摘要：研究人员采用了一种名为碱基特异性原位测序（BaSISS）的新方法，能够定量绘制肿瘤克隆的遗传组成及其空间结构。
癌症的基因组测序显示，不同的亚克隆往往镶嵌在同一肿瘤中。尽管这些是根据体细胞进化的原理产生的，但确切的空间生长模式和背后的潜在机制还不大清楚。
近日，一个国际研究团队利用空间基因组学技术绘制了两名患者乳腺肿瘤中的不同克隆。这项研究成果于11月9日发表在《Nature》杂志上，为肿瘤如何进展以及如何与周围环境相互作用提供了新见解。
在这项研究中，研究人员采用了一种名为碱基特异性原位测序（BaSISS）的新方法。通过这种方法，他们能够定量绘制肿瘤克隆的遗传组成及其空间结构。
图1 研究人员采用了一种名为碱基特异性原位测序（BaSISS）的新方法（图源：[1]）
研究团队采用这种方法来分析两名多灶性乳腺癌患者的八个组织样本，这些样本来自癌症进展的不同阶段。他们发现，不同克隆在样本中显示出一定的空间结构，具有特定的基因表达模式以及微环境和微解剖生态位。
共同通讯作者、瑞典斯德哥尔摩大学生命科学实验室的Mats Nilsson教授表示：“通过这项创新技术，我们能够准确地重建这些克隆的扩散过程。我们在研究后得出的一个重要结论是，癌细胞存活和扩散的原因不仅仅在于遗传变化，可能也与它们所在的位置有关。这又增添了一层复杂性，同时也为疾病治疗带来了潜在新方法。”
Mats Nilsson教授是原位测序领域的先锋人物，其团队开发出多种原位测序方法，这些方法已通过Cartana公司商业化。2020年，Cartana公司被10x Genomics收购，而Mats Nilsson成为10x Genomics的科学顾问。
BaSISS的流程是将新鲜冷冻的组织块进行冷冻切片，然后进行空间克隆定位和表型分析。在利用批量细胞测序发现新发突变和肿瘤亚克隆后，他们设计了特定的荧光分子探针来检测转录本在切片上的哪个位置表达。之后通过计算机方法生成克隆图谱。
Nilsson及其同事将这种方法应用在两名患者的八个组织块上，其中一名患者患有ER阳性而HER阴性的原发性浸润性乳腺癌，另一名患者患有三阴性浸润性乳腺癌。这些组织样本覆盖了癌症进展的各个阶段，从导管原位癌一直到浸润性癌症和淋巴结转移。
图2 BaSISS绘制癌症克隆的工作流程（图源：[1]）
分析结果显示，亚克隆生长呈现出复杂的模式。例如，研究人员发现，亚克隆倾向于形成与其组织学进展状态相关的空间模式。然而，每个亚克隆之间又存在数百个突变的区别，这些突变同时存在于原位癌和浸润性组织学状态中。这表明组织学和遗传病进展之间也存在脱节。
研究人员还指出，表型或组织学状态与细胞的遗传状态之间存在关联。例如，与野生型PTEN克隆相比，携带PTEN突变的克隆显示出更高密度的 Ki-67 IHC细胞核染色。然而，对于任何克隆，无论是导管原位癌还是浸润性状态，Ki-67评分都是相似的，表明尽管Ki-67上调的发生时间与PTEN突变时间相似，但它发生在肿瘤具有侵袭性之前。
图3 由三位原发性乳腺癌患者的组织学检测绘制的遗传克隆图（图源：[1]）
德国癌症研究中心的共同资深作者Moritz Gerstung称：“这项技术令人兴奋的地方在于，我们第一次看到环境是如何影响癌症进化的。我们能够看到哪些癌症克隆变得更具侵袭性，而哪些没有，这将帮助我们更好地了解肿瘤生长的关键步骤，以及我们该如何减轻或预防疾病。”
参考资料：
[1] Lomakin, A., Svedlund, J., Strell, C. et al. Spatial genomics maps the structure, nature and evolution of cancer clones. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05425-2
摘要：研究人员采用了一种名为碱基特异性原位测序（BaSISS）的新方法，能够定量绘制肿瘤克隆的遗传组成及其空间结构。
癌症的基因组测序显示，不同的亚克隆往往镶嵌在同一肿瘤中。尽管这些是根据体细胞进化的原理产生的，但确切的空间生长模式和背后的潜在机制还不大清楚。
近日，一个国际研究团队利用空间基因组学技术绘制了两名患者乳腺肿瘤中的不同克隆。这项研究成果于11月9日发表在《Nature》杂志上，为肿瘤如何进展以及如何与周围环境相互作用提供了新见解。
在这项研究中，研究人员采用了一种名为碱基特异性原位测序（BaSISS）的新方法。通过这种方法，他们能够定量绘制肿瘤克隆的遗传组成及其空间结构。
图1 研究人员采用了一种名为碱基特异性原位测序（BaSISS）的新方法（图源：[1]）
研究团队采用这种方法来分析两名多灶性乳腺癌患者的八个组织样本，这些样本来自癌症进展的不同阶段。他们发现，不同克隆在样本中显示出一定的空间结构，具有特定的基因表达模式以及微环境和微解剖生态位。
共同通讯作者、瑞典斯德哥尔摩大学生命科学实验室的Mats Nilsson教授表示：“通过这项创新技术，我们能够准确地重建这些克隆的扩散过程。我们在研究后得出的一个重要结论是，癌细胞存活和扩散的原因不仅仅在于遗传变化，可能也与它们所在的位置有关。这又增添了一层复杂性，同时也为疾病治疗带来了潜在新方法。”
Mats Nilsson教授是原位测序领域的先锋人物，其团队开发出多种原位测序方法，这些方法已通过Cartana公司商业化。2020年，Cartana公司被10x Genomics收购，而Mats Nilsson成为10x Genomics的科学顾问。
BaSISS的流程是将新鲜冷冻的组织块进行冷冻切片，然后进行空间克隆定位和表型分析。在利用批量细胞测序发现新发突变和肿瘤亚克隆后，他们设计了特定的荧光分子探针来检测转录本在切片上的哪个位置表达。之后通过计算机方法生成克隆图谱。
Nilsson及其同事将这种方法应用在两名患者的八个组织块上，其中一名患者患有ER阳性而HER阴性的原发性浸润性乳腺癌，另一名患者患有三阴性浸润性乳腺癌。这些组织样本覆盖了癌症进展的各个阶段，从导管原位癌一直到浸润性癌症和淋巴结转移。
图2 BaSISS绘制癌症克隆的工作流程（图源：[1]）
分析结果显示，亚克隆生长呈现出复杂的模式。例如，研究人员发现，亚克隆倾向于形成与其组织学进展状态相关的空间模式。然而，每个亚克隆之间又存在数百个突变的区别，这些突变同时存在于原位癌和浸润性组织学状态中。这表明组织学和遗传病进展之间也存在脱节。
研究人员还指出，表型或组织学状态与细胞的遗传状态之间存在关联。例如，与野生型PTEN克隆相比，携带PTEN突变的克隆显示出更高密度的 Ki-67 IHC细胞核染色。然而，对于任何克隆，无论是导管原位癌还是浸润性状态，Ki-67评分都是相似的，表明尽管Ki-67上调的发生时间与PTEN突变时间相似，但它发生在肿瘤具有侵袭性之前。
图3 由三位原发性乳腺癌患者的组织学检测绘制的遗传克隆图（图源：[1]）
德国癌症研究中心的共同资深作者Moritz Gerstung称：“这项技术令人兴奋的地方在于，我们第一次看到环境是如何影响癌症进化的。我们能够看到哪些癌症克隆变得更具侵袭性，而哪些没有，这将帮助我们更好地了解肿瘤生长的关键步骤，以及我们该如何减轻或预防疾病。”
参考资料：
[1] Lomakin, A., Svedlund, J., Strell, C. et al. Spatial genomics maps the structure, nature and evolution of cancer clones. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05425-2
