Геном трижды негативного рака молочной железы постоянно мутирует

Анеуплоидия характерна для рака молочной железы и особенно — для трижды негативного рака молочной железы (ТНРМЖ) с мутациями в гене TP53. Долгое время считалось, что мутации в геноме раковых клеток накапливаются постепенно. Однако недавно получила развитие модель скачкообразной эволюции числа копий (punctuated copy number evolution, PCNE) согласно которой много хромосомных перестроек происходит одновременно в самом начале, в краткий период нестабильности генома. Свидетельства этого процесса были найдены и для ТНРМЖ, но что происходит дальше — остается загадкой. Для ее решения ученые из Великобритании и США анализировали геномы единичных клеток ТНРМЖ, используя метод акустической маркировки клеток (Acoustic Cell Tagmentation, ACT).

Метод ACT сочетает в себе флуоресцентную сортировку клеточных ядер, маркировку ДНК и перенос небольших объемов жидкости с помощью акустических волн. Получаются библиотеки, включающие ДНК единичных ядер с уникальными штрихкодами. Далее проводят высокопроизводительное секвенирование с разрешением в одну молекулу. Метод ACT более автоматизирован по сравнению с другими подобными методами и занимает всего три часа. Авторы работы показали, что их метод работает лучше, чем другие существующие способы секвенирования генома единичной клетки.

Ученые секвенировали 9 765 клеток из образцов восьми опухолей ТНРМЖ. Их плоидность составляла 2,65–3,95N. Кластеризация данных ACT выявила 7–22 субклонов, которые объединены в 3–5 суперклонов во всех опухолях. Субклоны — это результат клональной экспансии одного генотипа, а суперклоны — организация субклонов высокого порядка, у которых один и тот же паттерн аберраций числа копий (copy number aberration, CNA — это делеция или амплификация больших неделимых сегментов генома).

Были обнаружены аберрации числа копий, общие для всех субклонов, общие для двух или более субклонов и уникальные для одного субклона.

Далее секвенировали экзомы восьми опухолей и нормальных тканей. Мутации в гене TP53 присутствовали во всех опухолях. Ученые показали, что дупликация всего генома в большинстве опухолей произошла после мутаций в TP53.

Чтобы изучить эволюцию опухолей, провели филогенетический анализ и установили, что эволюция числа копий происходила постоянно и после расхождения от последнего общего предка. Тем не менее, математическая модель, построенная авторами, показала, что преходящий период повышенной геномной нестабильности в начале опухолеобразования лучше объясняет полученные результаты, чем постепенная эволюция.

После этого изучили четыре клеточные линии ТНРМЖ с мутациями в гене TP53 и анеуплоидией — MDA-MB-231, BT-20, MDA-MB-157 и MDA-MB-453. Выполнили ACT 6 413 клеток и выявили 11–20 субклонов, организованных в 3–5 суперклонов. Так же, как и в опухолях, обнаружили аберрации числа копий, общие для всех субклонов, общие для двух или более субклонов и уникальные для одного субклона. Изменения в организации генома были аналогичны тому, что происходит в целой опухоли.

Две клетки из линии MDA-MB-231 растили отдельно в течение 19 поколений, проанализировали изменения числа копий. В среднем происходило 0,242 аберраций числа копий на деление у первой клетки и 0,249 — у второй. Таким образом, геном клеточных линий нестабилен даже на коротких промежутках времени. Было также показано, что аберрации числа копий влияют на уровень экспрессии в субклонах.

Постоянная эволюция, происходящая в ТНРМЖ, объясняет, почему некоторые препараты неэффективны — часть раковых клеток могла приобрести мутацию, придающую им резистентность. Эти результаты также важны для опытов in vitro, так как клеточные линии ТНРМЖ продолжают накапливать мутации при культивировании.