体细胞克隆的进化：类器官技术与单细胞测序的解决方案

会开放获取预览永恒的追求体细胞的自我完善Peter J. Campbell1，*1Wellcome Sanger Institute，Hinxton CB10 1SA，UK* 通讯地址：https://doi.org/10.1016/j.xgen.2022.100094pc8@sanger.ac.uk总结多种体细胞突变驱动癌细胞转化，但对事件的顺序了解甚少。在本期的《细胞基因组学》中，凯斯特等人（Kester et al.）结合类器官技术、前瞻性条形码标记和单细胞测序来研究体外体细胞克隆的进化。癌症是通过获得突变而产生的，这些突变赋予自体克隆生长潜力和其他恶性特性。大多数癌症需要多个（可能5这些所谓的“驱动突变”可以从单碱基替换到结构变异，再到整个染色体的获得和丢失。虽然基因组测序研究已经系统地确定了导致人类癌症的驱动突变，但它们只提供了对癌症演变时间动态的部分见解。对患者的新发癌症进行测序仅提供了对该进化的回顾性观察-我们只观察达尔文竞争的获胜者，这意味着很难推断顺序其中驱动突变发生。本期Cell基因组学，Kester等2发展了一种有趣的方法来研究离体体植物体细胞克隆的进化.所有用于表征体细胞中克隆进化的方法都具有重要的局限性和缺点。批量基因组测序对除了最普遍的亚克隆之外的所有亚克隆都缺乏灵敏度;拷贝数畸变（CNA）可以从单细胞测序中稳健地鉴定，但是由于事件数量少和频繁的平行进化，推断克隆相关的CNA是困难的;来自单细胞测序的碱基亚克隆受到全基因组扩增的许多伪影的影响;并且条形码标记仅在一个时间点标记亚克隆，因此缺乏时间相关性。自发体细胞突变的解决。Kester等人2部署的这些方法学限制的解决方案是在相同的长期类器官上组合使用所有测定人结肠上皮 的培养。使用CRISPR-Cas9 对 该 类 器 官 进 行 工 程 改造，以同时敲除APC、TP 53和SMAD4与knockinKRASG12 D- 结直肠癌中最常见和最早的驱动突变3，4。他们一开始就使用一个包含60，000个病毒的barcodes库标记了这些类器官细胞，并使标记的细胞开始了6个月的进化之旅。他们每周对培养物取样，量化条形码组成，以高时间分辨率追踪克隆。这些数据进一步得到了来自6个月内每个重复3-5次单细胞测序实验的CNA数据和来自组合原液和单细胞测序的碱基置换数据的增强。重要的是，这些不同方法的数据相结合，以提供一个准确的，完整的图片的类器官6个月，结合每个亚克隆中存在的大小和复发性CNA的有趣的模式出现了。序列条形码数据揭示了一种进化动力学，其形成更多的是积极选择而不是消极选择。培养物的丰富的多克隆景观维持了许多个月，其中绝大多数这些克隆显示出在该时间内低水平细胞级分的稳定维持（参见图S1）。Kester等人2）。然而，在整个实验过程中，有几个克隆一直在稳定地扩增，导致寡克隆性在最后一两个月开始主导细胞混合。绝大多数克隆处于稳定的平衡状态，但逐渐被少数克隆淘汰，这种动态与少数克隆具有额外的获得性选择优势（正选择）而不是大多数克隆都具有额外的获得性劣势（负选择）更一致。相反，在体内的体细胞中，在癌症5，6和正常组织7，8-生殖系基因组中看到的这种阳性选择镜像的优势更强烈地受到阴性选择的影响。当然，有了测序的基因组和条形码，Kes- ter等人2就可以研究是什么基因组变化支撑了扩增的亚克隆的选择优势。一个特别引人注目的发现是，在实验中的几个亚克隆中发生了18号染色体的丢失此外，在缺失18的几个克隆中，4号染色体亚克隆缺失，条形码和碱基取代数据表明这些是独立获得的缺失-平行进化的实例在复制品中生长最快的从这些数据中得出的一个吸引人的假设是，CellGenomics 2，100094，February 9，2022？作者。1这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。会开放访问预览只有当18号染色体已经丢失时才赋予选择优势，这是在整个染色体非整倍性水平上起作用的上位性的已经描述了点突变9的突变获得顺序;然而，对于拷贝数变化还没有很好地建立，尽管已知在许多实体瘤10中的多个染色体上观察到重复的丢失和获得模式。在它们对自我完善的永恒追求中，体细胞探索了广泛的基因组组合。即使已经加载了四个强有力的驱动突变，它们的基因组也可以进一步微调，以增强在特定环境中的生长。早期驱动突变可能会形成赋予选择性优势的后续突变集，为癌症演变的轨迹带来可预测性，现在可以在体外和体内记录。申报利益提交人声明没有利益冲突。引用1. Vogelstein ， B. ， Papadopoulos ， N. ，Velculescu，V.E.，Zhou，S.，洛杉矶迪亚兹小的，和Kinzler，K.W.（2013年）。癌症基因组景观。Science339，1546-1558.2. 凯斯特湖de Barbanson，B.，Chen，L.，中国 地 质 大 学 ， 柳 比 莫 娃 ， A. ， van derSchrier，V.，Alemany，A.，Mooijman，D.，Peterson，J.，Drost，J.，de Rid-der，J.，和van Oudenaarden，A.（2022年）。 整合来自同一细胞的多个谱系测量值重建了平行的肿瘤演变。Cell Genomics 2，100096.3. 癌症基因组图谱网络（2012）。人结肠癌和直肠癌的综合分子特征。Nature 487，330-337.4. Gerstung，M.，Jolly，C.，莱希纳岛Dentro，S.C. Gonzalez，S.，Rosebrock ，D.，米切尔，TJ，Rubanova，Y.，Anur，P.，Yu，K.，等; PCAWG进化&异质结工作组; PCAWG联盟（2020）。2,658种癌症的演变史Nature578，122-128.5. 马丁科雷 纳岛，Raine ， K.M. ，Gerstung ，M.，道森，K.J.，哈斯，K.，Van Loo，P.，戴维斯，H.，斯特拉顿，M.R.，Campbell，P.J.（2017）. 癌症和体细胞组织中的普遍选择模式。171单元，1029-1041.e21。6. Weghorn，D.，和Sunyaev，S.（2017年）。人类癌症中阴性和阳性选择的贝叶斯推断。Nat. Genet. 49，1785-1788.7. 马 丁 科 雷 纳 岛 ， Roshan ， A. ， Gerstung ，M.， Ellis，P.，Van Loo，P.，麦克拉伦，S.，华盛顿特区韦奇Fullam，A.，亚历山德罗夫，L.B.，Tubio，J.M.，等人（2015年）。肿瘤演变。正常人皮肤中体细胞突变的高负荷和普遍阳性选择。Science 348，880-886.8. Ng ， S.W.K. ， 鲁 哈 尼 ， F.J. ， Brunner ，S.F.， Brzo-zowska，N.，Aitken，S.J.，杨，M.，Abascal，F.，穆尔湖，Nikitopoulou ，E.，查普尔湖等人（2021年）。慢性肝病中代谢基因的会聚性体细胞突变。 自然598，473-478。9. Ortmann，CA，肯特，D.G.，Nangalia，J.，Silber，Y.，华盛顿特区韦奇Grinfeld，J.，巴克斯特，E.J.，Massie，C.E.，Papaemmanuil ， E. ， Menon ， S. ， 等 人（2015年）。 突变顺序对骨髓增生性肿瘤的影响。N. Engl. J.Med.372，601-612.10. Davoli ， T. ， Xu ， A.W. ， Mengwasser ，K.E.，Sack，L.M.，尹，J.C.，帕克，P.J.，和Elledge，S.J. （2013年）。 累积的单倍性不足和错配敏感性驱动非整倍体模式并形成癌症基因组。 155号房948- 9622Cell Genomics2，100094，2022