Мутационный ландшафт клеток кишечных крипт после длительного - Машинное оборудование для гранулирования, ООО

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 13964 (2023) Цитировать эту статью

401 доступ

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Ожирение является модифицируемым фактором риска развития рака, особенно рака желудочно-кишечного тракта. Хотя этиология колоректального рака хорошо охарактеризована последовательностью аденома-карцинома, остается неясным, как ожирение влияет на развитие колоректального рака. Было показано, что диетические компоненты диеты с высоким содержанием жиров наряду с ожирением модулируют риск рака, нарушая гомеостаз кишечных стволовых клеток, однако то, как ожирение влияет на развитие геномной нестабильности, не изучено. Мутационные сигнатуры — мощный способ понять, как сложная биологическая реакция влияет на стабильность генома. Мы использовали мышиную модель ожирения, вызванного диетой, для изучения мутационного ландшафта клеток кишечных крипт после 48-недельного воздействия экспериментальной диеты с высоким содержанием жиров in vivo. Путем клонального обогащения клеток, полученных из отдельных крипт, в органоидной культуре и получения полногеномных последовательностей мы проанализировали и сравнили мутационный ландшафт эпителиальных клеток кишечника у мышей с нормальной диетой и с высоким содержанием жиров. Сигнатуры одиночных нуклеотидных замен и сигнатуры индел, присутствующие в нашей когорте, обнаруживаются одинаково активными в обеих диетических группах и отражают биологические процессы нормального старения, клеточной репликации и окислительного стресса, вызванные во время культивирования органоидов. Таким образом, мы показываем, что в отсутствие активирующих мутаций или химического воздействия одной только диеты с высоким содержанием жиров недостаточно для увеличения геномной нестабильности.

Уровень ожирения в мире неуклонно растет на протяжении последних 40 лет1. Ожирение сопровождается многими сопутствующими заболеваниями, такими как повышенная вероятность диабета II типа, гипертонии и неалкогольной жировой болезни печени1, 2. Среди самых серьезных последствий для здоровья является увеличение риска рака, который сопровождает накопление жира в организме3,4,5,6. Международное агентство по изучению рака (IARC) признало неопровержимые эпидемиологические данные, которые связывают хроническое ожирение с повышенным риском развития рака, особенно органов желудочно-кишечного тракта7. Особенно на риск развития колоректального рака (КРР) сильно влияют диетические факторы риска и высокий индекс массы тела (ИМТ)8. Учитывая четкую связь между высоким ИМТ и риском развития колоректального рака, понимание основной этиологии заболевания может стать основой для профилактических, а также терапевтических программ.

Развитие колоректального рака определяется хорошо описанным прогрессированием мутаций, известным как последовательность аденома-карцинома9. Деактивирующие мутации при аденоматозном полипозе coli (APC) являются инициирующими мутациями, приводящими к конститутивной передаче сигналов Wnt/β-катенин. Колоректальный рак развивается тремя различными молекулярными путями: путем хромосомной нестабильности (CIN), путем микросателлитной нестабильности (MSI) и путем метилирования островков CpG (CIMP)10. Хотя развитие CRC гетерогенно и иногда включает в себя перекрывающиеся пути, все три пути определяются геномной нестабильностью, которая позволяет приобретать дальнейшие мутации в наборе супрессоров опухоли и онкогенах, включая KRAS и BRAF (часто взаимоисключающие), TP53, PIK3CA. и SMAD410, 11. Интересно, что было показано, что одновременной потери APC и p53 достаточно, чтобы вызвать высокие уровни хромосомной нестабильности, характерные для пути CIN12. Несмотря на четко определенные молекулярно-генетические данные в развитии CRC, остается неясным, как диета с высоким содержанием жиров (HFD) влияет на эту серию событий.

С появлением передовых методов культивирования тканей стало возможным изучать наиболее важные клеточные популяции in vitro13. В случае CRC исходной популяцией клеток являются быстро циклические LGR5-положительные (богатые лейцином повторы, содержащие рецептор 5, связанный с G-белком) кишечные стволовые клетки (ISC), находящиеся в нижней части крипты14. Было продемонстрировано, что эти клетки чувствительны к диетическим и метаболическим нарушениям, модулирующим риск возникновения рака15,16,17,18. Было показано, что длительное воздействие компонентов HFD придает свойства стволовости предшественникам нестволовых клеток, тем самым увеличивая пул активно реплицирующихся клеток16, 19. Было обнаружено, что пальмитиновая кислота, составляющая HFD, инициирует этот эффект посредством активации PPAR-∂ ( передача сигналов дельта-рецептора, активируемого пролифератором пероксисомы, которая индуцирует каноническую передачу сигналов Wnt16, 19. Другим известным метаболитом, обычно связанным с ожирением, вызванным диетой, является холестерин. Было обнаружено, что длительное воздействие высоких уровней холестерина также стимулирует пролиферацию ISC и увеличивает скорость онкогенеза на фоне дефицита APC17.

T mutations within CpG sites are shown as a separate category. Individual dots indicate organoid samples, error bars show ± 1 sd from the mean, asterisks indicate results from pairwise t-test (two-sided) comparing mutation numbers for each mutation category, alpha = 0.05 (C) Average mutational profile of SNVs in 96 channels shown for HFD (upper panel) and SD (lower panel). Error bars indicate ± 1 sd./p> G, C > T outside of CpG regions, T > C, and T > G (Fig. 2B). The profile of relative contributions, across the 7 mutation channels, however, is similar between the two diet groups. Next, we examined the mutational profiles in 96 channels. The mean mutational profile per diet group exhibits few characteristic peaks, with the exception in the C > A and C > T components. The aggregated profile of the HFD group has a cosine similarity of 0.9929 to the SD group (Fig. 2C). We furthermore observe highly similar profiles between mice of either diet group (Supplementary Fig. 2A,B). To quantify how similar the mutational profiles of samples across diet groups are, we computed the pairwise cosine similarity between all samples, which ranges from 0.9020 to 0.9776 (mean = 0.9558) (Supplementary Fig. 2C)./p> T transition21. The activity of SBS1 observed in both groups thus likely reflects the normal aging process. Additionally, both groups showed high numbers of C > A mutations, which were largely attributed to SBS18. This signature has been proposed to be caused by damage due to reactive oxygen species22, 25 and might thus have arisen during the routine experimental handling of the samples or due to exposure to metabolic byproducts in the intestine. The remaining signatures SBS5 and SBS40 share similarly flat profiles. Although only SBS5 has been clearly identified as a clock-like signature, SBS40 was also found to correlate with age22, 37. Thus, the activity of both signatures may be explained by normal aging processes. Taken together, the results from de-novo extraction and signature refitting, confirm that the experimental HFD did not induce or impact different mutational processes for single nucleotide substitutions compared to the standard diet./p>