Extracto
Antecedentes
Es posible inferir el pasado de las poblaciones mediante la comparación de los genomas entre los individuos. En general, las poblaciones de edad avanzada tienen más diversidad genómica de las poblaciones más jóvenes. La fuerza de la selección también se puede deducir de la diversidad de la población. Si la selección es fuerte y con frecuencia elimina las variantes menos aptos, la diversidad será limitado debido a nuevas poblaciones homogéneas, inicialmente emergen constantemente.
Metodología y Resultados
A continuación traducimos un enfoque de la genética de poblaciones con el cáncer somática humana poblaciones de células mediante la medición de la diversidad genómica dentro y entre las pequeñas glándulas de cáncer colorrectal (CRC). el cultivo de tejidos de control y los experimentos de xenoinjerto demuestran que la diversidad de la población de ciertos patrones de metilación del ADN de pasajeros se reduce después de la clonación, pero posteriormente aumenta con el tiempo. Cuando se mide en las poblaciones de las glándulas de CRC, la diversidad de metilación de pasajeros de diferentes partes de nueve CRCs fue relativamente alta y uniforme, coherente con mayores, linajes estables en lugar de mezclas de poblaciones homogéneas más pequeños derivados de ciclos frecuentes de selección. La diversidad de seis metástasis también fue alta, lo que sugiere difusión temprana después de la transformación. La diversidad fue menor en desajuste de reparación del ADN deficientes glándulas CRC, posiblemente, lo que sugiere una mayor selección y la eliminación de las variantes menos aptos cuando las tasas de mutación son elevados.
Conclusión /Importancia
La mayoría de pasajeros autostop variantes observa en poblaciones celulares primarios y metastásicos CRC son consistentes con poblaciones relativamente antiguos, lo que sugiere que la evolución clonal que lleva a los barridos selectivos puede ser poco frecuente después de la transformación. Selección en los cánceres humanos parece ser una fuerza más débil que lo previsto inicialmente después de la transformación, de conformidad con la rareza del observado mutaciones del conductor en los genomas del cáncer. plasticidad fenotípica en lugar de la adquisición gradual de nuevas mutaciones del conductor puede mejorar la atención a los muchos fenotipos diferentes dentro de los tumores humanos
Visto:. Siegmund KD, mejorana P, Tavaré S, D Shibata (2011) de alta patrón de metilación del ADN intratumoral La diversidad implica una selección débil en muchos tipos de cáncer colorrectal humano. PLoS ONE 6 (6): e21657. doi: 10.1371 /journal.pone.0021657
Editor: Chris T. L. Chan, Universidad de Hong Kong, Hong Kong
Recibido: 14 Diciembre, 2010; Aceptado: 6 Junio 2011; Publicado: 28 Junio 2011
Derechos de Autor © 2011 Siegmund et al. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons Attribution License, que permite el uso ilimitado, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que el autor original y la fuente se acreditan
Financiación:. Este trabajo fue apoyado por becas de los Institutos nacionales de Salud (R33 CA111940 y R21 CA149990). ST está apoyado en parte por una subvención del CRUK. Los donantes no tenía papel en el diseño del estudio, la recogida y análisis de datos, decisión a publicar, o la preparación del manuscrito
Conflicto de intereses:.. Los autores han declarado que no existen intereses en competencia
Introducción
una barrera para una mejor comprensión del cáncer humano es la incapacidad de observar directamente cómo evolucionan los cánceres. La progresión es clínicamente importante, con el cáncer localizado tratados con mayor facilidad que los cánceres invasivos o metastásicos profundamente. Una presunción lógica es que se produce la progresión paso a paso después de la transformación (Fig 1) con la selección secuencial de nuevas mutaciones del conductor y fenotipos malignos más por la evolución clonal [1] como células tumorales encuentran y luego colonizar nuevos microambientes. Sin embargo, un estudio reciente de la secuenciación del genoma del cáncer [2] ilustra que las metástasis tienen relativamente pocas mutaciones adicionales en comparación con sus cánceres colorrectales primarios (CRC). También se detectaron aproximadamente el 97% de las mutaciones presentes en las metástasis de los tumores primarios, y las pocas mutaciones adicionales no tener papeles metastásicas evidentes.
etapas de selección y evolución clonal crea poblaciones de diferentes diversidades y fenotipos porque se crean en tiempos diferentes de diferentes progenitores después de la transformación. Por el contrario, la diversidad de una única expansión clonal es relativamente uniforme.
Alternativamente, la capacidad de invadir o hacer metástasis ya puede estar presente en el momento de la transformación [3], lo que permite la progresión sin más clonal evolución (Fig 1). Las diferencias fenotípicas entre las células tumorales surgirían secundaria a la plasticidad fenotípica [4], [5] en lugar de la adquisición de nuevas mutaciones del conductor. Una diferencia clave entre estos modelos es la eficiencia de la selección para actuar sobre las células variantes que inevitablemente se acumulan con el tiempo. La selección depende de la variación, pero la selección no puede discriminar fácilmente entre las células de cáncer porque la mayoría de las mutaciones parecen ser mutaciones de pasajeros neutrales [6], [7]. Aunque la selección positiva o negativa es difícil de cuantificar, hay una larga historia de uso de la variación en neutral o autostop loci de pasajeros dentro de una población para medir la fuerza de la selección, que se opone a la deriva por la eliminación de las variantes menos aptos [8]. Debido a los cambios de pasajeros neutrales son más comunes que los cambios de controlador [6], [7], muchos cambios pasajeros pueden acumularse dentro de las poblaciones tumorales entre los barridos selectivos.
mediciones del tumor heterogeneidad son complicadas debido a que muchos mecanismos pueden contribuir a la diversidad [4 ]. La medición de la diversidad en una población tumor grande es problemático porque si la selección es fuerte, muchas variantes diferentes pueden ser seleccionados, cada uno óptima para la supervivencia dentro de los muchos microambientes diferentes de un tumor. Para minimizar la heterogeneidad del medio ambiente y debido a que la batalla más inmediata para la supervivencia se produce entre las células adyacentes, una prueba sensible para la selección es la cantidad de variación entre pequeños grupos de células vecinas dentro de una sola microambiente, sobre todo porque la fijación es más rápido en las poblaciones más pequeñas [9]. A pesar de que la progenie de una sola célula seleccionada no puede barrer ampliamente, a una selección mínima debe ser capaz de homogeneizar su inmediata vecindad y microambiente. Extensa heterogeneidad entre las células cancerosas adyacentes sugerirían selección no optimiza la aptitud con frecuencia incluso dentro de las poblaciones pequeñas.
adenocarcinomas colorrectales tienen glándulas neoplásicas que las células tumorales partición en pequeños barrios distintos. El grado de auto-stop diversidad dentro y entre las glándulas depende del momento de la última expansión clonal o barrido selectivo (Figura 2). Una célula variante seleccionada y su progenie serían inicialmente dominar su glándula y, posteriormente, podrían formar glándulas vecinas adicionales, creando una población focal con la diversidad relativamente uniforme. En su extremo, un tumor entero puede ser creado por un único expansión clonal. Aquí se mide la variación del modelo de metilación del ADN del genoma del cáncer de pasajeros dentro de las pequeñas (2.000 a 10.000 células) fragmentos de la glándula de diferentes partes de los mismos CRC humanos e inferimos cuellos de botella evolutivos clonales ocurren con poca frecuencia después de la transformación.
Una célula cancerosa masculina contiene una patrón de metilación sola en una región rica en CpG del cromosoma X. El patrón de metilación de pasajeros a la deriva y hacer dedo con el destino de su célula. Después de la expansión clonal, la población de células cancerosas será inicialmente homogénea, pero las células variantes (diferentes colores) y los patrones de metilación de pasajeros surgirá de deriva (errores de replicación). Una población diversa tiene tres destinos. Si no se produce la selección, una población seguirá a la deriva y ser más diversa. una fuerte selección positiva de una célula resulta (azul) variante en un barrido o evolución clonal, con la homogeneización de la población y autostop metilación de pasajeros. Débil selección negativa o de fondo conduce a la pérdida de una célula variante (azul) y una reducción de la diversidad de los patrones de metilación autostop. Por lo tanto, la fuerza de la selección se puede inferir mediante la medición de las personas con discapacidad de autostop patrones de metilación de pasajeros dentro de una población.
Resultados
Selección clonal Detección y Evolución en un sistema experimental
Debido a que las mutaciones somáticas son relativamente raros en los CRC humanos (& lt; 1 por cada 100.000 bases [6], [10]), que han empleado el orden 5 'a 3' de la metilación del ADN de pasajeros en regiones ricas en CpG cortos como somáticas epigenéticos relojes moleculares de células [11]. Se utiliza el orden 5 'a 3' de la metilación (como el 5 'a 3' de las secuencias de bases) para medir la variación genómica, que debe hacer dedo con el destino de sus células (Fig 2). los patrones de metilación de pasajeros deben ser inicialmente homogénea y, posteriormente, cada vez más polimórfica después de un cuello de botella evolución clonal. En los primeros experimentos, se verifica que estos patrones de metilación de pasajeros o etiquetas pueden grabar un simple ciclo de evolución clonal: población policlonal → → población monoclonal población policlonal. Este cuello de botella (Fig 2) puede ser simulado por clonación y luego la expansión de las células individuales en el cultivo de tejidos y, posteriormente, como xenoinjertos subcutáneos en ratones desnudos (Fig 3A). etiquetas cromosoma X (BGN y LOC, las secuencias de etiqueta y datos de ejemplo se proporcionan en la figura S1) y se examinaron una línea celular diploide CRC macho (Lovo) (una sola epiallele por célula). La etiqueta LOC parece tener una tasa de error de replicación más alta que la etiqueta BGN [12], y por lo tanto debe ser polimórfica más rápido. Epialelos se muestrearon por productos de la PCR de secuenciación de bisulfito clonadas de ADN extraído de los cultivos o pequeños fragmentos de xenoinjerto (de 5 a 6 fragmentos por xenoinjerto, ~2,000 a 10.000 células por fragmento). La diversidad se mide por una distancia de pares (PWD).
A. Esquemática de la clonación sola célula Lovo, por primera vez en la cultura y luego como xenoinjertos, simulando un cuello de botella evolución clonal. B. Diversidad Autostop disminuye y luego aumenta en la cultura y los xenoinjertos después de la clonación de células individuales. (X de representan clones de células individuales independientes en cultivo, y O del representan promedios PWD entre las etiquetas aisladas a partir de 5 a 6 pequeños fragmentos de xenoinjerto) La etiqueta LOC tiene una tasa de error mayor en comparación con la etiqueta BGN [12], y más rápidamente restaura la diversidad visto en las poblaciones policlonales. C. Las comparaciones entre los fragmentos demuestran intergland las personas con discapacidad son más pequeños entre los tumores clonal relacionados y no relacionados entre los tumores más grandes, lo que indica la capacidad de las etiquetas o LOC BGN para identificar y distinguir entre las nuevas y más expansiones clonales (círculos son los promedios de las comparaciones entre los diferentes fragmentos de xenoinjertos, y las barras son promedios generales) D. xenoinjerto intragland las personas con discapacidad suelen ser casi tan grande como sus PCD intergland, lo que indica que los pequeños fragmentos de tumor son casi tan diversas como sus tumores.
La cultura y policlonal pequeños fragmentos de sus xenoinjertos fueron diversas poblaciones, con muchos patrones diferentes de etiquetas y las personas con discapacidad relativamente altas (figura 3). Después de la clonación de células individuales, la diversidad etiqueta disminuyó, pero posteriormente aumentó. Esta reducción y posterior aumento de la diversidad etiqueta después de la clonación de células individuales no era estrictamente un reloj similar debido a que algunos clones más pequeños eran más diverso que algunos clones de más edad (figura 3B). Sin embargo, el patrón etiqueta generalmente cambia registró la evolución energética clonal experimental de un único cuello de botella celular seguido por la expansión clonal y un aumento de las personas con discapacidad.
Detección por pasos progresión en un sistema experimental
Los estudios anteriores mide la diversidad dentro de fragmentos de tumor de la glándula individuales. Otro método para medir la diversidad es comparar epialelos de diferentes partes del mismo tumor. Aquí las personas con discapacidad entre las células se comparan con las distancias físicas entre las células para preguntar si las células adyacentes están más relacionados que las células distantes. Con un solo expansión clonal rápida (una filogenia estrellas), células distantes están casi relacionadas como las células adyacentes debido a sus diferentes partes se crean esencialmente al mismo tiempo. Por lo tanto, las personas con discapacidad serán independientes de la distancia física o ubicación. Por el contrario, si los tumores son creados por etapas de selección y evolución clonal, las personas con discapacidad dependen de la ubicación física de las células. regiones mayores deben ser más diversas que las regiones más jóvenes, y las personas con discapacidad deben aumentar cuando se hacen comparaciones entre las regiones del tumor más jóvenes y mayores (figura 1).
Los xenoinjertos simulan estos diferentes escenarios de progresión. Una expansión clonal reciente solo está representado por xenoinjertos iniciadas desde el mismo progenitor de células individuales. evolución clonal paso a paso está representado por las comparaciones entre el policlonales y xenoinjertos clonales. Intergland las personas con discapacidad fueron más bajos en los xenoinjertos clonales, mayor en los xenoinjertos policlonales, y mayor entre los xenoinjertos clonales y policlonales xenoinjertos sus padres o al otro xenoinjerto clonal independiente (Figura 3C). Estos experimentos demuestran que las etiquetas de metilación pasajeros pueden distinguir una sola expansión clonal de tumores compuestos por diferentes poblaciones de edad avanzada.
La falta de cuellos de botella Durante xenoinjerto Formación
Los experimentos de clonación son potencialmente complicado por los cuellos de botella causados por invisibles la selección natural (Fig 2). La naturaleza "policlonal" de la línea de células Lovo en cultivo de tejidos antes de la clonación de células individuales no puede ser inesperado, porque se trata de una línea celular de larga data [13], y, presumiblemente, la progenie son igualmente aptos. Sin embargo, los cuellos de botella pueden ocurrir durante la formación de xenoinjertos debido a que sólo algunas células en un cultivo de tejidos adaptados línea celular puede prosperar en un microambiente ratón desnudo. De hecho, el crecimiento de xenoinjertos puede no ser visible cuando se inoculan menos de un millón de células, un fenómeno a menudo empleado para medir las frecuencias de "cáncer de células iniciadoras", que puede representar células madre del cáncer (CSC) [14]. Los cuellos de botella pueden también ocurrir si diferentes microambientes encontradas durante el crecimiento eficiente seleccionar sólo las variantes más aptas, para producir evolución clonal localizada.
Si los cuellos de botella significativos se producen durante la tumorigénesis, diversidades de xenoinjertos serán igualmente limitados si el inóculo inicial era clonal o policlonal . la diversidad de etiquetas BGN fue significativa menos cuando xenoinjertos se iniciaron con los clones de células individuales en comparación con un inóculo policlonal (PCD promedio intragland de 1,2 frente a 2,1; p = 0,007), lo que indica que los cuellos de botella selectivos no ocurren con la línea de células Lovo durante la tumorigénesis xenoinjerto ( Fig 3B). diversidad etiqueta LOC fue similar entre los fragmentos de xenoinjerto clonales y policlonales (PCD promedio intragland de 2,5 frente a 2,4, p = 0,86), pero la etiqueta de LOC parece tener una tasa de error más alta que la replicación BGN [12]. Por lo tanto las similitudes en la diversidad etiqueta LOC parecen ser el resultado de la diversificación más rápida etiqueta LOC con los clones de células individuales en lugar de los cuellos de botella tumorigénesis.
Otra forma de detectar la selección localizada es comparar la diversidad dentro de las glándulas con la diversidad entre glándulas. En ausencia de selección, más diversos tumores mayores deben tener más edad glándulas más diversas. Si se produce la selección dentro de las glándulas, la diversidad se reduce a medida que las células se eliminan variantes (Fig 2), y las personas con discapacidad intragland deben ser mucho más pequeño que las personas con discapacidad intergland. En consonancia con la falta de selección, intragland las personas con discapacidad eran casi tan grandes como las personas con discapacidad intergland para los xenoinjertos clonales y policlonales (Figura 3D).
Más profundo muestreo confirma la alta diversidad de etiquetas de pasajeros
En los estudios anteriores , sólo ocho etiquetas fueron muestreados por espécimen. Para confirmar la diversidad en los pequeños fragmentos, se tomaron muestras de 24 etiquetas (Fig 4A). patrones adicionales nuevas etiquetas se detectaron con más muestras, si bien las personas con discapacidad se mantuvieron relativamente estables después de probar sólo ocho etiquetas. diversidad media fue mayor en el policlonal frente a los xenoinjertos clonales, con medias de 10,8 BGN y patrones únicos 17,2 LOC por 24 etiquetas muestreados en los xenoinjertos policlonales. variación sustancial etiqueta está presente en entre 2.000 y 10.000 fragmentos de tumor de células pequeñas, lo que sugiere que la selección que conduce a la evolución clonal rara vez ocurre durante la formación de xenoinjertos con la línea de células Lovo en un entorno de ratón desnudo.
A. Más patrones únicos epiallele se observan dentro de las culturas policlonales y los pequeños fragmentos de xenoinjertos cuando el muestreo se aumenta a 24 las etiquetas. PWD valores son relativamente estables después de 8 etiquetas de la muestra (para referencia, las líneas rojas punteadas son los valores de la línea de células policlonales). B. más profundo de muestreo de las glándulas de cinco CRCs humanos. Los tres tipos de cáncer de la izquierda son cánceres relativamente más jóvenes con la diversidad similares a los xenoinjertos clonales. Los dos tipos de cáncer de la derecha son los cánceres relativamente mayores con la diversidad similares a la línea celular policlonal o xenoinjertos. En consonancia con una sola expansión clonal, la diversidad es similar entre las partes derecha e izquierda de la misma CRC.
alta diversidad en Individual cáncer colorrectal humano Glándulas
Un estudio previo infiere que los pequeños humana glándulas CRC son diversas poblaciones [12], pero sólo ocho muestras de etiquetas por la glándula. Para confirmar que la diversidad humana glándula CRC puede ser alta y permitir comparaciones con los xenoinjertos, 24 etiquetas se tomaron muestras de 2.000 a 10.000 fragmentos de células de la glándula de cinco CRC. Las glándulas se tomaron muestras de lados opuestos ( "izquierda" y "derecha") del mismo tumor, para permitir la comparación de las células situadas dentro de las glándulas y de las glándulas desde lados opuestos del tumor.
CRC humano diversidades de las glándulas eran altos ( entre 3 a 23 patrones únicos por 24 epialelos la muestra) que indican que las células vecinas no están estrechamente relacionados (figura 4B). Durante tres menos diversos tipos de cáncer ( "jóvenes") (Cánceres A, B, C), la glándula personas con discapacidad y los números de las etiquetas únicas por 24 etiquetas de la muestra fueron similares a los valores en los xenoinjertos clonales. Durante dos más diversas ( "viejos") cánceres (cánceres D, E), la glándula personas con discapacidad y el número de etiquetas únicas fueron similares a los valores en el xenoinjerto policlonal. De acuerdo con un único expansión clonal, diversidades fueron similares entre los lados izquierdo y derecho de tumores, lo que indica que ambos lados tumorales son propensos a tener edades mitóticas similares o el número de divisiones ya que la transformación [12].
Baja Diversidad Glándula con mayor mutación tarifas
diversidad glándula bajo el cáncer no refleja directamente la selección porque incluso sin selección de una nueva expansión clonal sería inicialmente homogénea. Para corregir para la edad del tumor, como una primera aproximación, la edad de un tumor es el momento ni el número de divisiones entre las células de los lados tumorales opuestos, ya que estas células última compartieron un ancestro común en la época de la transformación [12], [15] . Por lo tanto, se puede comparar la edad glándula con la edad tumor mediante la comparación de las personas con discapacidad intragland con las personas con discapacidad entre las glándulas de lados opuestos de cáncer (Figura 5A). En general, los tumores mayores tenían glándulas mayores, las personas con discapacidad con intragland correlacionados con las personas con discapacidad intergland.
A. Intra e intergland las personas con discapacidad en general se correlacionan. La línea de tendencia se basa en tres CRC humanos, con los dos tipos de cáncer deficientes de MMR con las personas con discapacidad intragland mucho más bajos. (Círculos son CRCs humanos, triángulos son los xenoinjertos clonales y policlonales). B. Las relaciones de intra a intergland las personas con discapacidad eran mayores de 0,5 a excepción de la MMR deficiente CRC, lo que indica mucho mayor extinción dentro de las glándulas de los CRC con deficiencia de MMR.
Si la selección depende de las mutaciones, una simple predicción es que la selección debería ocurrir más a menudo cuando las tasas de mutación son elevados. Dos de los cinco CRC (cánceres B, C) eran deficientes en la reparación de ADN no coinciden (MMR), que se asocia con 100 a 1000 veces más altas tasas de mutación-[16]. Las personas con discapacidad glándula en el CRC deficientes de MMR fueron menores (intragland a intergland las personas con discapacidad inferior al 50%) con relación a los CRC con dominio MMR (figura 5B). El intragland inferior a intergland relaciones PWD en MMR deficiente CRC sugiere la selección puede eliminar de manera más eficiente las variantes menos aptos cuando las tasas de mutación son más altos. El intragland a intergland relaciones PWD para los tres CRCs dominio MMR y los xenoinjertos Lovo fueron similares (superior al 50%) que sugiere la selección ocurre con menos frecuencia en estos tumores.
cáncer de células madre parecen ser frecuente en los CRC humano
Una forma cuantitativa para describir la selección es estimar el número de linajes de larga vida por cáncer de la glándula, que son efectivamente los CAC [12]. Si la selección o la extinción se produce con frecuencia, los linajes CSC luego de larga vida serán pocos. El número de células madre cancerosas por glándula cáncer puede estimarse a partir de su diversidad --- genomas dentro de una glándula serán más similar con un número menor de células madre cancerosas debido a alteraciones somáticas no se pueden acumular en vida más corta no CSC que rápidamente extinguido.
Un análisis previo de los datos con ocho etiquetas por glándula estima frecuencias relativamente altas CSC [12]. Con 24 etiquetas por glándula, una mejor estimación de las frecuencias de CSC son posibles (Tabla 1). la diversidad de la glándula cáncer era demasiado alto para un solo CSC por glándula y demasiado bajo para un escenario en el que no se produce la extinción. En cambio, la variación de la glándula cáncer fue más consistente con la extinción de células de cáncer limitada, que se puede modelar como una jerarquía de células madre con múltiples CSCs por glándula que producen un número limitado de no CSC progenie. Probabilístico supervivencia CSC en lugar de división asimétrica CSC determinista fue más consistente con los datos. estimación del número de células madre cancerosas probabilísticos por la glándula 8.000 células fueron entre 128 y 2.048. Las frecuencias más bajo CSC estimados por la glándula (128 y 256 por la glándula) estaban con los dos tipos de cáncer deficientes de MMR B y C, una tendencia observada con anterioridad al comparar entre MMR y el dominio del CRC deficientes [12]. En resumen, la extinción de las células cancerosas parece haber ocurrido en todos los CRC, pero más ampliamente en MMR deficientes glándulas CRC.
Evolución Clonal en poblaciones de tumores humanos
El método de aislamiento de la glándula EDTA puede sesgar el muestreo de las regiones tumorales superficiales, que pueden ser la parte más antigua de un tumor que avanza a través de la evolución clonal (figura 1). microscopía de captura por láser (LCM) puede muestrear múltiples porciones superficiales, invasivas y metastásicas del mismo CRC (Figura 6A). Sólo la etiqueta BGN se utilizó para el análisis debido a su menor tasa de error aparente facilita la detección de la reciente evolución clonal. El ADN degradado en las muestras fijadas y números pequeños de genomas muestreadas por LCM dificulta la caracterización de las personas con discapacidad intragland, pero es posible comparar intergland las personas con discapacidad para buscar regiones focales de homogeneidad creadas por la reciente evolución clonal. De acuerdo con la capacidad de medir la diversidad tumor con LCM, intergland PWDs fueron similares para los cánceres A-E si calcula a partir de LCM o los datos de la glándula EDTA (Fig S2).
A. Esquema de la toma de muestras LCM de los cánceres A y D. Los puntos es en los alrededores de lo superficial (azul), invasivo (negros), y regiones metastásicos (rojo). (Barra es de 1 cm de ancho). B. Comparación de las personas con discapacidad intergland en lo superficial (azul), invasivo (negro) y metastásico (rojo) las regiones de los nueve CRC. Las personas con discapacidad entre LCM muestras individuales ( "X") se encuentran dispersos, con promedios representados por las barras. Se espera que la dispersión de las personas con discapacidad entre las glándulas individuales debido a la naturaleza estocástica de los errores de replicación, y regiones dentro de un mismo tumor que fueron significativamente diferentes (flechas) de sus regiones superficiales fueron identificados a partir de simulaciones (ver Métodos). Como referencia, se ilustran las personas con discapacidad intergland de la (línea verde de puntos) clonal y xenoinjertos policlonales (línea verde fijo). C. Las comparaciones de las personas con discapacidad intergland con distancias físicas indican que las glándulas distantes y adyacentes están relacionados de forma similar en lo superficial (azul), invasivo (negro) y las regiones metastásicos (rojo). Un aumento significativo de las personas con discapacidad con la distancia física (p & lt; 0,05) se observó sólo para las regiones superficiales de cáncer de B y D.
Con la progresión escalonada secuencial, debe haber un gradiente de diversidad (superficial & gt; invasivo & gt; metástasis), mientras que todas las regiones deben ser igualmente diversa si un tumor es esencialmente una sola expansión clonal. Nueve CRCs fueron examinados (Fig 6B). Diversidad era generalmente alto, y ninguno parece ser la expansión clonal reciente, ya que todos tenían PWDs promedio intergland mayores que los xenoinjertos clonales.
PWDs Intergland fueron similares entre las porciones superficiales e invasivos de tres tipos de cáncer de la fase II (B, C ,MI). Para dos de los seis tipos de cáncer metastásico (D y F), las regiones superficiales, invasivas y metastásicas fueron igualmente diversa, incluyendo tres diferentes metástasis de ganglios linfáticos de cáncer F. diferencias significativas de diversidad estaban presentes entre los cuatro cánceres primarios y sus metástasis. Tanto las regiones invasivos y metastásicos de cánceres H e I fueron significativamente menos diversa que sus regiones superficiales de cáncer. Para el cáncer de G, sólo la lesión metastásica fue significativamente menos diversa. La metástasis de cáncer de A fue significativamente más diverso que su primaria.
Para la búsqueda de evolución clonal regional, intergland las personas con discapacidad se compararon con las distancias físicas (Figura 6C). Las regiones superficiales, invasivas y metastásicas de siete tipos de cáncer parecían ser expansiones clonales individuales porque no hubo cambios significativos en las personas con discapacidad con las distancias físicas. Las regiones superficiales de cánceres B y D mostraron un aumento significativo en las personas con discapacidad con distancias físicas, lo que sugiere áreas tumorales adyacentes estaban más relacionados que las zonas distantes. En resumen, la diversidad de diferentes partes del mismo tipo de cáncer no se puede predecir, con ejemplos de regiones metastásico con PWDs intergland que eran la misma, mayor, o más pequeñas que sus regiones superficiales. Sin embargo, la evidencia reciente de progresión gradual era deficiente debido a todas las regiones eran relativamente diversa (PCD media superior a los xenoinjertos clonales) y la homogeneidad de coordinación regional por lo general no era detectable.
Discusión
Las células tumorales encuentran y colonizar muchos microambientes diferentes durante la tumorigénesis, y la selección conceptualmente maximiza de manera eficiente la aptitud para conducir esta progresión. evolución clonal depende de nuevas mutaciones del conductor, que deben ser fácilmente generados por la "inestabilidad" genómico pensado para estar presente en muchos tipos de cáncer [17]. Sin embargo, los últimos datos del genoma CRC demuestran frecuencias relativamente bajas de mutación (& lt; 1 por cada 100.000 bases), en consonancia con las tasas de mutación y división normales [10]. mutaciones de pasajeros neutros predominan [6], [7], y por lo tanto de buena fe mutaciones del conductor sólo en raras ocasiones pueden surgir en los intervalos relativamente cortos entre la transformación y la extirpación del tumor. Si cambio de pilotos son raros, la evolución clonal sería raro.
Sin una medida de la selección es difícil juzgar las funciones de las numerosas mutaciones y cambios epigenéticos que se encuentran en los genomas del cáncer. Selección optimiza eficazmente la aptitud donde y cuando se presente la oportunidad, sino un problema práctico es la cantidad de células difieren de selección antes de que intervenga. Aunque la selección es difícil de medir, un barrido selectivo produce un cuello de botella y la pérdida de diversidad celular. Por lo tanto, la diversidad de autoestop cambios de pasajeros dentro de una población (Fig 2) es una medida de selección [8]. Una prueba sensible para la selección es la cantidad de autoestop variación dentro de pequeñas glándulas cáncer porque la fijación es más rápido en las poblaciones más pequeñas [9]. La diversidad patrón de metilación de alta pasajeros medido en este estudio dentro y entre los pequeños fragmentos de la glándula CRC sugiere la selección es una fuerza débil que normalmente carece de la capacidad mínima para barrer las células, incluso cercanas. Este inferido falta de barridos selectivos después de la transformación es consistente con la incapacidad de identificar fácilmente mutaciones conductor metastásicos adicionales a pesar de la secuenciación de profundidad [2], [18]. Un análisis reciente de los datos del genoma del cáncer utilizando un enfoque muy diferente infiere que incluso mutaciones del conductor pueden conferir ventajas selectivas relativamente pequeños [19], que también sería coherente con la diversidad de metilación de pasajeros de alta observada en las poblaciones celulares de cáncer.
Si la selección es débil y una adquisición gradual de nuevas capacidades se produce con poca frecuencia, la primera célula transformada ya se puede producir una progenie bien adaptado y versátil, con capacidad para invadir o hacer metástasis [3]. progresión fenotípica después de la transformación dependerá de la plasticidad fenotípica [4], [5], con la invasión y metástasis de diferenciación aberrante en lugar de la selección de nuevas mutaciones del conductor. Una sola expansión es consistente con las diversidades similares entre glándulas, independientemente de la distancia física en lesiones superficiales, invasivas y metastásicas. Las relativamente altas diversidades de las metástasis de CCR implican poblaciones relativamente antiguos, en consonancia con la difusión temprana de las células tumorales observadas en los sistemas experimentales [20]. diferencias significativas de diversidad a veces se observan entre las regiones superficiales, invasivas y metastásicas del mismo tumor. Estas diferencias podrían representar etapas de selección, pero también podrían surgir sin evolución clonal de diferentes tiempos de llegada, con las regiones profundamente invasivos y metastásicos colonizadas más tarde en la progresión. Las diferencias regionales en las tasas mitóticas también podrían producir diferencias, incluyendo situaciones en las metástasis son más diversos que sus tumores primarios. Las diversidades de metilación alta de pasajeros en la mayoría de los CRC y sus metástasis indican poblaciones relativamente antiguos y estables, con muchas divisiones entre la transformación y la cirugía.
Sin evolución clonal, las células tumorales presentes día formarían una sola población con forma de estrella sin complicaciones ascendencias y linajes frecuentes vivido largo. Las diversidades relativas dentro de las glándulas frente de las glándulas (intragland a intergland relaciones PWD) indican la cantidad de remodelación o extinción se produce en las glándulas. Las simulaciones de la diversidad de la glándula cáncer sugirieron la extinción de las células cancerosas limitado y fueron consistentes con las jerarquías de células madre con múltiples linajes de larga vida CSC por la glándula en lugar de células madre cancerosas extremadamente raros. CRC son a menudo resistente a la quimioterapia [21], y un mayor número de linajes de larga vida se acumularía más eficiente variantes resistentes a la terapia pre-existentes.
evolución del tumor se piensa comúnmente para incrementar la salud, pero si la primera célula transformada ya está óptimamente "encajar", su progenie puede sufrir de descensos progresivos en la aptitud, un fenómeno llamado la reproducción asexual de Muller del trinquete [22]. La extinción limitado, pero relativamente ubicua inferida en el CRC puede representar a más pérdida de células variantes menos aptos (o la selección de fondo [8]) en lugar de la dominación por las variantes más aptos (figura 2). Curiosamente, la diversidad patrón de metilación de pasajeros y el número estimado de células madre cancerosas eran menos en MMR CRCs deficientes, donde las oportunidades para la selección sería teóricamente mayor debido a las tasas de mutación son alrededor de 100 a 1000 veces más alta [16]. Potencialmente esto podría reflejar una menor diversidad tasas de proliferación inferiores, aunque las comparaciones de etiquetas intergland deben ayudar a normalizar las edades mitóticas entre los CRC con deficiencia de MMR y competentes.