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利用Mission Bio真正的多组学Tapestri平台解开癌症的复杂性

就过去通过外科手术,化学战和核轰炸进行的抗癌战争而言,今天和明天的癌症之战都是通过信息战来进行的。血液癌症的治疗尤其具有使用钝性DNA烷基化剂的悠久历史,该试剂可不加选择地靶向迅速增殖的白细胞,首先是芥子气。也许不足为奇,许多针对血液癌的早期治疗也有引起它们的讨厌习惯。

耶鲁大学的阿尔弗雷德·吉尔曼(Alfred Gilman)和他的耶鲁大学的同事是最早研究硫芥子气以供政府用作化学战剂的人之一。吉尔曼(Gilman)随后在1942年进行了氮芥子气治疗淋巴瘤的首次临床试验。直到第二年,当自由船SS John Harvey在意大利的巴里港遭到袭击,向当地毫无戒心的居民释放了100吨芥子气时,化学疗法才被牢牢地放在地图上。对这些暴露者的尸体解剖显示,其骨骼深处的髓质受到严重破坏,并伴有极低的白细胞计数。

在同一时期内,有先见之明的观察家还意识到,广岛和长崎的幸存者以及许多毫无戒心的放射治疗师,都有发展为急性髓性白血病(AML)的趋势。在AML中,异常血细胞前体迅速增殖,无法完全分化为成熟的功能性血细胞。随着年龄的增长,我们大多数人都将在我们的骨髓干细胞固定存储区中积累一些突变,这些突变会导致少量的独特遗传变异的限定群体。该过程称为克隆性造血。随着连续的突变(有时是染色体易位)逐步积累在对细胞生长或分化至关重要的基因组区域中,问题最终会出现。

这恰好是一个不幸的男人发生的事情,他出现了三个令人发指的血细胞突变,额外的第8号和第21号染色体断裂以及明显的AML病例。最近在《Blood Advances》杂志上报道了他的奋斗历程和杰出的病史。尽管此人最终未能幸存,但他的案子细节使人们可以更好地了解多种癌症的生命史,并以令人着迷的眼光看待令人难以置信的新仪器,该仪器现在可以一次完整地追踪疾病的完整演变过程。 -单元级别。

发现的初始突变是DNMT3-AR882H,RUNX1-D198N和IDH1-R132C。第一个单核苷酸变异体是AML中最常见的克隆性造血细胞驱动因子之一。它赋予了对大多数化学疗法的抵抗力和严峻的预后。DNMT3A是一种DNA甲基转移酶,可在许多基因的启动子区域添加从头胞嘧啶甲基化标记以控制其表达。这与所谓的维持性甲基转移酶(如DNMT1)的作用相反,后者将现有的可遗传甲基化标记从一条链复制到其伴侣上。

RUNX1转录因子变异体可以由50多个已知染色体易位产生,并且可能与患者的+ 8,+ 21核型有关。通过防止双链断裂的修复,向患者使用了两种拓扑异构酶抑制剂来削弱增殖细胞。IDH1(异柠檬酸脱氢酶)变体导致羟戊二酸的过量生产和随后的细胞分化停滞。

最后指示的变体提供了通过用酶抑制剂靶向IDH1恢复正常血细胞正常分化的机会。因此,作为临床试验的一部分,还为患者提供了实验抑制剂(FT-2102)。此时的骨髓活检显示少量的变异JAK2-V617F克隆已被揭露。后来使用了第二种IDH1抑制剂(依维西尼)。然而,这次,最初的JAK2亚群迅速上升为克隆优势,患者随后发展为真性红细胞增多症(PV)。这促使人们需要使用JAK2抑制剂ruxolitinib。

整个克隆体系结构整齐地布置在上方的所谓“鱼群”中。尽管有时更复杂的鱼块有时看起来更像是在1970年代流行的沙罐艺术创作,但在这里,很明显地可以看出,依维司地尼的给药是如何导致以前之以鼻的克隆JAK2种群爆炸的。使这种细粒度分析成为可能的仪器是Mission Bio制造的Tapestri单细胞多组学平台。目前,Mission Bio是唯一可以同时分析同一单个细胞的基因型和表型以靶向信号传递抗癌性并预测复发的生物标志物的公司。尽管传统的批量测序和流式细胞术方法可以提供有关生物标志物存在的一些细节,这些方法无法准确确定克隆的大小,多样性,突变顺序或区分相同克隆中发生的突变。他们也不能将基因型信息与从蛋白质标记物获得的细胞类型或细胞状态信息相结合。

Tapestri平台将细胞表面蛋白表达与单细胞突变分析相结合,以绘制体细胞基因型和具有免疫表型的克隆结构。这种类型的分析对于确定髓样转化的潜在发病机制至关重要,因此可以确定阻止疾病进展的适当对策。例如,研究人员通过使用定制的109个扩增子面板,覆盖了髓系恶性肿瘤中最常见的31个突变基因,研究人员发现AML通常只表现出少数在表观遗传调控因子中带有共同突变的优势克隆。

简而言之,Tapestri工作流程始于应用用互补寡核苷酸标记的抗体来最初选择所需的细胞表面标记蛋白。当封装的细胞裂解液与PCR原料和特殊液滴反应器内独特的条形码结合在一起时,魔术就开始了。条形码同时编码细胞身份(或细胞状态)以及与该细胞相关的特定SNV和CNV(单核苷酸变体和拷贝数变体)。在DNA和蛋白质文库的扩增步骤之后,进行下一代测序。

在上述情况下,抑制IDH1会无意中将推测的潜在亚阈值JAK2克隆提升为主导地位。AML还可能涉及继发性IDH1突变,甚至IDH2变异,这些突变将恢复羟戊二酸的过量生产并随后阻止血细胞的适当分化。在多克隆复发的复杂情况下,可能独立且动态地靶向多种疾病变体,Tapestri提供了比批量下一代测序更清晰的读数,以鉴定正确的克隆。在下图中,单细胞实验跟踪了个体患者的完整克隆进化和临床复发,这些患者具有几个常见的其他AML驱动程序突变,包括NPM1,FLT3-TKD和NRAS。

体外肿瘤细胞系和体内同基因或人源化小鼠模型已成为了解癌症和开发新疗法的重要工具。CRISPR-Cas9基因编辑已改变了我们生成并快速审讯这些模型中体细胞突变作用的能力。Tapestri已经成为一种重要的验证工具,可用于单目标检测目标上和目标外的修饰,以破译多重CRISPR基因编辑实验的效果。Mission Bio网站上有一些应用说明用于细胞和基因治疗产品的优化和生产发布测试。他们还有一个方便的设计工具Tapestri Designer,可用于创建与Tapestri平台一起使用的自定义面板。

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