Abstract
Bakgrunn
Det er mulig å antyde det siste av populasjoner ved å sammenligne genomer mellom individer. Generelt eldre populasjoner har mer genomisk mangfold enn yngre populasjoner. Kraften av utvalget kan også utledes fra befolkningen mangfold. Hvis valget er sterk og ofte eliminerer mindre fit varianter, vil mangfoldet være begrenset fordi nye, i utgangspunktet homogene populasjoner stadig dukke opp.
Metode og resultater
Her er vi oversette en populasjonsgenetikk tilnærming til menneskelig somatisk kreft cellepopulasjoner ved å måle genomisk diversitet innen og mellom små og endetarmskreft (CRC) kjertler. Kontroll vevskultur og xenograft forsøk viser at befolkningen mangfoldet av visse passasjer DNA-metylering mønstre reduseres etter kloning, men øker deretter med tiden. Målt i CRC kjertel populasjoner, passasjer metylering mangfold fra ulike deler av ni CRC var relativt høy og jevn, konsistent med eldre, stabile linjer snarere enn blandinger av yngre homogene populasjoner som følge av hyppige sykluser av utvalget. Mangfoldet av seks metastaser var også høy, noe som tyder på spredning tidlig etter transformasjon. Mangfold var lavere i DNA mismatch repair mangel CRC kjertler, muligens foreslå flere valg og eliminering av mindre fit varianter når mutasjon priser er forhøyet.
Konklusjon /Betydning
De mange haiker passasjer varianter observert i primære og metastatisk CRC cellepopulasjoner er i samsvar med relativt gamle bestander, noe som tyder på at klonal evolusjon fører til selektive feier kan være sjeldne etter transformasjon. Seleksjon i humane kreftformer som synes å være en svakere enn antatt kraft etter transformasjon, i samsvar med den observerte sjeldenhet av driver mutasjoner i kreft genomer. Fenotypisk plastisitet snarere enn trinnvis oppkjøp av nye driver mutasjoner kan bedre hensyn til de mange forskjellige fenotyper innen humane tumorer
Citation. Siegmund KD, merian P, TAVARÉ S, Shibata D (2011) High DNA Metylering Pattern intratumorale mangfold Innebærer Svak markering i mange menneskelige kolorektal kreft. PLoS ONE seks (6): e21657. doi: 10,1371 /journal.pone.0021657
Redaktør: Chris T. L. Chan, University of Hong Kong, Hong Kong
mottatt: 14 desember 2010; Godkjent: 06.06.2011; Publisert: 28 juni 2011
Copyright: © 2011 Siegmund et al. Dette er en åpen-tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Finansiering:. Dette arbeidet ble støttet med tilskudd fra National Institutes of Health (R33 CA111940 og R21 CA149990). ST støttes delvis av et stipend fra CRUK. Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
en barriere til en bedre forståelse av menneskelig kreft er manglende evne til å direkte observere hvordan kreft utvikler seg. Progresjon er klinisk viktig, med lokaliserte kreft lettere behandlet enn dypt invasiv eller metastatisk kreft. En logisk antagelse er at progresjon skjer trinnvis etter transformasjon (fig 1) med den sekvensielle utvalg av nye driver mutasjoner og mer ondartede fenotyper ved klonal evolusjon [1] som kreftceller møte og deretter kolonisere nye microenvironments. Men en fersk kreft genomsekvense studie [2] illustrert at metastaser har relativt få flere mutasjoner i forhold til sine primære kolorektal kreft (CRC). Omtrent 97% av mutasjonene som finnes i metastaser ble også påvist i sine primære svulster, og de få ekstra mutasjoner ikke har åpenbare metastatiske roller.
Trinnvis utvalg og klonal evolusjon skaper bestander av ulike forskjeller og fenotyper fordi de opprettes på forskjellige tider fra forskjellige stamfedre etter transformasjon. I motsetning til dette mangfoldet av en enkelt klonal ekspansjon er forholdsvis ensartet.
Alternativt, evnen til å invadere eller metastasere kan allerede være til stede på tidspunktet for transformasjonen [3], slik at for progresjon uten ytterligere klonal evolusjon (fig 1). ville oppstå sekundært til fenotypisk plastisitet fenotypiske forskjeller mellom kreftceller [4], [5] i stedet for anskaffelse av nye driver mutasjoner. En viktig forskjell mellom disse modellene er effektiviteten av utvalget til å handle på variant celler som uunngåelig akkumulerer med tiden. Valget avhenger variasjon, men valget kan ikke lett diskriminere mellom kreftceller fordi de fleste mutasjoner ser ut til å være nøytrale passasjer mutasjoner [6], [7]. Selv om positiv eller negativ seleksjon er vanskelig å kvantifisere, det er en lang historie med å bruke variasjonen ved nøytral eller haiker passasjer loci i en befolkning for å måle styrken av utvalget, som motsetter drift ved å eliminere mindre fit varianter [8]. Fordi nøytrale passasjer endringene er mer vanlig enn driverendringer [6], [7], mange passasjer endringer kan akkumuleres i svulstpopulasjonene mellom selektive sweeps.
Tumor heterogenitet målinger er komplisert fordi mange mekanismer kan bidra til mangfold [4 ]. Måling av mangfoldet i en stor svulst befolkning er problematisk, fordi hvis valg er sterk, kan mange forskjellige varianter velges, hver optimal for å overleve innenfor de mange forskjellige mikromiljøer av en tumor. For å minimere miljø heterogenitet og fordi den mest umiddelbare kamp for å overleve oppstår mellom tilstøtende celler, er en følsom prøve for utvalget er mengden av variasjon mellom små grupper av naboceller i en enkelt mikromiljøet, spesielt siden fiksering er raskere i små populasjoner [9]. Selv om avkom av en enkelt valgte celle ikke kan feie vidt, ved et minimum utvalg bør være i stand til å homogenisere dens umiddelbare naboskap og mikromiljøet. Omfattende heterogenitet mellom tilstøtende kreftceller foreslår utvalget ikke ofte optimalisere trenings selv i små populasjoner.
Kolorektal adenokarsinomer har neoplastiske kjertler som skillevegg kreftceller i forskjellige små nabolag. Omfanget av haiker mangfold innen og mellom kjertlene avhenger av tidspunktet for den siste klonal ekspansjon eller selektiv sweep (fig 2). En valgt variant cellen og dens avkom vil i utgangspunktet dominere sin kjertelen og kan deretter danne flere nabo kjertler, skape et samlings befolkning med relativt ensartet mangfold. I sin ytterste, kan en hel svulst lages av en enkelt klonal ekspansjon. Her måler vi kreft genom passasjer DNA metylering mønster variasjon innenfor små (2000 til 10.000 celle) kjertel fragmenter fra ulike deler av de samme menneskelige CRC og antyde klonale evolusjonære flaskehalser sjelden etter transformasjon.
En mannlig kreftcelle inneholder en enkelt metylering mønster på et CpG rik region i X-kromosomet. Passasjeren metylering mønsteret vil drive og haike med skjebnen til sin celle. Etter klonal ekspansjon, vil kreftcellen befolkningen være utgangspunktet homogene men variant celler (forskjellige farger) og passasjer metylering mønstre vil oppstå fra drift (replikering feil). En mangfoldig befolkning har tre skjebner. Hvis du ikke velger skjer, vil en befolkning fortsette å drive og bli mer mangfoldig. Sterk positiv utvelgelse av en variant (blå) celler resulterer i en sveip eller klonal evolusjon, med homogenisering av befolkningen og haiker passasjer metylering. Svak negativ eller bakgrunn utvalg fører til tap av en variant celle (blå) og en reduksjon i mangfoldet av haiker metylering mønstre. Derfor kan styrke utvalget utledes ved å måle de PWDs av haiker passasjer metylering mønstre i en befolkning.
Resultater
Oppdager Utvalg og klonal evolusjon i en eksperimentell System
på grunn somatiske mutasjoner er relativt sjelden i menneske CRC ( 1 per 100 000 baser [6], [10]), har vi ansatt 5 «til 3» retningen av passasjer DNA metylering med korte CpG rike regioner som epigenetisk somatisk celle molekylære klokker [11]. 5 «til 3» retningen av metylering anvendes (som 5 «til 3» retningen fra basesekvenser) for å måle genomisk variasjon, som skal haike med skjebnen til sine celler (figur 2). Passasjer metylering mønstre bør være utgangspunktet homogene og senere blitt stadig polymorfe etter en klonal evolusjon flaskehals. I de første forsøkene, bekrefter vi at disse passasjer metylering mønstre eller koder kan spille inn en enkel klonal evolusjon syklus: polyklonale befolkningen → monoklonalt befolkningen → polyklonale befolkningen. Denne flaskehals (figur 2) kan simuleres ved kloning og deretter ekspandere enkeltceller i vevskultur og senere som subkutane transplantater i nakne mus (figur 3A). X-kromosom koder (BGN og LOC, tag sekvenser og eksempeldata er gitt i figur S1) og en mannlig diploid CRC cellelinje (Lovo) ble undersøkt (en enkelt epiallele per celle). LOC taggen ser ut til å ha en høyere replikasjonsfeilrate enn den BGN taggen [12], og derfor bør bli polymorfe raskere. Epialleles ble samplet av bisulfite sekvense klonede PCR produkter av DNA ekstrahert fra kulturer eller små xenograft fragmenter (5 til 6 fragmenter per xenograft, ~2,000 til 10.000 celler per fragment). Mangfold er målt ved en parvis avstand (PWD).
A. Skjematisk av Lovo enkelt celle kloning, først i kultur og deretter som xenografter, simulere en klonal evolusjon flaskehals. B. Haiking mangfoldet minker og deretter øker i kultur og xenotransplantater etter enkelt celle kloning. (X-er representerer uavhengige enkelt celle kloner i kultur, og O representerer PWD gjennomsnitt blant tags isolert fra 5 til 6 små xenograft fragmenter) LOC tag har en høyere feilrate i forhold til BGN tag [12], og raskere gjenoppretter mangfoldet sett i polyklonale populasjoner. C. Sammenligninger mellom fragmenter demonstrere intergland PWDs er mindre mellom clonally relaterte svulster og større mellom ubeslektede svulster, noe som indikerer mulighet for LOC eller BGN koder for å identifisere og skille mellom nye og eldre klonal utvidelser (sirkler er gjennomsnitt av de fragment sammenligninger mellom de ulike xenograftene og barer er samlet gjennomsnitt) D. Xenotransplantat intragland PWDs er vanligvis nesten like stor som sine intergland PWDs, noe som indikerer at de små tumorfragmenter er nesten like forskjellige som deres svulster.
polyklonale kultur og små fragmenter av sine xenografter var forskjellige befolkningsgrupper, med mange forskjellige tag mønstre og relativt høye PWDs (fig 3). Etter enkelt celle kloning, redusert tag mangfold, men senere økt. Denne reduksjonen og påfølgende økning i tag mangfold etter enkelt celle kloning var strengt tatt ikke klokke-lignende fordi noen yngre kloner var mer mangfoldig enn noen eldre kloner (figur 3B). Men endringer tag mønster generelt registrert den eksperimentelle klonal evolusjon scenario av en enkelt celle flaskehals fulgt av klonal ekspansjon og en økning i PWDs.
Oppdager Trinnvis Progresjon i en eksperimentell System
De ovennevnte studiene målte mangfold innenfor enkelt svulst kjertel fragmenter. En annen metode for å måle variasjon er å sammenlikne epialleles fra forskjellige deler av den samme tumor. Her PWDs mellom celler sammenlignes med fysiske avstander mellom cellene til å spørre om tilstøtende celler er mer beslektet enn fjerne celler. Med en enkel hurtig klonal ekspansjon (en stjerne fylogenien), er fjernt cellene nesten relatert som tilstøtende celler fordi dens forskjellige deler er i hovedsak opprettes samtidig. Derfor vil PWDs være uavhengig av fysisk avstand eller beliggenhet. I motsetning til dette, hvis tumorer er laget ved trinnvis seleksjon og klonal evolusjon, PWDs avhenge av den fysiske plassering av cellene. Eldre regioner bør være mer mangfoldig enn yngre regioner, og PWDs bør øke når det gjøres sammenligninger mellom yngre og eldre kreft regioner (figur 1).
xenografter simulere disse ulike progresjons scenarier. En enkelt fersk klonal ekspansjon er representert ved xenografter initiert fra samme enkelt celle stamfar. Trinnvis klonal evolusjon er representert ved sammenligning mellom det polyklonale og klonale xenotransplantater. Intergland PWDs var lavere i de klonale xenografter, større i de polyklonale xenotransplantater, og større mellom de klonale xenotransplantater og deres foreldre polyklonale xenografter eller den andre uavhengige klonale xenograft (figur 3C). Disse eksperimentene viser at passasjer metylering koder kan skille en enkelt klonal ekspansjon fra svulster sammensatt av forskjellige alderen populasjoner.
Mangel på Flaskehalser I Xenotransplantat Formation
De kloningsforsøk er potensielt komplisert av usett flaskehalser forårsaket av naturlig seleksjon (fig 2). Den «polyklonale» natur Lovo-cellelinjen i vevskultur før enkelt celle kloning er ikke uventet, fordi dette er en lang etablert cellelinje [13], og antagelig avkom er tilsvarende passform. Imidlertid kan flaskehalser oppstå under xenograft dannelse fordi bare noen celler i et vev kultur tilpasset cellelinje kan trives i en naken mus mikromiljøet. Faktisk kan xenograft vekst ikke være synlig når mindre enn en million celler ble inokulert, et fenomen som ofte anvendes til å måle frekvenser av «kreft initiere celler», som kan representere kreft stamceller (cscs) [14]. Flaskehalser kan også oppstå hvis ulike microenvironments oppstått under vekst effektivt velge bare de sprekeste varianter, for å gi lokaliserte klonal evolusjon.
Hvis betydelige flaskehalser i løpet tumorigenesis, xenograft forskjeller vil bli tilsvarende begrenset om den innledende Inokuler var klonal eller polyklonale . BGN tag mangfold var betydelig mindre når xenotransplantater ble innledet med enkeltcellekloner sammenlignet med en polyklonale Inokuler (gjennomsnittlig intragland PWDs på 1,2 kontra 2,1, p = 0,007), noe som indikerer at selektive flaskehalser ikke skjer med Lovo cellelinjen under xenograft tumorigenesis ( figur 3B). LOC tag mangfold var lik mellom klonale og polyklonale xenograft fragmenter (gjennomsnittlig intragland PWDs på 2,5 kontra 2,4, p = 0,86), men LOC tag ser ut til å ha en høyere replikering feilrate enn BGN [12]. Derfor likheter i LOC tag mangfold synes å skyldes den raskere LOC tag diversifisering med enkeltcellekloner snarere enn tumorigenesis flaskehalser.
En annen måte å oppdage lokalisert utvalget er å sammenligne mangfoldet innenfor kjertler med mangfoldet mellom kjertler. I fravær av utvalget, bør eldre mer varierte svulster har eldre mer varierte kjertler. Hvis det oppstår utvalg innen kjertler, er mangfoldet redusert som variant celler blir eliminert (fig 2), og intragland PWDs bør være mye mindre enn intergland PWDs. I samsvar med en mangel på utvalg, intragland PWDs var nesten like stor som intergland PWDs for klonale og polyklonale xenografter (Fig 3D).
Dypere Sampling Bekrefter høy passasjer Tag Mangfold
I de ovennevnte studiene , bare åtte tagger ble samplet per eksemplar. For å bekrefte mangfold i små fragmenter, ble 24 tagger samplet (fig 4A). Flere nye tag mønstre ble oppdaget med ytterligere prøvetaking, selv om PWDs var relativt stabile etter prøvetaking bare åtte tagger. Gjennomsnittlig mangfold var høyere i polyklonale versus klonal xenografter, med gjennomsnitt på 10,8 BGN og 17,2 LOC unike mønstre per 24 samplede koder i de polyklonale xenografter. Betydelig variasjon signal er tilstede i små 2000 til 10.000 celle tumorfragmenter, noe som ytterligere antyder at valg som fører til klonal evolusjon sjelden forekommer under dannelsen xenograft med Lovo-cellelinjen i en naken mus miljø.
A. Mer unike epiallele mønstre er observert innenfor polyklonale kulturer og de små xenograft fragmenter når prøvetaking er økt til 24 tagger. PWD-verdier er forholdsvis stabil etter 8 samplede koder (for referanse, de stiplede røde linjer er de polyklonale cellelinje verdier). B. Dypere prøvetaking av kjertler fra fem menneskelige CRC. De tre kreft til venstre er relativt yngre kreftformer med mangfold ligner på klonale xenografter. De to kreft til høyre er forholdsvis eldre kreftformer med diversitet i likhet med den polyklonale cellelinje eller xenografter. I samsvar med en enkelt klonal ekspansjon, er mangfoldet lik mellom høyre og venstre deler av samme CRC.
Høy Mangfold i enkelt menneske tykktarmskreft kjertler
En tidligere studie konkluderes det lille mennesket CRC kjertlene er forskjellige befolkningsgrupper [12], men samplet bare åtte tagger per kjertel. For å bekrefte at menneskelig CRC kjertel mangfold kan være høy og at sammenligninger med xenotransplantater ble 24 tagger samplet fra 2000 til 10.000 celle kjertel fragmenter fra fem CRC. Kjertlene ble tatt prøver fra motsatte sider ( «venstre» og «høyre») av det samme tumor, for å tillate sammenligninger av celler som befinner seg innenfor kjertler og mellom kjertler fra motsatte sider tumor.
Humant CRC kjertel forskjell var høy ( mellom 3 til 23 unike mønstre per 24 samplede epialleles) indikerer at nabocellene ikke er nært knyttet (fig 4B). For tre mindre mangfoldig ( «yngre») kreft (Kreft A, B, C), kjertel PWDs og antall unike koder per 24 samplet koder var lik verdiene i klonale xenografter. For to mer varierte ( «gamle») kreft (kreft D, E), kjertel PWDs og antall unike koder var lik verdiene i polyklonale xenograft. I samsvar med en enkelt klonal ekspansjon, forskjeller var lik mellom venstre og høyre tumor sider, noe som indikerer at begge kreft sidene er sannsynlig å ha lignende mitotiske aldre eller antall divisjoner siden transformasjon [12].
Nedre Gland Diversity Med Høyere mutasjon priser
lav kreft kjertel mangfold ikke direkte gjenspeiler valg fordi selv uten valg en ny klonal ekspansjon ville i utgangspunktet være homogen. For å korrigere for svulst alder, som en grov tilnærming, i en alder av en svulst er tid eller tall divisjoner mellom celler fra motsatte tumor sider, fordi disse cellene siste delte en felles stamfar rundt tidspunktet for transformasjon [12], [15] . Derfor kan man sammenligne kjertel alder med svulst alder ved å sammenligne intragland PWDs med PWDs mellom kjertler fra motsatte kreft sider (fig 5a). Generelt eldre svulster hadde eldre kjertler, med intragland PWDs korrelerte med intergland PWDs.
A. Intra- og intergland PWDs generelt korrelerer. Trendlinjen er basert på tre menneskelige CRC, med de to MMR mangel kreft med mye lavere intragland PWDs. (Sirkler er menneske CRC, trekanter er klonale og polyklonale xenografter). B. prosenter av intra- å intergland PWDs var større enn 0,5 unntak av MMR mangel CRC, som indikerer mye større utdøing innen kjertler av MMR mangel CRC.
Hvis valget avhenger mutasjoner, en enkel prediksjon er at utvalget bør skje oftere når mutasjon priser er forhøyet. To av de fem CRC (Kreft B, C) var mangelfull i DNA mismatch reparasjon (MMR), som er forbundet med 100- til 1000 ganger høyere mutasjon priser [16]. Gland PWDs i MMR mangel CRC var lavere (intragland til intergland PWDs mindre enn 50%) i forhold til MMR dyktige CRC (fig 5b). Den nedre intragland å intergland PWD forholdstall i MMR mangel CRC foreslår utvalget kan mer effektivt eliminere mindre fit varianter når mutasjon priser er høyere. Den intragland å intergland PWD forholdstall for de tre MMR dyktige CRC og Løvø xenografter var lik (større enn 50%) tyder utvalg oppstår sjeldnere i disse svulstene.
Kreft stamceller synes å være hyppig i Human CRC
En kvantitativ måte å beskrive utvalget er å estimere tall for varige linjer per kreft kjertelen, som er effektivt cscs [12]. Hvis utvalget eller utryddelse oppstår ofte, vil da langlivede CSC linjene være få. Antallet cscs per kreft kjertelen kan estimeres fra sitt mangfold — genomer innen en kjertel vil være mer lik med mindre antall cscs fordi somatiske endringer ikke kan akkumuleres i kortere levde ikke-cscs som raskt bli utryddet.
En tidligere analyse av data med åtte lapper pr kjertel beregnede forholdsvis høye frekvenser CSC [12]. Med 24 tagger per kjertel, bedre estimater av CSC frekvenser er mulig (tabell 1). Kreft kjertel mangfold var for høy for en enkelt CSC per kjertel og for lavt for et scenario der ingen utryddelse oppstår. I stedet kreft kjertel variasjon var mer i samsvar med begrensede kreftcelle utryddelse, som kan modelleres som en stamcelle hierarki med flere cscs pr kjertel som produserer et begrenset antall ikke-CSC avkom. Probabilistic CSC overlevelse i stedet for determinis asymmetrisk CSC divisjon var mer i samsvar med dataene. Antatt antall sannsynlighets cscs per 8000 celle kjertelen var mellom 128 og 2048. De laveste estimerte CSC frekvenser per kjertel (128 og 256 per kjertel) var med de to MMR mangelfulle Kreft B og C, en trend som tidligere nevnt når man sammenligner mellom MMR dyktig og mangelfulle CRC [12]. Oppsummert synes kreftcelle utryddelse å ha skjedd i hele CRC, men mer omfattende i MMR mangel CRC kjertlene.
klonal evolusjon i menneske svulstpopulasjonene
EDTA kjertel isolasjonsmetoden kan skjevhet prøvetaking til overfladiske kreft regioner, som kan være den eldste delen av en svulst som utvikler seg via klonal evolusjon (fig 1). Laser fangst mikroskopi (LCM) kan prøve flere overfladiske, invasive og metastatisk deler av samme CRC (Fig 6A). Bare BGN lappen ble brukt for analyse fordi lavere tilsynelatende feilrate muliggjør deteksjon av nyere klonal evolusjon. Det nedbrutte DNA i de fikserte prøver og små antall av genomer samplet ved LCM hindrer karakterisering av intragland PWD, men det er mulig å sammenligne intergland PWDs å søke etter fokale områder av homogenitet som er opprettet av fersk klonal evolusjon. I samsvar med evnen til å måle tumor mangfold med LCM, intergland PWDs var lik for kreft A-E hvorvidt kalkulert fra LCM eller EDTA pakkboks data (Fig S2).
A. Diagram av LCM prøvetaking av kreft A og D. Dots er steder av overfladisk (blå), invasiv (svart) og metastatisk (rød) regioner. (Bar er 1 cm bred). B. Sammenligning av intergland PWDs i den overfladiske (blå), invasiv (svart) og metastatisk (rød) regioner av de ni CRC. PWDs mellom enkelt LCM prøver ( «X») er spredt, med gjennomsnitt representert ved stolpene. Scatter av PWDs mellom enkeltkjertler er forventet på grunn av den stokastiske natur replikering feil og regioner i samme svulst som var signifikant forskjellig (piler) fra sine overfladiske regionene ble identifisert fra simuleringene (se Methods). For referanse, er intergland PWDs av klonal (stiplet grønn linje) og polyklonale xenografter (solid grønn linje) illustrert. C. Sammenligninger av intergland PWDs med fysiske avstander tilsier at fjerne og tilstøtende kjertler er like relatert i det overflatiske (blå), invasiv (svart) og metastatisk (rød) regioner. En betydelig økning i PWDs med fysisk avstand (p 0,05) ble observert kun for de overfladiske regionene Cancer B og D.
Med sekvensiell trinnvis progresjon, bør det være et mangfold gradient (overfladisk invasiv metastaser), mens alle regioner bør være like variert dersom en svulst er i det vesentlige en enkelt klonal ekspansjon. Ni CRC ble undersøkt (figur 6B). Mangfold var generelt høy, og ingen så ut til å være av nyere klonal ekspansjon fordi de alle hadde en gjennomsnittlig intergland PWDs større enn de klonale xenografter.
Intergland PWDs var lik mellom overflatiske og invasive deler av tre Stage II kreft (B, C , E). For to av de seks metastatisk kreft (D og F), overfladiske, invasive og metastatisk regioner var tilsvarende mangfoldig, inkludert tre forskjellige lymfeknutemetastaser av kreft F. Betydelige mangfold forskjeller var tilstede mellom fire primære kreft og deres metastaser. Både invasive og metastatiske regioner av Kreft H og jeg var betydelig mindre mangfoldig enn sine overfladiske kreft regioner. For Cancer G, bare metastatisk lesjon var betydelig mindre mangfoldig. Den metastasering av kreft A var betydelig mer variert enn sin primære.
For å søke etter regional klonal evolusjon, intergland PWDs ble sammenlignet med fysiske avstander (Fig 6C). Overfladiske, invasive og metastatisk regioner av syv kreft syntes å være enkle klonal utvidelser fordi det var ingen signifikante endringer i PWDs med fysiske avstander. De overfladiske regionene Kreft B og D viste en signifikant økning i PWDs med fysiske avstander, noe som tyder på tilstøtende svulst områder var mer relatert enn fjerntliggende områder. Oppsummert kan mangfoldet av ulike deler av samme kreft ikke forutsies, med eksempler på metastatisk regioner med intergland PWDs som var den samme, større eller mindre enn sine overfladiske regioner. Men tegn til nyere trinnvis progresjon manglet fordi alle regioner var relativt variert (gjennomsnittlig PWDs større enn de klonale xenografter) og focal regional homogenitet var vanligvis ikke oppdages.
Diskusjoner
Kreftceller møter og kolonisere mange forskjellige microenvironments under tumorigenesis, og konseptuelt utvalg maksimerer effektivt trenings å drive denne utviklingen. Klonal utvikling avhenger av nye driver mutasjoner, som skal være lett genereres av det genomiske «instability» tenkt å være tilstede i mange kreftformer [17]. Men nyere CRC genom data viser relativt lave mutasjonsfrekvenser ( 1 per 100 000 baser), i samsvar med normale mutasjon og divisjons priser [10]. Nøytrale passasjer mutasjoner dominerer [6], [7], og derfor bona fide driver mutasjoner kan bare sjelden dukke opp i den relativt korte intervaller mellom transformasjon og fjerning av svulster. Hvis driverendringer er sjeldne, ville klonal evolusjon være sjeldne.
Uten et mål på valg det er vanskelig å bedømme rollene til de mange mutasjoner og epigenetiske forandringer som finnes i kreft genomer. Utvalg optimaliserer effektivt trenings når og hvor muligheter oppstår, men et praktisk spørsmål er hvor mye cellene skiller før valg griper. Selv om utvalget er vanskelig å måle, produserer en selektiv feie en flaskehals og tap av mobilnettet mangfold. Derfor mangfoldet av haiker passasjer endringer innenfor en populasjon (fig 2) er et mål på valg [8]. En følsom test for utvalget er mengden av haiker variasjon innenfor små kreftkjertler fordi fiksering er raskere i mindre populasjoner [9]. Den høye passasjer metylering mønster mangfold målt i denne studien innenfor og mellom små CRC kjertel fragmenter foreslår utvalget er en svak kraft som vanligvis mangler minimum evne til å feie selv nærliggende celler. Denne utledede mangelen på selektive sveip etter transformasjon er i overensstemmelse med den manglende evne til lett å identifisere ytterligere metastatiske driver mutasjoner til tross for dypt sekvensering [2], [18]. En fersk analyse av kreft genomdata ved hjelp av en helt annen tilnærming utledes at selv driver mutasjoner kan gi relativt små selektive fordeler [19], som også vil være forenlig med høy passasjer metylering mangfold observert i kreftcellepopulasjoner.
Hvis valget er svak og en trinnvis oppkjøp av nye muligheter oppstår sjelden, kan den første transformert celle allerede produsere godt tilpasset og allsidig avkom med evner til å invadere eller metastasere [3]. Fenotypisk progresjon etter transformasjon vil avhenge av fenotypisk plastisitet [4], [5], med invasjon og metastase fra avvikende differensiering i stedet for valg av nye driver mutasjoner. En enkelt utvidelsen er i tråd med tilsvarende forskjeller mellom kjertlene uavhengig av fysisk avstand i overfladiske, invasive og metastatiske lesjoner. De relativt høye forskjell på CRC metastaser innebære relativt gamle bestander, i samsvar med tidlig spredning av kreftceller observert i eksperimentelle systemer [20]. Betydelige mangfold forskjeller ble noen ganger observert mellom overfladiske, invasive og metastatisk regioner i samme svulst. Slike forskjeller kan representere trinnvis utvelgelse, men kan også oppstå uten klonal evolusjon fra ulike ankomsttider, med dypt invasiv og metastatisk regioner kolonisert senere i progresjon. Regionale forskjeller i mitotiske priser kan også være forskjellig, blant annet situasjoner der metastaser er mer mangfoldig enn sine primære svulster. Den høye passasjer metylering forskjeller i de fleste CRC og deres metastaser indikerer relativt gamle og stabile bestander, med mange divisjoner mellom transformasjon og kirurgi.
Uten klonal evolusjon, ville presentere dag tumorceller danner en enkelt populasjon med ukomplisert stjerne-formet ancestries og hyppige langlivede linjene. De relative forskjeller innenfor kjertler versus mellom kjertler (intragland til intergland PWD forholdstall) indikerer hvor mye ombygging eller utryddelse skjer innen kjertler. Simuleringer av kreft kjertel mangfold foreslo begrenset kreftcelle utryddelse og var i samsvar med stamcelle hierarkier med flere langlivede CSC linjer per kjertel i stedet for ekstremt sjeldne cscs. CRC er ofte resistent mot kjemoterapi [21], og større tall for varige linjene ville mer effektivt samle pre-eksisterende terapi resistente varianter.
Tumor evolusjon er vanligvis antatt å øke kondisjon, men hvis den første transformert celle er allerede optimalt «fit», kan dens avkom lider av progressiv nedgang i fitness, en aseksuell reproduksjon fenomen som kalles Muller Ratchet [22]. Den begrensede men relativt utbredte utryddelse sluttes i CRC kan mer representere tap mindre fit variant celler (eller bakgrunn utvalg [8]) i stedet for dominans av mer fit varianter (fig 2). Interessant, passasjer metylering mønster mangfold og estimerte antall cscs var mindre i MMR mangel CRC, der mulighetene for valg ville teoretisk være større fordi mutasjon priser er omtrent 100 til 1000 ganger høyere [16]. Potensielt dette lavere diversitet kan reflektere lavere spredning priser, selv om intergland tag sammenligninger bør bidra til å normal mitotiske aldre mellom MMR mangelfulle og dyktige CRC.
