Christopher Plaisier, een assistent-professor biomedische technologie aan de Ira A. Fulton Schools of Engineering aan de Arizona State University, en Samantha O'Connor, een doctoraalstudent biomedische technologie in het Plaisier Lab, leiden onderzoek naar een nieuwe fase van de stamcel levenscyclus die de sleutel zou kunnen zijn tot het ontsluiten van nieuwe methoden voor de behandeling van hersenkanker. Hun werk is onlangs gepubliceerd in het onderzoekstijdschrift Moleculaire systeembiologie.

"De celcyclus is zo'n goed bestudeerd ding en toch kijken we er hier voor de zoveelste keer naar en komt er een nieuwe fase op ons af", zegt Plaisier. “Biologie heeft altijd nieuwe inzichten om ons te laten zien, je hoeft alleen maar te kijken.”

De vonk voor deze ontdekking kwam door een samenwerking met Patrick Paddison, een universitair hoofddocent aan het Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle, en Dr. Anoop Patel, een assistent-professor neurologische chirurgie aan de Universiteit van Washington die ook betrokken is bij de Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle. Hutchinson kankeronderzoekscentrum.

Het team van Paddison deed een beroep op Plaisier om te helpen bij het analyseren van hun hersenstamcelgegevens die worden gekenmerkt door een proces dat single-cell RNA-sequencing wordt genoemd.

"Die gegevens bleken behoorlijk verbazingwekkend", zegt Plaisier. "Het kwam in kaart in dit prachtige cirkelvormige patroon dat we identificeerden als alle verschillende fasen van de celcyclus."

O'Connor heeft een nieuw hulpmiddel voor het classificeren van de celcyclus ontwikkeld - ccAF genaamd, of celcyclus ASU/Fred Hutchinson om de samenwerking tussen de twee instellingen te vertegenwoordigen - die een nauwkeuriger, "hogere resolutie" blik werpt op wat er gebeurt binnen de groeicycli van stengel cellen en identificeert genen die kunnen worden gebruikt om de voortgang door de celcyclus te volgen.

"Onze classifier gaat dieper in op de celcyclus omdat er mogelijk stukjes zijn die we vastleggen die belangrijke implicaties hebben voor ziekte", zegt O'Connor.

Toen Plaisier en O'Connor de ccAF-tool gebruikten om celgegevens voor glioomtumoren te analyseren, ontdekten ze dat de tumorcellen zich vaak in de neurale G0- of G1-groeitoestand bevonden. En naarmate tumoren agressiever worden, blijven er steeds minder cellen in de rusttoestand van de neurale G0. Dit betekent dat steeds meer cellen zich vermenigvuldigen en de tumor laten groeien.

Ze correleerden deze gegevens met de prognose voor patiënten met glioblastoom, een bijzonder agressief type hersentumor. Degenen met hogere neurale G0-niveaus in tumorcellen hadden minder agressieve tumoren.

Ze ontdekten ook dat de rustige Neural G0-toestand onafhankelijk is van de proliferatiesnelheid van een tumor, of hoe snel de cellen zich delen en nieuwe cellen creëren.

"Dat was een interessante bevinding van onze resultaten, dat rust zelf een ander biologisch proces zou kunnen zijn", zegt Plaisier. “Het is ook een potentieel punt waar we zouden kunnen zoeken naar nieuwe medicamenteuze behandelingen. Als we meer cellen in die rusttoestand zouden kunnen duwen, zouden de tumoren minder agressief worden.”

De huidige behandelingen met kankermedicijnen zijn gericht op het doden van kankercellen. Wanneer de kankercellen echter worden gedood, geven ze celresten af ​​in het omliggende gebied van de tumor, waardoor de resterende cellen resistenter kunnen worden tegen de medicijnen.

"Dus, in plaats van de cellen te doden, zou het een veel betere situatie kunnen zijn als we ze in slaap zouden brengen", zegt Plaisier.

Met hun ccAF-tool waren ze ook in staat om nieuwe toestanden aan het begin en einde van de celcyclus te vinden die bestaan ​​tussen de algemeen bekende toestanden. Dit zijn enkele van de onderwerpen voor hun volgende onderzoeksfase.

"We beginnen na te denken over manieren om daar in te graven en meer te leren over de biologie van het binnenkomen en verlaten van de celcyclus, omdat dit potentieel heel belangrijke punten zijn waar de cellen ofwel in de G1-staat of G0 zullen gaan," Plaisier zegt.

Uitzoeken wat een cel ertoe aanzet om de delingscyclus in te gaan of in een G0-rusttoestand te blijven, kan helpen om de processen achter tumorgroei te begrijpen.

"Het belangrijkste kenmerk van kanker is dat de cellen zich vermenigvuldigen", zegt Plaisier. "Als we daar binnen zouden kunnen komen en erachter kunnen komen wat de mechanismen zijn, zou dat een plek kunnen zijn om ze te vertragen."

Plaisier en O'Connor maken de ccAF-classificatietool open source en beschikbaar in verschillende formaten voor iedereen die eencellige RNA-sequentiegegevens bestudeert om het proces van het bestuderen van celcycli te vergemakkelijken.

###

De Ira A. Fulton Schools of Engineering aan de Arizona State University, met bijna 25,000 ingeschreven studenten, is de grootste technische school in de Verenigde Staten en biedt 47 graduate en 25 undergraduate-opleidingen aan op zeven academische scholen. Met studenten, docenten en onderzoekers die alle 50 staten en 135 landen vertegenwoordigen, creëren de Fulton Schools of Engineering een inclusieve omgeving voor technische uitmuntendheid door onderzoek en innovatie op grote schaal te bevorderen, een revolutie teweeg te brengen in het technisch onderwijs en het wereldwijde bereik en de betrokkenheid van partners uit te breiden. De onderzoeksuitgaven van de Fulton Schools of Engineering bedroegen in totaal $ 126 miljoen voor het academiejaar 2019-2020. Lees meer over de Fulton Schools of Engineering op engineering.asu.edu.

Deze release is geschreven door Monique Clement, een communicatiespecialist in de Ira A. Fulton Schools of Engineering aan de Arizona State University.