一種基于CRISPRCas9的新型誘導譜系示蹤技術

　　通常情況下，是癌癥的轉移而非原發病灶導致了癌癥患者的死亡。轉移不單是由遺傳驅動的，這表明其他水平的失調可能也是癌癥轉移的推手。目前的方法無法同時捕獲每個分析細胞的分子表型，這限制了人們對不同轉移性克隆的研究。

　　前瞻性譜系示蹤方法，例如慢病毒條形碼，它涉及用獨特的 DNA 條形碼標記細胞。然而，這種“靜態”條形碼策略通常僅限于在體外和單個時間點引入多種標簽。因此，它們無法在體內捕獲關鍵的過程。

　　2021年6月10日，來自美國賓夕法尼亞大學的研究團隊在 Cancer Cell 期刊發表了題為：Single-cell lineage tracing of metastatic cancer reveals selection of hybrid EMT states 的研究論文。

　　該研究開發了一種基于 CRISPR-Cas9 的新型誘導譜系示蹤技術—macsGESTALT。該技術可高效捕獲單細胞轉錄和系統發育信息。通過將此技術應用于胰腺癌小鼠模型，能夠根據細胞的轉移程度對細胞進行排序，然后將這些行為差異與基因表達變化聯系起來。表明不僅基因突變可以推動癌癥的擴散，基因表達模式在癌癥預后中也起著關鍵作用。

　　為了以高分辨率研究癌癥轉移，研究團隊開發了一種新技術，他們使用 CRISPR/Cas9 來誘變合成引入的 DNA 序列，作為細胞條形碼。然后將這些工程化的癌細胞注射到小鼠體內并使其轉移。當癌癥在宿主小鼠中發展和擴散時，細胞條形碼被 CRISPR/Cas9 隨機“編輯”。因此，這種條碼編輯模式可用于重建癌細胞的系統發育樹。

　　研究團隊觀察了兩只小鼠多個器官的大約 28000 個癌細胞，他們能夠看到隨著癌癥從胰腺擴散到其他器官和組織，每個細胞都開啟了哪些基因。他們還追蹤了細胞在體內分布的位置，以查看特定譜系是否比其他譜系更容易發生轉移。

　　當研究團隊檢查這些數據時，他們驚訝地發現大約一半的克隆或不同的癌細胞群僅限于原發腫瘤。當他們查看已經擴散的克隆時，他們發現每只小鼠中只有一個優勢克隆。

　　轉移灶中的這一優勢克隆以及從原發腫瘤擴散的其他克隆的轉錄組譜彼此不同，并且與局限于原發腫瘤的克隆不同。來自這個侵襲性克隆的基因表達數據顯示，它開啟了與所謂的上皮間質轉化（EMT）相關的基因，該過程被認為賦予癌癥侵襲性。

　　在整個克隆中，研究團隊發現細胞在 EMT 譜中占據不同的位置，從表達許多上皮基因到表達許多間充質基因。這些細胞存在于一個連續的 EMT 狀態中。

　　更具攻擊性的細胞的遺傳特征與人類癌癥相關的基因有很多匹配，其中一些預測存活率降低，突出了它們與臨床疾病進展的相關性。

　　研究團隊還發現，在來自第二只小鼠的一個特別具有攻擊性的克隆中，與其他克隆相比，與癌癥特性（例如細胞遷移和進出血管的能力）相關的基因家族顯著過度表達。這些基因家族的表達在不同的群體中傳播，并增強了在可能與 EMT 互補的過程中轉移的能力。

　　總的來說，macsGESTALT 技術非常適合以高分辨率研究癌癥轉移，因為它具有可誘導性，允許譜系追蹤在腫瘤植入后啟動。macsGESTALT可以與 scRNA-seq 相結合，輕松適應任何可工程化的基因小鼠模型，以實現譜系追蹤，助力科學家找到實現癌癥轉移的保守和獨特因子。