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¿Repositorios de datos para datos sobre el microambiente tumoral?

¿Repositorios de datos para datos sobre el microambiente tumoral?


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¿Alguien sabe de algún repositorio de datos para los datos en el microambiente tumoral? Conozco las bases de datos The Cancer Gene Atlas y Gene Expression Omnibus, pero tengo más curiosidad acerca de los datos sobre la composición (molecular) de la TME. (También tengo curiosidad por las bases de datos con datos menos específicos).


¿Ha visto el depósito de datos de cáncer pediátrico del St Jude Children's Research Hospital PeCan?

Tienen una gran cantidad de datos sobre una amplia gama de diferentes tipos de cánceres pediátricos. Estos están todos en forma de genomas y RNA-seq. Sin embargo, también tienen un montón de visualizaciones configuradas para que pueda ver cómo funcionan estos perfiles desde una perspectiva de mutaciones y ARN en tumores de todo tipo.


Recursos de investigación de DCB

DCB apoya una variedad de recursos que están disponibles para los científicos que estudian el cáncer para ayudarlos en su investigación. A continuación se incluyen descripciones de estos recursos e información sobre cómo acceder a ellos. Junto con las herramientas de investigación, DCB comparte información sobre el Grupo de Trabajo de Ciencia Ciudadana de los NIH.

Los recursos del NCI para investigadores es un directorio de herramientas y servicios respaldados por el NCI para investigadores del cáncer. La mayoría de los recursos son gratuitos y están disponibles para cualquier persona.

El repositorio de ratones del NCI es un recurso financiado por el NCI para modelos de cáncer de ratón y cepas asociadas. El repositorio pone las cepas a disposición de todos los miembros de la comunidad científica (académica, sin fines de lucro y comercial). Las cepas del NCI Mouse Repository se crioarchivan y distribuyen como germoplasma congelado (embriones y / o esperma).

Los microARN (miARN) son pequeñas moléculas de ARN no codificantes que se sabe que desempeñan un papel importante en los procesos celulares fundamentales a través de la regulación postranscripcional negativa de la expresión génica. En un esfuerzo por abordar el papel que desempeñan los microARN en el cáncer humano, su uso como herramientas de diagnóstico y su función potencial como nuevos objetivos para la intervención terapéutica en el tratamiento del cáncer, la División de Biología del Cáncer (DCB) del Instituto Nacional del Cáncer ( NCI) ha apoyado la generación de células madre embrionarias de ratón (mESC) que albergan la mayoría de los miARN de ratón conocidos. Con el fin de mejorar la información novedosa obtenida sobre su papel en el cáncer, se produjeron 1501 líneas mESC modificadas genéticamente, que albergan transgenes de microARN condicionales.

Para obtener más información, visite el sitio web del repositorio de mouse del NCI.

El NCI se asoció con el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales (NIGMS) para financiar la construcción y gestión de una línea de luz de sincrotrón de cristalografía macromolecular de última generación para determinar estructuras de macromoléculas biológicamente importantes. La línea de luz, GM / CA CAT, está ubicada en Advanced Photon Source en los terrenos del Argonne National Lab en las afueras de Chicago.

El NCI tiene una cantidad significativa de tiempo de emisión dedicado para el uso de sus beneficiarios. Los investigadores interesados ​​en llevar experimentos a esta instalación deben comunicarse directamente con la línea de luz o enviar un correo electrónico al Dr. Anowarul Amin para obtener información adicional.

Banco de tejidos de Chernobyl (CTB)

DCB apoya y administra los recursos de bioespecímenes que recolectan, almacenan, procesan y difunden muestras biológicas humanas (bioespecímenes) y el conjunto de datos asociados para la investigación de la biología del cáncer humano. El Chernobyl Tissue Bank es un proyecto de colaboración internacional que cuenta con el apoyo del NCI y otro socio mundial, con la participación activa de Rusia y Ucrania, dos países muy afectados por el accidente de Chernobyl de 1986. El objetivo del CTB es establecer y mantener un recurso de investigación que respalde los estudios sobre la biología del cáncer de tiroides, la principal consecuencia para la salud del accidente de Chernobyl.

Para obtener más información sobre este banco de tejidos, visite el sitio web del banco de tejidos de Chernobyl.

Registro internacional del síndrome de Werner

El Registro internacional del síndrome de Werner es el depósito principal de muestras y datos de pacientes con síndrome de Werner (WS), y se estableció en 1988 como parte de un objetivo de clonar posicionalmente el gen WS.

El registro determina y genotipa nuevos casos de pedigrí de todo el mundo, utilizando linfoblastoides y / o fibroblastos de participantes de la investigación humana, y proporciona una confirmación genética del SW clásico. También establece y criopreserva líneas celulares y otro material de estos pedigrí (tanto los pacientes afectados como sus hermanos clínicamente no afectados), incluidos los linfocitos B de sangre periférica transformados de Epstein-Barr, fibroblastos cutáneos primarios, fibroblastos cutáneos inmortalizados, construcciones de ADNc WRN y otros. Todos estos materiales están disponibles para investigación.

Para obtener más información sobre este registro, visite el sitio web del Registro del síndrome de Werner.

Esta instalación central proporciona síntesis y distribución personalizadas de reactivos tetrámeros de péptidos de MHC solubles que se pueden usar para teñir células T específicas de antígeno. La instalación cuenta con el respaldo de un contrato del Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas, con la participación del comité directivo del NCI a través del DCB.

Para obtener más información sobre este programa, visite el sitio web del tetrámero de la Universidad de Emory.

Reactivos disponibles para investigadores financiados por el NCI

La Tumor Microenvironment Network (TMEN) generó una serie de recursos que ahora están disponibles para los investigadores del cáncer financiados por el NCI. Estos recursos incluyen:

  • Matriz rica en laminina derivada del sarcoma EHS (Engelbreth-Holm-Swarm)
    • Un conjunto de matriz extracelular derivada de células de sarcoma de EHS disponible para quienes trabajan en modelos tridimensionales para estudiar las interacciones tumor-huésped.
    • CD10-PE / Cy5, CD140b-Biotina, CD16-PE / Cy5, CD18-PE / Cy5, CD20-PE / Cy5, CD24-FITC, CD24-PE, CD2-PE / Cy5, CD31-Biotina, CD3-PE / Cy5, CD44-APC, CD44-PE, CD45-PE / Cy5, CD45-PE / Cy7, CD64-Biotina, EGFR-FITC, EGFR-PE, EpCAM-APC, EpCAM-FITC, EpCAM-PE, H2Kd-Biotina, mCD45-PE / Cy5, SAV-PE / Cy5, SAV-PE / Cy7
    • Un banco de tumores de tumores sólidos de colon y mama humanos caracterizados que contienen xenoinjertos. Se han almacenado para su uso viales de células tumorales congeladas de cada tipo de tumor. Los receptores serían responsables de amplificar las células madre y actuar como banco central para su institución, así como para otros investigadores fuera de su institución.
    • Este banco contiene células de médula ósea de líneas de ratón C57BL / 6J y C57BL / 6-Tg- (UBC-GFP) 30 Scha / J en alícuotas criopreservadas que se pueden volver a infundir según sea necesario.
    • RCAS (A) -GFP: un vector retroviral aviar para la expresión de GFP en ratones TVa. El vector debe introducirse en las células DF1 para la generación de virus. Normalmente, las propias células DF1 se introducen directamente en ratones.
    • RCAS (B) -DsRed: un vector retroviral aviar para la expresión de DsRed en ratones TVb. El vector debe introducirse en células DF1 para la generación de virus. Normalmente, las propias células DF1 se introducen directamente en ratones.

    Los investigadores interesados ​​en obtener estos reactivos deben comunicarse con el Dr. Jeff Hildesheim, División de Biología del Cáncer, NCI, para obtener información adicional y un formulario de solicitud de reactivos.

    The Physical Sciences - Oncology Network Bioresource Core Facility (PBCF)

    El Centro Bioresource de la Red de Ciencias Físicas - Oncología (PBCF) es un recurso financiado por el NCI en la ATCC que alberga un conjunto autenticado de líneas celulares cancerosas y no malignas, reactivos de cultivo celular y protocolos operativos estándar relacionados disponibles para todos los investigadores del cáncer financiados por los NIH .

    Las características del PBCF incluyen:
    • Costo gratuito de cada línea celular y reactivos (se aplican tarifas de envío y manejo del amplificador)
    • Cada lote de líneas celulares se origina a partir del mismo número de lote y número de pasaje, lo que hace que su uso sea ideal para estudios colaborativos
    • Hay 41 líneas celulares distintas disponibles de 8 tipos de cáncer y contrapartes no malignas, todas con procedimientos operativos estándar de cultivo detallados.
    • El primer envío de cada línea celular incluye un kit de inicio de medio / reactivo (si se solicita)
    • Se dispone de datos de caracterización genómica, proteómica y física de muchas de las líneas celulares.

    Los conjuntos de datos de trabajos publicados que utilicen las líneas celulares PBCF deben informarse al PBCF y al NCI. Para obtener información sobre la lista de líneas celulares disponibles y los formularios de pedido, visite la página web de Bioresource de la Red de Oncología y Ciencias Físicas del NCI o envíe un correo electrónico al Dr. Nastaran Zahir si tiene preguntas.

    Portal de conocimientos sobre la complejidad del cáncer

    Este recurso de investigación comunitaria proporciona información y acceso a datos, investigaciones, herramientas y publicaciones generadas a través del Consorcio de Biología de Sistemas del Cáncer (CSBC), la Red de Ciencias Físicas - Oncología (PS-ON) y la Colaboración de Ingeniería de Tejidos del Cáncer (TEC). .

    Para obtener más información, visite el Portal de conocimientos sobre la complejidad del cáncer.

    Ciencia ciudadana biomédica y crowdsourcing: Grupo de trabajo de ciencia ciudadana de los NIH

    Este grupo de trabajo trans-NIH está investigando la utilidad y la posible incorporación de metodologías de ciencia ciudadana en la investigación biomédica de una manera que mantenga los altos estándares científicos y éticos de los NIH.

    La ciencia ciudadana es un enfoque colaborativo de la investigación que involucra al público como colaboradores directos y socios en el proceso de investigación en sí mismo, no solo como sujetos de la investigación o asesores de la investigación. La ciencia ciudadana adopta muchas formas e implica una variedad de enfoques que se benefician de la creatividad y las habilidades de resolución de problemas del público y de los datos y conocimientos recopilados por los ciudadanos que no se pueden obtener mediante enfoques convencionales.

    Este grupo de trabajo investiga, comparte las mejores prácticas y participa en debates con otras agencias y grupos que promueven la ciencia ciudadana en otros campos. El grupo de trabajo está compuesto por oficiales de programas, oficiales de revisión científica y otros de todos los NIH interesados ​​en promover la adopción e incorporación de la metodología de ciencia ciudadana en la investigación biomédica.


    El eje de la proteína que interactúa con la tiorredoxina MondoA mantiene la identidad y función reguladoras de las células T en el microambiente del cáncer colorrectal

    Antecedentes y objetivos generales: Las características metabólicas y la función de las células T reguladoras intratumorales (Tregs) son ambiguas en el cáncer colorrectal. Las Treg infiltrantes de tumores se reprograman para exhibir propiedades de depleción de glucosa altas y adaptarse al microambiente restringido por glucosa. El factor de transcripción sensible a la glucosa MondoA está altamente expresado en Tregs. Sin embargo, el papel de MondoA en las Tregs que infiltran el cáncer colorrectal en respuesta a la limitación de la glucosa aún no se ha dilucidado.

    Métodos: Realizamos estudios con ratones, en los que MondoA se eliminó condicionalmente en Tregs y tejidos de cáncer colorrectal humano. Se utilizaron ensayos metabólicos de caballitos de mar y otros para evaluar el metabolismo de Treg. Para estudiar el papel de las Treg en la inmunidad antitumoral, utilizamos un modelo de cáncer colorrectal subcutáneo MC38 e indujimos cáncer colorrectal asociado a colitis en ratones mediante azoximetano y sulfato de sodio dextrano.

    Resultados: Nuestro análisis de los datos de secuenciación de ARN unicelular de pacientes con cáncer colorrectal reveló que las Tregs intratumorales presentaban una baja actividad del eje de la proteína que interactúa con la tiorredoxina MondoA (TXNIP) y una mayor captación de glucosa. Aunque los Tregs deficientes en MondoA eran menos inmunosupresores y promovían selectivamente las respuestas de células T auxiliares (Th) tipo 1 (Th1) en un modelo de tumor MC38 subcutáneo, los ratones knockout MondoA específicos de Treg eran más susceptibles al cáncer colorrectal inducido por azoximetano-DSS. Mecánicamente, la supresión del eje MondoA-TXNIP promovió la captación de glucosa y la glucólisis, indujo Tregs hiperglicolíticos similares a Th17, lo que facilitó la inflamación Th17, promovió el agotamiento de las células T CD8 + inducido por la interleucina 17A e impulsó la carcinogénesis colorrectal. El bloqueo de la interleucina 17A redujo la progresión del tumor y minimizó la susceptibilidad de los ratones deficientes en MondoA a la carcinogénesis colorrectal.

    Conclusiones: El eje MondoA-TXNIP es un regulador metabólico crítico de la identidad y función de Treg en el microambiente del cáncer colorrectal y un objetivo prometedor para la terapia del cáncer.

    Palabras clave: Carcinogénesis Glucosa Inmunosupresión Inflamación Factor de transcripción.

    Copyright © 2021 Instituto AGA. Publicado por Elsevier Inc. Todos los derechos reservados.


    Beca abierta de la Universidad de Washington

    En los últimos veinte años, tanto la biología computacional como la biología del cáncer han logrado grandes avances y en los últimos 5 años la fusión de las dos ha ayudado a revolucionar nuestro conocimiento de la terapia dirigida personalizada y la diversidad del cáncer. En el cáncer, las interacciones de célula a célula entre las células tumorales y su microambiente son determinantes críticos de la biología del tejido tumoral y las respuestas terapéuticas. Las interacciones entre las células de glioblastoma (GBM) y las células endoteliales (CE) establecen un supuesto nicho de células madre. Planteamos la hipótesis de que los genes que median en estas interacciones serían importantes, en particular como dianas terapéuticas. Utilizando un enfoque computacional novedoso para deconvolutizar los datos de expresión del cocultivo físico mixto de células GBM y CE, identificamos una regulación positiva no descrita previamente de la fosfodiesterasa PDE7B específica de cAMP en células GBM en respuesta a las CE. Además, encontramos que la expresión elevada de PDE7B se produce en la mayoría de los casos de GBM y tiene un efecto negativo sobre la supervivencia. La sobreexpresión de PDE7B dio como resultado la expansión de una subpoblación de células madre, una mayor agresividad tumoral y un mayor crecimiento en un modelo de GBM intracraneal. Este algoritmo de deconvolución proporciona una nueva herramienta para la biología del cáncer, particularmente cuando se observan las interacciones de célula a célula, y estos resultados identifican a PDE7B como un objetivo terapéutico en GBM.


    Discusión

    Las células del estroma inmunes y no inmunes que infiltran tejido contribuyen a la señal medida en los experimentos de expresión génica. La recuperación de esta información puede producir estimaciones de la abundancia de células infiltrantes de tejido [19], que se ilustran aquí en muestras de cáncer. Para aprovechar esta información, desarrollamos el método de contador MCP, implementado en un paquete R fácil de usar.

    Produce una puntuación para cada uno de los diez MCP distintos. Validamos que estas puntuaciones son estimaciones de abundancia precisas en tres entornos diferentes: a) perfiles transcriptómicos de 4804 muestras de validación de MCP, en las que la puntuación del contador de MCP separó las muestras positivas y negativas (en relación con cada una de las diez poblaciones de células) con alta especificidad y sensibilidad b) en un entorno de mezcla de ARN in vitro, donde mostramos que las puntuaciones del contador de MCP correspondientes a las poblaciones de células de las que se extrajeron los ARN estaban altamente correlacionadas (coeficientes de correlación de Pearson que van desde 0,93 a 0,99) con la fracción de ARN de la población celular correspondiente en la mezcla yc) en un entorno ex vivo en el que mostramos que las estimaciones del contador de MCP se correlacionan con las mediciones de IHC de las densidades celulares correspondientes. Utilizando el entorno in vitro, demostramos que el límite inferior de detección del contador MCP para una población estaba por debajo del 2% de la proporción de ARN total de la muestra cuando se utilizan microarrays Affymetrix Human Genome U133 Plus 2.0. Este límite de detección podría reducirse mediante el uso de técnicas de expresión génica más sensibles, ensayos de secuenciación de Nanostring o de ARN. Constantemente observamos límites inferiores de detección utilizando datos de qPCR para dos poblaciones de células (Fig. 3c).

    Otras técnicas para caracterizar cuantitativamente la composición celular de un tejido heterogéneo incluyen notablemente la citometría de flujo y la IHC enzimática. Las estimaciones del contador de MCP están conceptualmente cercanas a las densidades celulares estimadas por IHC (número de células por unidad de superficie en una sección de tejido), ya que las estimaciones producidas se pueden usar para comparar la abundancia de las poblaciones celulares correspondientes en las muestras. Sin embargo, a diferencia de la IHC, el contador de MCP permite la cuantificación simultánea de diez poblaciones de células con un solo experimento de expresión génica, mientras que las cuantificaciones de la IHC suelen limitarse a un par de marcadores. Sin embargo, la información de la localización espacial de las células, que está disponible en los experimentos de IHC, se pierde cuando se utilizan tecnologías transcriptómicas. Por tanto, puede ser necesaria la confirmación histológica de las estimaciones del contador de MCP en los casos en que la contaminación de las muestras por los tejidos circundantes sea inevitable. Los datos de secuenciación de ADN también podrían aprovecharse para estimar la proporción de células con receptores de células T reorganizados o loci de receptores de células B, proporcionando información sobre la abundancia y el repertorio de estas dos poblaciones. Sin embargo, las otras ocho poblaciones para las que MCP-counter proporciona estimaciones no se pueden cuantificar utilizando datos de secuenciación de ADN. El estudio de la clonalidad de las células T y B es, sin embargo, una covariable interesante para complementar las estimaciones de abundancia de estas poblaciones de células y es accesible a partir de datos de RNA-seq, como se demostró recientemente en muestras tumorales [20-22].

    MCP-counter es más sensible y específico en la interpretación de sus puntuaciones que otros métodos basados ​​en MT publicados previamente [11, 12] como resultado del enfoque riguroso, imparcial y conservador para definir los conjuntos de MT en los que se basa ( Fig. 4b) y, lo que es más importante, ha sido validado cuantitativamente de forma experimental (Fig. 3). Se diferencia conceptualmente de los experimentos de citometría de flujo o de los métodos computacionales inspirados en la citometría de flujo como CIBERSORT [9], que tienen como objetivo describir las proporciones relativas de varias poblaciones de células dentro de una sola muestra (Fig. 4a). Por el contrario, el contador MCP está diseñado específicamente para comparar la abundancia absoluta de una población celular determinada en varias muestras.

    Las puntuaciones del contador de MCP se correlacionan linealmente con las abundancias de la población celular correspondiente en las muestras, pero se expresan en unidades arbitrarias. Estas unidades arbitrarias dependen de la plataforma de expresión génica utilizada para producir los datos y solo se pueden comparar muestras producidas con las mismas plataformas de expresión génica. No obstante, demostramos que la abundancia celular relativa en tres grandes conjuntos de datos de tumores, que suman más de 19.000 tumores y se obtuvieron con tres plataformas de expresión génica diferentes, son en gran medida consistentes (archivo adicional 2: Figura S10), validando el uso de MCP-counter para evaluar qué muestras están más o menos infiltradas por cada población celular caracterizada. No obstante, dado que las puntuaciones del contador MCP se basan en características de expresión génica resumidas (como lecturas por kilobase por millón), su precisión puede verse afectada si la calidad de este resumen es baja. Las poblaciones de células cuya abundancia se estima mediante el contador de MCP suelen tener frecuencias relativamente bajas en las muestras de tejido.Por lo tanto, secuenciar muestras a gran profundidad (& gt80 millones de lecturas por muestra) [23], que se ha informado que mejora la cuantificación de transcripciones raras, puede mejorar la precisión de las estimaciones del contador MCP de muestras de secuenciación de ARN.

    Ilustramos el uso del contador MCP en tejidos humanos no enfermos y observamos estimaciones de abundancia consistentes con el estado inmunológico conocido de las muestras. Aplicamos un contador de MCP para describir las abundancias celulares promedio de MCP en 32 neoplasias malignas humanas no hematopoyéticas. Este análisis confirmó la muy alta vascularización del carcinoma de células renales de células claras y mostró que los tumores de carcinoma de células escamosas de cuello uterino, que a menudo son inducidos por virus, están altamente infiltrados por linfocitos T y, en particular, linfocitos T citotóxicos, pero solo moderadamente por otros subconjuntos inmunes. Otros resultados parecieron más sorprendentes, como la gran abundancia de células fibroblásticas en el microambiente de los tumores estromales, que pueden originarse a partir de un subconjunto de células tumorales desdiferenciadas o la vascularización relativamente baja de las muestras de carcinoma hepatocelular, que posiblemente se deba al fenotipo único de células endoteliales en el hígado. En estos casos, el contador de MCP debe compararse con el conocimiento y los datos histopatológicos de un cáncer determinado.

    El contador de MCP es más relevante para estratificar una cohorte de muestras similares en función de la composición de sus microambientes inmunes y estromales, o para seguir la composición del microambiente a lo largo del tiempo. El uso de MCP-counter confirmó que las asociaciones univariadas significativas entre la SG y la infiltración tumoral por linfocitos citotóxicos fueron en su mayoría positivas [4]. Por el contrario, se demostró que las asociaciones significativas entre el pronóstico y la abundancia extensa de poblaciones de células del estroma no inmunes y, en particular, los fibroblastos eran en su mayoría negativas usando el contador de MCP. Estas observaciones, en gran parte consistentes con la literatura publicada [1, 4, 6, 7], validan el uso de MCP-counter para evaluar el valor pronóstico de MCP en otras cohortes de pacientes.

    El contador de MCP complementa los enfoques de IHC ya que permite el análisis de diez poblaciones de células utilizando un único experimento de expresión génica, lo que permite la generación rápida de hipótesis de investigación que luego se pueden confirmar y estudiar espacialmente utilizando datos histológicos. Ilustramos notablemente su uso para clasificar por separado el adenocarcinoma de pulmón, los tumores colorrectales y de mama en subgrupos definidos por microambiente. En este contexto, pudimos confirmar el impacto pronóstico de tres clasificaciones de tumores basadas en microambiente previamente publicadas. Estos resultados sugieren que MCP-counter puede permitir la identificación de nuevas estratificaciones microambientales de marcadores múltiples.

    MCP-counter se basa en TM que se han identificado en un conjunto de datos que contiene perfiles de expresión génica de líneas de células cancerosas de 21 ubicaciones anatómicas diferentes entre sus controles negativos, lo que garantiza la aplicabilidad en una amplia gama de muestras. Sin embargo, esta gran diversidad de muestras de control puede descartar TM que sería relevante en un entorno específico: por ejemplo, el procedimiento de detección descartó NCAM1 (CD56), un marcador de células NK ampliamente utilizado, ya que también se expresa en células malignas nerviosas. y, por tanto, no es adecuado para cuantificar células NK en muestras de cerebro. El marco general que hemos desarrollado podría, por lo tanto, adaptarse para identificar MT adicional para la investigación en un conjunto de órganos más restringido.

    El contador de MCP se puede incorporar potencialmente en las rutinas clínicas para caracterizar la infiltración inmune en muestras donde las cuantificaciones basadas en IHC son imposibles, como para las biopsias por aspiración con aguja fina. En este entorno, las muestras se recogen normalmente de una en una. Para complementar el uso actual de múltiples muestras del contador MCP, diseñado para análisis exploratorios, uno podría asentarse notablemente en una plataforma de expresión génica deseada y utilizar un conjunto de muestras de calibración. Por ejemplo, las mezclas de ARN in vitro descritas aquí podrían ayudar a mapear las puntuaciones de abundancia del contador de MCP en unidades no arbitrarias, como el porcentaje de las células correspondientes dentro de una muestra. Sin embargo, es posible que se requiera un ajuste específico de la configuración para alcanzar la confiabilidad necesaria para los protocolos clínicos.


    Referencias

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    DISCUSIÓN

    La inmunoterapia contra el cáncer ha supuesto un cambio de paradigma en el tratamiento del cáncer en los últimos años. Se han generado numerosos conjuntos de datos de scRNA-seq para descifrar las composiciones complejas de tipo celular y la heterogeneidad de expresión en la TME. Sin embargo, todavía no está disponible un portal de datos bien curado, procesado uniformemente y anotado para la reutilización de datos de TME scRNA-seq. En este contexto, presentamos TISCH como un portal web integral unicelular para que los biólogos del cáncer investiguen y visualicen la expresión génica unicelular en la TME. TISCH muestra varias ventajas en comparación con los recursos de tumores unicelulares existentes. En primer lugar, TISCH es el portal de datos unicelulares de TME más completo según nuestro conocimiento, que incluye un atlas de transcriptoma unicelular de alrededor de 2 millones de células de 27 tipos de cáncer. Los diversos tipos de células y tipos de cáncer presentes en TISCH permiten a los usuarios investigar de manera sistemática y holística la heterogeneidad de TME. En segundo lugar, todos los conjuntos de datos de TISCH se procesaron, anotaron y curaron manualmente de manera uniforme, lo que elimina las barreras para las comparaciones entre estudios y beneficia la reutilización de datos. Finalmente, con la metainformación proporcionada, TISCH permite comparaciones entre diferentes pacientes, grupos de tratamiento de inmunoterapia y grupos de respuesta, mostrando posibles indicaciones clínicas para la terapia del cáncer.

    En resumen, TISCH es un repositorio útil para datos transcriptómicos unicelulares de TME. Proporciona un recurso web fácil de usar para la visualización interactiva de la expresión genética de las diferencias celulares en múltiples conjuntos de datos con la resolución de una sola célula. TISCH será un recurso valioso para que los biólogos e inmuno-oncólogos del cáncer estudien la regulación génica y la señalización inmunológica en la TME, identifiquen nuevos objetivos farmacológicos y brinden información sobre la respuesta a la terapia. En el futuro, continuaremos realizando esfuerzos para mejorar TISCH. Mantendremos los recursos web con regularidad para integrar nuevos conjuntos de datos. También proporcionaremos funciones novedosas en TISCH, como inferir la coexpresión gen-gen y las interacciones célula-célula basadas en correlaciones de expresión a nivel de una sola célula. A medida que se dispone de un número cada vez mayor de datos públicos de scRNA-seq de TME, anticipamos que el desarrollo y el mantenimiento continuos del recurso web TISCH beneficiarán a la comunidad de investigación del cáncer en general.


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    ENTENDIENDO LOS DATOS

    Las técnicas modernas de aprendizaje automático proporcionan la base para resolver estos problemas, lo que nos permite simplificar conjuntos de datos complejos e identificar hipótesis biológicamente significativas sobre la cinética de respuesta de la TME y su relación con la progresión de la enfermedad (figura 1). El aprendizaje automático no supervisado y el análisis de redes son herramientas poderosas para reducir la dimensionalidad y la complejidad de estos conjuntos de datos para que los investigadores puedan explorarlos y generar nuevas hipótesis. Las técnicas supervisadas se pueden utilizar para convertir mediciones de alta dimensión en predicciones precisas de resultados o pruebas precisas de hipótesis mecánicas particulares. Sin embargo, la utilidad última de estas técnicas depende fundamentalmente de la calidad e integridad de sus datos y de la validación clínica de los patrones y predicciones que producen.

    El recientemente anunciado Tumor Profiler Study (1) es un nuevo esfuerzo emocionante en esta dirección, con un potencial sustancial para avanzar en nuestra comprensión del papel de la TME en la enfermedad. Tres aspectos de su diseño lo convierten en un estudio modelo para el TME: (i) integración de métodos de aprendizaje automático con datos cinéticos y TME multómicos detallados para una población grande y diversa (ii) desarrollo de un modelo sostenible de traducibilidad de costos, experiencia técnica, limitaciones de ensayo, integración de plataforma de datos e infraestructura requerida y (iii) uso de perfiles y resultados de aprendizaje automático para cambiar la práctica clínica mediante la identificación de vulnerabilidades específicas de pacientes y tumores, es decir, medicina de precisión, a través de conjuntos de datos complejos.


    Título

    Autor

    Año de graduación

    Tipo de Documento

    La licenciatura

    Nombre del Titulo

    Departamento de concesión de títulos

    Biología (Biología Celular, Microbiología, Biología Molecular)

    Profesor Mayor

    Miembro del Comité

    Miembro del Comité

    Miembro del Comité

    Palabras clave

    3D, ácido, anhidrasa carbónica IX, glucólisis, pH, protones

    Abstracto

    El cáncer es una enfermedad compleja y heterogénea. No solo existe una variabilidad considerable entre los diferentes tipos de cáncer, sino que existe una enorme variabilidad entre y dentro de los pacientes que tienen el mismo tipo de cáncer. Dentro de los tumores, existen múltiples tipos de células, incluidas las células cancerosas, las células del estroma y las células inmunitarias. El microambiente del tumor a menudo induce a las células sanas a volverse pro-tumorigénicas. El metabolismo celular es sumamente sensible a los cambios en el microambiente del tumor y se puede medir para inferir la agresividad del cáncer y predecir la respuesta a la terapia. En esta disertación, nuestro objetivo es comprender cómo el microambiente, específicamente el pH bajo, afecta el fenotipo, el metabolismo y la función de los tipos de células dentro de los tumores y, en última instancia, cómo esto se relaciona con la metástasis y el resultado terapéutico.

    Capítulo 2: Desafortunadamente, medir el metabolismo es un desafío ya que el metabolismo es dinámico y puede cambiar según los tipos de modelos que usemos. Los estudios actuales utilizan modelos 2D de cáncer, es decir, líneas de células cancerosas cultivadas en recipientes o frascos de plástico planos. Los cultivos 2D están expuestos a concentraciones más altas de nutrientes, fármacos y tienen un área de superficie celular reducida al volumen debido a que se adhieren al plástico, lo que también provoca una expresión alterada de las proteínas de adhesión. Los modelos 2D no reflejan con precisión el tumor in vivo, y esto puede dar lugar a discrepancias entre los resultados in vitro e in vivo. El crecimiento de líneas de células cancerosas en 3D recapitula mejor lo que ocurre in vivo. Desarrollamos una metodología y herramientas de células vivas in vitro para perfilar metabólicamente cultivos de células en 3D y compararlos directamente con cultivos de células en 2D. Usando esto, observamos diferencias en el metabolismo basal de cultivos de células 2D y 3D en respuesta a inhibidores metabólicos y quimioterapéuticos. Expandimos aún más esta metodología para perfilar microtissues 3D generados a partir de órganos y tumores de ratón. Los perfiles metabólicos de microtissues derivados de órganos normales (corazón, riñón) fueron consistentes cuando se compararon microtissues derivados del mismo órgano. El tratamiento de los microtisidos del corazón y del riñón con cardio o nefrotoxinas tuvo efectos tempranos y marcados sobre el metabolismo tisular.

    Por el contrario, los microtissues derivados de diferentes regiones de los mismos tumores exhibieron una heterogeneidad metabólica significativa, que se correlacionó con la histología. Por lo tanto, el perfil metabólico de microtissues complejos es necesario para comprender los efectos de la morfología y la estructura sobre el metabolismo. Este método tiene el potencial de ser utilizado como una medida reproducible, temprana y sensible de la toxicidad de un fármaco y una posible metodología de detección de fármacos. Además, esta metodología proporciona un trampolín importante para mejorar el diseño experimental entre los estudios in vitro 2D y los estudios en animales in vivo.

    Capítulo 3: El desarrollo de metodologías novedosas y el desarrollo de herramientas pueden impulsar el progreso de la investigación científica. Nuestro método destaca la heterogeneidad metabólica dentro del tumor que a menudo se pasa por alto por otros medios. Un componente poco explorado de la heterogeneidad tumoral es la distinción sustancial entre el borde y el núcleo. La evolución intratumoral en curso es evidente en las variaciones moleculares entre las células cancerosas de diferentes regiones del mismo tumor. Sin embargo, los datos genéticos por sí solos proporcionan poca información sobre las fuerzas de selección ambiental y las adaptaciones fenotípicas celulares que gobiernan la dinámica darwiniana subyacente. Hemos observado en tres cánceres murinos espontáneos (cánceres de próstata en ratones TRAMP y PTEN, cáncer de páncreas en ratones KPC), que hay dos subpoblaciones con distintas estrategias adaptativas de construcción de nicho que permanecieron estables en cultivo. Una población es lo que llamamos un fenotipo "pionero", que se encuentra en el borde invasivo de los tumores. Las pioneras son células invasoras que producen un ambiente ácido a través de la glucólisis aeróbica regulada al alza y la regulación al alza de la maquinaria exportadora de protones, como la anhidrasa carbónica -9 (CA-IX). La otra población metabólica observada es lo que llamamos un fenotipo "ingeniero".Los ingenieros se encuentran en el núcleo de los tumores, no son invasivos y tienen una angiogénesis regulada al alza. Estas células de ingeniería son metabólicamente casi normales con una mayor dependencia del metabolismo oxidativo. La evolución intratumoral ocurre generando células con diferentes ventajas de aptitud en diferentes regiones de los tumores. Estas células pueden migrar intencionalmente a su área preferida, es decir, borde frente a núcleo, o terminar allí de manera fortuita, y una vez allí, su fenotipo puede cambiar con la exposición a condiciones microambientales cambiantes o puede ser fijo. En nuestros casos, estas células se cultivaron durante muchas generaciones y sus perfiles metabólicos fueron estables, lo que indica que los fenotipos seleccionados estaban fijos.

    Las interacciones darwinianas de estas subpoblaciones se investigaron en los cánceres de próstata TRAMP. Las simulaciones por ordenador predijeron y los experimentos confirmaron que las células “pioneras” invasoras, productoras de ácido y proliferativas (C2) mantuvieron una ventaja de aptitud sobre las células “ingenieriles” no invasivas, angiogénicas, inactivas (C3). Lo más probable es que esto se controle promoviendo la invasión y obstaculizando la respuesta inmunitaria. El análisis inmunohistoquímico de tumores no tratados confirmó que las células C2 superaron invariablemente y fueron más abundantes que las células C3 en los tumores de próstata TRAMP. Sin embargo, el fenotipo de estrategia adaptativa C2 ​​incurre en un alto costo debido a la producción de energía ineficiente (es decir, glucólisis aeróbica). Las simulaciones de modelos matemáticos predijeron que pequeñas perturbaciones del pH extracelular microambiental (pHe) podrían invertir la relación costo / beneficio de la estrategia C2 y seleccionar las células C3. La alteración del pH mediante la terapia con tampón, NaHCO3, aumentó el pH en un modelo de ratón TRAMP y promovió el crecimiento de células de ingeniería C3 sobre C2, lo que permitió que el tumor permaneciera de bajo grado y redujera la metástasis cuando se trataban tumores establecidos. Los modelos matemáticos de las interacciones darwinianas intratumorales de las fuerzas de selección ambiental y las estrategias adaptativas de las células cancerosas indicaron que la trayectoria del tumor se dirigió hacia una vía menos invasiva mediante la aplicación de fuerzas biológicas pequeñas pero selectivas, como la alteración del pH.

    Las células pioneras que se encuentran en los bordes invasivos de los tumores tienden a tener un metabolismo glucolítico elevado y generan un microambiente ácido. Estas células son necesarias para la invasión local y la progresión del cáncer. Por lo tanto, estábamos interesados ​​en ver el impacto de este microambiente ácido en otros componentes del tumor. Estudiamos cómo el metabolismo glucolítico y el pH bajo afectan a tres componentes del tumor: el estroma, el compartimento inmunológico y las propias células cancerosas.

    El metabolismo glicolítico del cáncer coopta los nutrientes vitales necesarios para el crecimiento celular normal y esto obliga a los tipos de células circundantes a utilizar otros metabolitos como combustible. Un área donde esto ocurre es en las metástasis óseas. Hemos identificado que la interacción metabólica entre el estroma óseo y las células cancerosas potencia las metástasis. En nuestro estudio, demostramos que las células cancerosas MDA-MB-231 triple negativas altamente glucolíticas, en comparación con las células MCF7 no metastásicas, liberan más lactato y forman metástasis ósea osteolítica in vivo. In vitro, se demostró que el lactato generado por las células cancerosas es consumido por los osteoclastos como combustible para el metabolismo oxidativo, lo que finalmente mejora la resorción de colágeno tipo I en el hueso. El transporte de lactato a los osteoclastos fue mediado por MCT1, como se muestra por la expresión significativamente aumentada durante la diferenciación de los osteoclastos, y usando un inhibidor de MCT-1, 7- (N-bencil-N-metilamino) -2-oxo-2H-cromeno- Ácido 3-carboxílico, que afectó la reabsorción del colágeno de tipo I en los osteoclastos. Juntos, estos datos indican que el lactato liberado por las células del carcinoma de mama glucolítico en el microambiente óseo promueve la formación de lesiones osteolíticas y proporciona la justificación para usar inhibidores de MCT1 como un nuevo enfoque terapéutico en pacientes con metástasis óseas.

    Además, un síntoma común de metástasis ósea en pacientes es el dolor (dolor óseo inducido por cáncer -CIBP). Hemos demostrado que las células cancerosas metastásicas óseas son altamente glucolíticas, lo que genera altos niveles de lactato y un microambiente ácido. Postulamos que el ácido en el microambiente del tumor puede ser una causa de CIBP, lo que justifica una mayor investigación. Encontramos que las células de carcinoma de mama que prefieren el hueso como sitio metastásico tienen un flujo de salida de protones extracelular muy alto y expresan bombas / transportadores de iones asociados con el equilibrio ácido-base (MCT4, CA9 y V-ATPasa). La acidosis puede estimular y sensibilizar a los nociceptores en el hueso y provocar hiperalgesia. La exposición de fibroblastos asociados con cáncer, células madre mesenquimales y osteoblastos a pH ácido promovió la expresión de mediadores inflamatorios y nociceptivos (NGF, BDNF, IL6, IL8, IL1b y CCL5). Además, el deterioro de la acidificación intratumoral a través de la orientación de V-ATPasa en modelos de metástasis óseas redujo significativamente la CIBP. Los tratamientos actuales para pacientes con CIBP a menudo son ineficaces, pero nuestros resultados in vivo se correlacionan con pacientes que brindan clínicamente una nueva vía de tratamiento potencial. El dolor en los pacientes, medido mediante un cuestionario, se correlacionó con niveles más altos de producción de mediadores inflamatorios y nociceptivos, p. Ej. IL6 e IL8 por las células estromales, lo que sugiere que los microambientes tumorales generan estroma pro-tumoral. En particular, un ensayo clínico (NCT01350583) trató a 9 pacientes en un ensayo de fase I de bicarbonato de sodio (para elevar el pH) como adyuvante para reducir el dolor óseo. Si bien el estudio no logró escalar, hubo una reducción significativa en la CIBP informada por los pacientes. En resumen, la acidificación intratumoral en la médula ósea puede activar el estroma asociado al tumor que promueve la CIBP y este hallazgo ofrece un nuevo objetivo para los tratamientos paliativos en el cáncer avanzado.

    Capítulo 4: Las células inmunes son otro componente del tumor que está expuesto a las condiciones microambientales estresantes generadas por las células tumorales. En nuestros estudios, nos hemos centrado en las células T efectoras del sistema inmunológico, es decir, en los linfocitos CD8 + que tienen el potencial de matar las células tumorales mediante la liberación de la granzima B. Las células T CD8 + se regulan en condiciones normales mediante la expresión de proteínas inhibidoras del punto de control que reducen la vida útil. o prevenir la actividad de las células T. La inmunoterapia, como los inhibidores del bloqueo de los puntos de control, aumenta la persistencia de las células T y ha inducido respuestas duraderas en muchos pacientes. Sin embargo, muchos tipos de tumores y muchos pacientes han mostrado una respuesta mínima o nula, y se desconoce por qué. Como hemos comentado, los tumores agresivos suelen ser ácidos y hemos visto efectos del pH bajo tanto en las células cancerosas como en el estroma. Sin embargo, el impacto del ácido en las células T no está claro. Por lo tanto, nuestro objetivo fue comprender el efecto de la acidez en la función de las células T. Descubrimos que las células T murinas activadas dependen principalmente del metabolismo glucolítico, tienen una función efectora reducida y una glucólisis reducida en condiciones de pH bajo. Específicamente, el ácido inhibe la glucólisis al evitar el transporte de lactato fuera de la célula, lo que aumenta el lactato intracelular y reduce el pH intracelular, lo que da como resultado una regulación a la baja de la glucólisis. La alteración del pH de los tumores sólidos mediante la terapia con tampón mejoró la eficacia de las inmunoterapias. Estos hallazgos han demostrado que la acidez en los tumores sólidos inhibe la función efectora de las células T, que es vital para la respuesta a la inmunoterapia. Al reducir la acidosis intratumoral, es posible que podamos mejorar la respuesta a la inmunoterapia en tumores y pacientes que hasta ahora han visto pocos beneficios.

    Capítulo 5: En nuestros estudios, asumimos que el pH bajo es generado por el metabolismo altamente glucolítico de las células cancerosas. Sin embargo, la expresión de proteínas implicadas en la exportación de ácidos celulares, como la anhidrasa carbónica IX, a menudo se expresan al mismo tiempo en células que exhiben altos niveles de glucólisis, como en las células pioneras en los bordes invasivos. ¿Qué pasaría si la exportación de ácido impulsara la absorción y el metabolismo de la glucosa? El trabajo previo correlaciona fuertemente la acidez del tumor con una mayor invasión y metástasis, y que la neutralización de la acidez del tumor puede prevenir la formación de metástasis en muchos sistemas. Sin embargo, la correlación no es causalidad. Probamos la hipótesis de que la acidosis puede causar metástasis sistémicamente por inducción de la producción de ácido a través de la expresión de exportadores de protones de la membrana plasmática. Diseñamos dos sistemas de "ganancia de función" para generar la producción de ácido independientemente de la producción de ácido metabólico. Diseñamos células productoras de ácido mediante la sobreexpresión de una bomba de protones de levadura, H-ATPasa (PMA1) o una anhidrasa carbónica humana exofacial exportadora de protones 9 (CA-IX). Los estudios in vitro mostraron que la expresión de cualquiera de los exportadores de protones en líneas celulares de cáncer humano no metastásico mejoró la glucólisis aeróbica, la migración y la invasión. In vivo, las células productoras de ácido formaron tumores de grado superior, que se asociaron con un aumento de metástasis espontáneas y experimentales. La acidez neutralizante con terapia tampón redujo la metástasis. Por lo tanto, el aumento de las tasas de exportación de H + puede impulsar un aumento de la glucólisis aeróbica (el efecto Warburg) y convertir las células no metastásicas en aquellas que forman metástasis extensas. Por lo tanto, proponemos que las variables asociadas con la metástasis pueden activarse y potenciarse por el aumento de la producción de ácido y, por lo tanto, la acidosis es sistémicamente causal de la metástasis.

    En general, hemos podido comprender el impacto del pH bajo en múltiples tipos de células diferentes en los tumores, cómo esto afecta su función y las implicaciones resultantes para la agresividad del cáncer y la respuesta a la terapia.


    Ver el vídeo: Introdução ao Microambiente Tumoral (Febrero 2023).