Una estratègia d'edició de genomes per estudiar les cèl·lules mare del càncer en tumors humans

Càncer de còlon derivat de pacient, trasplantat en ratolí, amb el gen LGR5 modificat amb proteína verda fluorescent (EGFP) per poder fer el seguimient de les cèl·lule mare tumorals (imatge: G. Turon, IRB Barcelona)
Càncer de còlon derivat de pacient, trasplantat en ratolí, amb el gen LGR5 modificat amb proteína verda fluorescent (EGFP) per poder fer el seguimient de les cèl·lule mare tumorals (imatge: G. Turon, IRB Barcelona)
  • <p>Patient derived colorectal cancer in mice with LGR5-enhanced flourescent protein (EGFP) modification to follow the behaviour of cancer stem cells (image: G. Turon, IRB Barcelona)</p>
  • <p>Patient derived organoid CRISPR/Cas9 engineered to carry an LGR5-EGFP (enhanced green flourescent protein) intergation (Image: G Turon, IRB Barcelona)</p>

Científics de l'IRB Barcelona publiquen a EMBO Molecular Medicine una tècnica basada en una combinació d'edició de genomes CRISPR/Cas9 i d’organoids tumorals derivats de pacients, que permet l'estudi de l'heterogeneïtat cel·lular en tumors humans.

Han aplicat el nou enfocament per examinar el comportament de les cèl·lules mare del càncer colorectal mitjançant el rastreig de gens específics.

Una metodologia innovadora proposada per investigadors del Laboratori de Càncer Colorectal de l'IRB Barcelona obre la possibilitat d'estudiar tumors humans mitjançant el rastreig de modificacions genètiques. Aquest enfocament només havia estat viable en models animals i es podria aplicar àmpliament per analitzar la diversitat de cèl·lules canceroses durant el desenvolupament d'un tumor humà in vitro o després del trasplantament del tumor a un animal receptor.

"Hi ha un gran interès en estudiar com les cèl·lules tumorals contribueixen a l'evolució de la malaltia. Fins ara, aquests estudis han implicat experiments de dissociació tumoral i aïllament cel·lular, que han plantejat moltes limitacions conceptuals i tècniques. En essència, aquest nou enfocament porta el poder de les eines genètiques emprades en ratolí per estudiar el càncer humà i supera les limitacions d'identificació i seguiment de les poblacions de cèl·lules tumorals en un entorn intacte", explica Eduard Batlle, professor ICREA a l'IRB Barcelona i membre de la xarxa CIBERONC, ​​que ha dirigit l'estudi publicat avui en edició online avançada a EMBO Molecular Medicine.

Els investigadors combinen dues noves metodologies: els organoids tumorals derivats del pacient (un organoid és una versió miniaturitzada i simplificada d'un òrgan que es produeix in vitro en tres dimensions i que mostra una microanatomia realista) i la tècnica d'edició del genoma CRISPR/Cas9 (que permet la introducció de marcadors en gens d'interès). Els científics consideren que el mètode combinat demostra ser particularment adequat per analitzar la diversitat de poblacions cel·lulars dins dels càncers, ja que permet l'etiquetatge i rastreig de diferents cèl·lules tumorals a través dels gens marcats desitjats.

"Per primera vegada podem analitzar la relació entre llinatges cel·lulars en els tumors en creixement i aquesta tècnica ens ajudarà a estudiar com les diferents poblacions cel·lulars contribueixen al creixement, la disseminació i la resistència a teràpia", escriuen els autors de l'IRB Barcelona en referència a l’impacte esperat de l’estudi.
 

Seguiment de les cèl·lules mare del càncer colorectal

Per il·lustrar la utilitat d'aquest enfocament, Carme Cortina, investigadora postdoctoral i Gemma Turon, estudiant de doctorat, les dues primeres autores de l'article, van dissenyar organoids de cèl·lules de càncer colorectal humà per portar un marcador fluorescent inserit en el locus del gen LGR5, que codifica per a un gen específic de cèl·lula mare. Fins ara, l'anàlisi de cèl·lules que expressen aquest gen en tumors humans s'havia vist obstaculitzat per la falta de bons reactius comercials per reconèixer aquesta proteïna. "Hem estat capaços de seguir per primera vegada el gen de cèl·lules mare LGR5+i revelar nova informació sobre el seu comportament en càncers humans", explica Carme Cortina.

L'anàlisi va demostrar que les cèl·lules LGR5+ expressen un programa genètic similar al de les cèl·lules mare intestinals normals i que són capaces de propagar de manera molt eficient la malaltia als hostes receptors. Els experiments també van confirmar que les cèl·lules de càncer colorectal humà adopten una organització jeràrquica que recorda a la de l'epiteli normal del còlon.

A més, van implementar aquesta tecnologia per correlacionar el destí d'aquestes cèl·lules dins el càncer de còlon humà i van descobrir que les cèl·lules tumorals LGR5+ mostren capacitat de renovació a llarg termini i de diferenciació en múltiples tipus cel·lulars, sent ambdues característiques pròpies de cèl·lula mare.

Finalment, els científics també van demostrar que un subconjunt de cèl·lules LGR5+ són latents i no es divideixen o proliferen. Podria ser d'interès estudiar la participació d'aquesta població inactiva en la resistència als tractaments de quimioteràpia.

El Consell Europeu de Recerca (ERC en les seves sigles en anglès) i la Fundació Botín i Banco Santander, a través de Santander Universitats, han finançat aquesta investigació.

Article de referència:

Carme Cortina, Gemma Turon, Diana Stork, Xavier Hernando-Momblona, Marta Sevillano, Mònica Aguilera, Sébastien Tosi, Anna Merlos-Suárez, Camille Stephan-Otto Attolini, Elena Sancho & Eduard Batlle

A genome editing approach to study cancer stem cells in human tumors

EMBO Molecular Medicine (2017) DOI:10.15252/emmm.201707550

Sobre l’IRB Barcelona
Creat el 2005 per la Generalitat de Catalunya i la Universitat de Barcelona, l'IRB Barcelona és Centre d'Excel·lència Severo Ochoa des de 2011. L’objectiu de l’IRB Barcelona és fer recerca d'excel·lència en biomedicina i millorar la qualitat de vida de les persones i, en paral·lel, potenciar la formació de talent, la transferència tecnològica i la comunicació social de la ciència. Els 24 laboratoris i set plataformes tecnològiques treballen per respondre a preguntes bàsiques en biologia i orientades a malalties com ara el càncer, la metàstasi, l’Alzheimer, la diabetis i malalties rares. És un centre internacional que acull més de 400 treballadors de 36 nacionalitats. Està ubicat en el Parc Científic de Barcelona. L’IRB Barcelona forma part del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST) i la xarxa de Centres de Recerca de Catalunya (CERCA).