Ранние стадии рака яичника изучили на органоидах

В общей популяции риск рака яичника составляет 1,37%, а у женщин с мутациями в гене BRCA1 — 40–59%. Самый распространенный подтип рака яичника — серозная карцинома высокой степени злокачественности (HGSC). Ранее было показано, что чаще всего рак яичников у женщин с мутациями в гене BRCA1 развивается из клеток эпителия фаллопиевых труб. Используемые в настоящее время клеточные линии и мышиные модели плохо подходят для изучения ранних стадий развития HGSC. Поэтому ученые из США создали органоиды из индуцированных плюрипотентных клеток человека (iPSC) и использовали их в качестве модели эпителия фаллопиевых труб. В качестве доноров клеток выступали молодые женщины с ранним началом рака яичника и мутациями в гене BRCA1, а также здоровые контроли. Авторы показали, что органоиды можно использовать в качестве модели для изучения инициации рака яичника, в том числе при наличии мутации в гене BRCA1.

Авторы получили iPSC человека из образцов крови трех носительниц мутаций в гене BRCA1 с раком яичника и трех здоровых контролей без мутаций в этом гене. Присутствие мутаций подтвердили секвенированием. Из iPSC получили органоиды.

Органоиды из материала здоровых доноров имели нормальную морфологию, в то время как органоиды, полученные из клеток с мутантным BRCA1, имели серьезные структурные аномалии, изменения архитектуры тканей и цитологические нарушения. Эти органоиды имели многие характеристики предракового состояния, похожие на серозную трубную интраэпителиальную карциному.

Исследователи также проанализировали транскриптомы клеток органоидов с помощью RNA-seq. В клетках органоидов с мутациями в гене BRCA1 выявили увеличение экспрессии ряда генов, которые экспрессируются на высоком уровне при раке яичников. Таким образом, через четыре месяца культивирования органоиды, полученные из клеток пациенток с раком яичника, демонстрировали признаки начала рака яичника.

Чтобы показать, что предраковые поражения органоидов могут развиться в рак, in vitro культуры поддерживали в течение одного года. В клетках органоидов с мутациями в гене BRCA1 усилились структурные аномалии: вместо одного слоя эпителиальные клетки образовали мультислойный дезорганизованный эпителий, который проникал в просвет. Некоторые эпителиальные клетки отделились, что может указывать на то, что они утратили способность к анойкису. В ядрах клеток накапливался белок TP53. Часто в клетках снижалась экспрессия белка BRCA1 дикого типа и возрастала экспрессия генов, связанных с клеточной миграцией и инвазией. Авторы говорят о том, что органоиды претерпевают злокачественную трансформацию. Органоиды, полученные из образца пациентки с самым агрессивным раком, имели самый экстремальный фенотип.

Полученные результаты подтвердили in vivo. Органоиды имплантировали в молочную железу мышей после месяца дифференцировки. После трех месяцев органоиды извлекли и проанализировали. Все органоиды имели нормальную структуру. Однако у мышей, которым пересадили органоиды из клеток с мутациями в гене BRCA1, обнаружили узелки с серьезными клеточными аномалиями, характерными для предраковых и раковых состояний. Злокачественную природу узелков подтвердили с помощью иммуногистохимического анализа. Через шесть месяцев после пересадки у мышей образовались видимые опухоли. Авторы показали, что органоиды подходят также для изучения эффективности лекарств.

Таким образом, авторы получили новую модель для изучения роли мутаций в гене BRCA1 при развитии рака яичника. Также органоиды позволяют исследовать поведение раковых клеток конкретного пациента с большей точностью, чем культивируемые клетки.