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Cell阐述“人类癌症图谱网络”计划:以单细胞分辨率描绘癌症跨时空3D变化

来源:Cell

近日,来自Broad研究所、麻省理工学院、MSK癌症中心等机构的联合研究团队概述了人类肿瘤图谱网络(Human Tumor Atlas Network ,HTAN)计划。相关内容发表在Cell上,文章阐述了该计划的基本原理,详细介绍了建议的分析和方法,以及对组织和肿瘤类型的见解,并将在未来五年内在美国10个跨学科癌症中心进行研究评估。

癌症的关键转变,包括肿瘤发生、局部扩张、转移和耐药性产生,涉及动态肿瘤生态系统中细胞间的复杂相互作用。癌前细胞和恶性癌症细胞的形态、遗传和表观遗传具有多样性。单细胞基因组学技术和空间原位方法提供了前所未有的分辨率来研究这种复杂性。人类肿瘤图谱网络(HTAN)计划由美国国家癌症研究所(NCI)提出,旨在构建临床、实验、计算和组织框架,为多种癌前组织和癌症类型生成信息丰富且可访问的癌症转化3D图谱。作为“癌症登月计划(CancerMoonshot Initiative)”的一部分,HTAN计划的任务是在5年内在癌症预防、诊断和治疗方面取得未来十年的进展,这是一个雄心勃勃的目标。

来源:HTAN计划网站

图:癌症的关键转化。来源:Cell

研究团队计划通过单细胞RNA测序或单细胞核RNA测序,并结合空间信息、外显子组序列、蛋白质组谱、表观基因组数据、代谢组学和微生物组等信息,以在多种成人和儿童癌症类型的癌前组织、恶性癌症和转移癌症样本中,观察突变、拷贝数变化、表达转变等的变化绘制癌症转化3D图谱。

研究团队希望在肿瘤进化的不同时间点实现结构、组成和多维度相互作用的可视化,有效识别新的预测生物标志物和治疗相关的细胞类型、细胞状态和细胞相互作用,并提供新的治疗途径。这些交互式图谱可在空间和时间上描述不断演变的肿瘤生态系统,以便能够从单个肿瘤实例中概括和抽象出总体特征。但HTAN计划必须克服大量的临床、实验、计算和组织方面的挑战。

图:构建人体肿瘤3D图谱。来源:Cell

图:HTAN构建肿瘤3D图谱的工具箱,包括分子、空间分子、组织学和解剖学特征。来源:Cell

据文章介绍,HTAN将主要集中于实体瘤,尤其是关键且需求未满足的肿瘤类型,包括三阴性乳腺癌、胶质母细胞瘤、高危神经母细胞瘤、儿童肉瘤、乳腺癌、肺癌、前列腺癌、结直肠癌、黑色素瘤和胰腺癌等。文章中,研究团队阐述了该计划的基本原理,详细介绍了建议的分析和方法,以及对未来五年美国10个跨学科癌症中心的组织和肿瘤类型进行评估的见解。例如,费城儿童医院等中心计划将重点放在某些原发和耐药性儿童癌症上,而其他机构的研究人员则将目光集中在原发性、转移性和耐药性成人肿瘤。

图:HTAN是对此前和正在进行的大规模癌症基因组计划的补充。来源:Cell

在诊断出恶性肿瘤之前,癌症发展的根源就已经存在。基于此,研究人员认为通过剖析肿瘤的相关特征来梳理这一发展轨迹的细节,包括肿瘤形态、基因组学、表观遗传调控因子、肿瘤微环境,甚至可能转变为癌症的非癌组织。其中,人们对了解癌变前样本的早期变化越来越感兴趣。HTAN团队中,来自癌前图谱试验项目(Pre-Cancer Atlas PilotProject)的研究人员和五个参与研究的HTAN中心将集中于癌症前研究。

同时,该项目还将专注于成熟的癌症细胞研究。这些癌症细胞对治疗没有反应,或者在最初的治疗后产生了耐药性。研究人员表示,在此过程中,HTAN项目将建立一种临床、实验、计算和组织框架,为多种癌症类型生成癌症转化3D图谱。除可以利用该图谱更好地理解癌症生物学和治疗策略的潜力之外,HTAN数据集还可能有助于提升癌症诊断和监测方法。

图:HTAN将对肿瘤生物学和医学产生深远影响。来源:Cell

文章第一作者、通讯作者,Broad和MIT的癌症研究人员Aviv Regev表示:“该研究补充了正在进行的绘制健康器官和以单个时间点进行批量测序为重点的大规模癌症基因组学方法所做工作的努力。生成单细胞、多参数、纵向图谱并将其与临床结果整合在一起,应有助于鉴定新的预测性生物标志物和肿瘤特征,以及分析与治疗相关的细胞类型、细胞状态和癌变过程的细胞相互作用。”

HTAN项目的协作性质将在科学界建立一个整合研究和数据的模型。该网络将提供协议、软件和最佳实践指南,以促进技术的开发和部署。这些技术以及获得的肿瘤图谱将对了解人类肿瘤研究产生深远影响,并具有改善癌症检测、预防和治疗方法的潜力,以更好地对癌症患者和处于癌症风险中的患者进行精准干预和治疗。

参考资料:

1. The Human Tumor Atlas Network: ChartingTumor Transitions across Space and Time at Single-Cell Resolution. 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.03.053
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30346-9
2. HTAN计划
https://humantumoratlas.org/
https://www.cancer.gov/research/key-initiatives/moonshot-cancer-initiative/implementation/human-tumor-atlas
3. Human Tumor Atlas Network Team SharesStrategy for Tracking Tumor Transitions
https://www.genomeweb.com/sequencing/human-tumor-atlas-network-team-shares-strategy-tracking-tumor-transitions#.Xplzw_03vIW
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本文由 测序中国 作者:白云 发表,转载请注明来源!

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