité potentielle à identifier les groupes clonaux de tumeurs et à prédire leurs chemins de migration. - Ces découvertes ont des implications profondes pour le développement de nouvelles méthodes de traitement du cancer de la prostate.

Découvertes importantes

L’étude souligne le caractère systémique du cancer de la prostate, entraîné par quelques clones très invasifs et présentant des schémas d’expansion migratoire complexes. Ces clones hautement invasifs surmontent les barrières physiologiques pour se propager à des sites métastatiques plus éloignés, fournissant une nouvelle perspective sur une maladie systémique.

Nouveauté des méthodes et processus

Le modèle EvoCaP utilisé dans la recherche est une méthode de traitement génétique innovante qui permet de simuler avec précision l’évolution du cancer de la prostate humain chez la souris. Le système de codes-barres enregistrables BC10 améliore davantage l’efficacité et la précision du suivi de l’évolution clonale dans le cancer, montrant un grand potentiel en recherche oncologique.

Le modèle EvoCaP et la plateforme de suivi des codes-barres démontrent leur efficacité et leur innovation dans l’étude de la migration et de l’expansion du cancer de la prostate. Ces techniques et méthodes peuvent être appliquées non seulement au cancer de la prostate, mais également à d’autres types de cancers et à la recherche de maladies, offrant des outils et des perspectives précieux à la communauté académique et à la pratique clinique.