Una estrategia de edición de genomas para estudiar las células madre del cáncer en tumores humanos

Cáncer colorectal derivado de paciente e implantado en ratón con el gen LGR5 modificado con proteína verde fluoresecente (EGFP) para poder seguir el comportamiento de las células madre tumorales (Imagen, G. Turon, IRB Barcelona)
Cáncer colorectal derivado de paciente e implantado en ratón con el gen LGR5 modificado con proteína verde fluoresecente (EGFP) para poder seguir el comportamiento de las células madre tumorales (Imagen, 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>

Científicos de IRB Barcelona publican en EMBO Molecular Medicine una técnica basada en una combinación de edición de genomas CRISPR / Cas9 y de organoides tumorales derivados de pacientes, que permite el estudio de la heterogeneidad celular en tumores humanos.

Han aplicado el nuevo enfoque para examinar el comportamiento de las células madre del cáncer colorrectal mediante el rastreo de genes específicos.

Una metodología innovadora propuesta por investigadores del Laboratorio de Cáncer Colorrectal del IRB Barcelona abre la posibilidad de estudiar tumores humanos mediante el rastreo de modificaciones genéticas. Dicho enfoque sólo había sido viable en modelos animales y se podría aplicar ampliamente para el análisis de la diversidad de células cancerosas durante el desarrollo de un tumor humano in vitro o tras el trasplante del tumor a un animal receptor.

"Existe un gran interés en estudiar cómo las células tumorales contribuyen a la evolución de la enfermedad. Hasta ahora, estos estudios han implicado experimentos de disociación tumoral y aislamiento celular, que han planteado muchas limitaciones conceptuales y técnicas. En esencia, este nuevo enfoque trae el poder de las herramientas genéticas usadas en ratón para estudiar el cáncer humano y supera las limitaciones de identificación y seguimiento de las poblaciones de células tumorales en un entorno intacto", explica Eduard Batlle, profesor ICREA en el IRB Barcelona y miembro de la red CIBERONC, que ha dirigido el estudio publicado hoy en edición online avanzada en EMBO Molecular Medicine.

Los investigadores combinan dos nuevas metodologías: los organoides tumorales derivados del paciente (un organoide es una versión miniaturizada y simplificada de un órgano que se produce in vitro en tres dimensiones y que muestra una microanatomía realista) y la técnica de edición del genoma CRISPR/Cas9 (que permite la introducción de marcadores en genes de interés). Los científicos consideran que el método combinado demuestra ser particularmente adecuado para analizar la diversidad de poblaciones celulares dentro de los cánceres, ya que permite el etiquetado y rastreo de distintas células tumorales a través de los genes marcados deseados.

"Por primera vez podemos analizar la relación entre linajes celulares en los tumores en crecimiento y esta técnica nos ayudará a estudiar cómo las distintas poblaciones celulares contribuyen al crecimiento, la diseminación y la resistencia a terapia", escriben los autores del IRB Barcelona en referencia al impacto esperado.

Seguimiento de las células madre del cáncer colorrectal

Para ilustrar la utilidad de este enfoque, Carme Cortina, investigadora postdoctoral y Gemma Turon, estudiante de doctorado, ambas primeras autoras del artículo, diseñaron organoides de células de cáncer colorrectal humano para llevar un marcador fluorescente insertado en el locus del gen LGR5, que codifica para un gen específico de célula madre. Hasta ahora, el análisis de células que expresan este gen en tumores humanos se había visto obstaculizado por la falta de buenos reactivos comerciales para reconocer esta proteína. "Hemos sido capaces de seguir por primera vez el gen de células madre LGR5+ y revelar nueva información sobre su comportamiento en cánceres humanos", explica Carme Cortina.

El análisis demostró que las células LGR5+ expresan un programa genético similar al de las células madre intestinales normales y que son capaces de propagar de manera muy eficiente la enfermedad a los huéspedes receptores. Los experimentos también confirmaron que las células de cáncer colorrectal humano adoptan una organización jerárquica que recuerda a la del epitelio normal del colon.

Además, implementaron esta tecnología para correlacionar el destino de estas células dentro del cáncer de colon humano y descubrieron que las células tumorales LGR5+ muestran una capacidad de renovación a largo plazo y diferenciación en múltiples tipos celulares, siendo ambas características propias de célula madre.

Finalmente, los científicos también demostraron que un subconjunto de células LGR5+ son latentes y no se dividen o proliferan. Podría ser de interés estudiar la participación de esta población inactiva en la resistencia a los tratamientos de quimioterapia.

El Consejo Europeo de Investigación (ERC en sus siglas en inglés) y la Fundación Botín y Banco Santander, a través de Santander Universidades, han financiado esta investigación.

Artículo de referencia:

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

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