哺乳類の発生過程と前癌状態からの癌の進化におけるイベントの時系列を追跡する : crisp

[出典] "Temporal recording of mammalian development and precancer" Islam M [..] Lau KS. Nature 2024-10-30. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07954-4 [所属] Vanderbilt U Medical Center, Vanderbilt U, U Texas MD Anderson Cancer Center, Johns Hopkins U School of Medicine, Harvard Medical School, Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, U Cambridge, Indian Institute of Technology Kanpur
[注] ヒト腫瘍アトラス・ネットワーク（HTAN）コレクション収録論文

　細胞事象の時間的順序付けは、生物学的現象に対する基本的な洞察を提供する。これは従来、継続的な直接観察によって達成されてきたが、別の解決策としては、自然発生する突然変異のような不可逆的な遺伝的変化を利用して、遡及的な時間的順序付けを可能にする消えない痕跡を作り出す方法がある。

　哺乳類における細胞系譜の遡及・追跡の分野で、最近のバーコーディング戦略は、シングルセルシーケンスと組み合わせることで、有望であることを示している。しかし、長期にわたって時間的事象を記録するためには、バーコードの多様性に限界があり、また、隣接する複数の切断部位で大規模な欠失が誘導されることによる情報が失われるという制約もある。最近では、異種移植片やキメラにバーコード戦略を適用することで、がん細胞間の系統的関係を示す研究が始まっている [＊1]。しかし、これらの研究では正常細胞からの追跡が行われておらず、長期間の標識が必要となるため、自然発生的な腫瘍形成におけるクローン起源や進化的選択の研究が制限されている。

　著者等は今回、発生やがんにおける細胞の起源や年代に関する疑問を解決するために、マウスにおける長期間の追跡とヒトの単一細胞マルチオミクスデータを組み合わせたマルチモーダルな枠組みを提示する。

　メッセンジャーRNAとガイドRNA（gRNA）を同時に捕捉するためのカスタム多目的単一細胞プラットフォームであるネイティブ・シングルガイドRNA捕捉シーケンス（Native Single-guide RNA Capture and sequencing: NSC-seq）を開発し [論文Fig. 1 参照]、ホーミングガイドRNA（hgRNA）[＊2] からの自己変異CRISPRバーコードを活用して、系統追跡と累積変異パターンによる時間的記録を行った。

　NSC-seqを用いて、まず、マウスの胃形成期におけるカノニカルな発生分岐を解読し、このプラットフォームが、新たな胚前駆細胞集団と細胞分化経路を同定し、マウス胚発生過程における組織特異的な細胞増殖の正確なタイミング、細胞タイプ間の想定外の発生的関係、ユニークな遺伝的履歴による新たな上皮前駆状態などが見えてきた。これらの結果は、in vivoマルチモーダル記録が有効なことを示した。

　さらに、大腸がんの細胞起源を明らかにするために、NSC-seqとヒト組織のゲノムスケール解析と組み合わせた。Human Tumor Atlas Network（HTAN）の一環として、418個のヒト散発性ポリープに関する最大級のマルチオミクスデータを収集し、マウス大腸腫瘍モデルとのペア解析により、大腸前癌の15-30％にポリクローナルな発生が見られ、それらが複数の正常なファウンダーに由来することを示した。また、前癌状態から進行癌へと移行する際に、ポリクローナルな集団からクローンの多様性が失われtれいることが、見えてきた。

　ヒトの自然な遺伝的変化とマウスの誘導された遺伝的変化とを対にするマルチモーダルな枠組みは、細胞の起源と時間的遷移の複雑さ、および初期の腫瘍形成におけるそれらの関連性を明らかにするものである。

[＊] 参考記事と論文