Un nouveau modèle pourrait accélérer la recherche sur le cancer du côlon
En utilisant le système d'édition de gènes connu sous le nom de CRISPR, les chercheurs de MIT ont montré chez la souris qu'ils peuvent générer des tumeurs du colon qui ressemblent très bien aux tumeurs humaines. Cette avance devrait aider les scientifiques à apprendre plus sur la progression de la maladie et à leur permettre de tester de nouvelles thérapies.
Une fois formé, beaucoup de ces tumeurs expérimentales se propagent au foie, tout comme les cancers du côlon humain le font souvent. Ces métastases sont la cause la plus fréquente de décès par cancer du côlon.
"Cela a été une pièce manquante dans l'étude du cancer du côlon. Il n'existe vraiment aucune méthode fiable pour récapituler la progression métastatique d'une tumeur primaire dans le côlon au foie", explique Omer Yilmaz, un professeur adjoint MIT de biologie, membre de L'Institut Koch du MIT pour la recherche intégrée sur le cancer, et l'auteur principal de l'étude, qui apparaît dans Nature Biotechnology.
L'étude s'appuie sur les travaux récents de Tyler Jacks, le directeur de l'Institut Koch, qui a également utilisé CRISPR pour générer des tumeurs pulmonaires et hépatiques chez la souris.
"Les technologies basées sur CRISPR ont commencé à révolutionner de nombreux aspects de la recherche sur le cancer, y compris la construction de modèles de souris de la maladie avec une plus grande vitesse et une plus grande précision. Cette étude est un bon exemple des deux", explique Jacks, qui sont également l'auteur de la Nature Document de biotechnologie.
Les auteurs principaux du document sont Jatin Roper, affilié à la recherche au Koch Institute et gastro-entérologue au Tufts Medical Center, et Tuomas Tammela, chercheur scientifique à l'Institut Koch.
Imiter les tumeurs humaines
Depuis de nombreuses années, les biologistes du cancer ont adopté deux approches distinctes pour la modélisation du cancer. L'une consiste à développer des cellules cancéreuses humaines immortalisées connues sous le nom de lignées cellulaires cancéreuses dans un plat de laboratoire. «Nous avons appris beaucoup en étudiant ces lignes cellulaires bidimensionnelles, mais elles ont des limites», dit Yilmaz. "Ils ne reproduisent pas vraiment l'environnement complexe in vivo d'une tumeur".
Une autre technique largement utilisée englobe génétiquement des souris avec des mutations qui les prédisposent à développer un cancer. Cependant, il peut prendre des années pour élever de telles souris, surtout si elles ont plus d'une mutation liée au cancer.
Récemment, les chercheurs ont commencé à utiliser CRISPR pour générer des modèles de cancer. CRISPR, découverte à l'origine par des biologistes qui étudient le système immunitaire bactérien, se compose d'une enzyme de coupe d'ADN appelée Cas9 et de brins de guide d'ARN courts qui ciblent des séquences spécifiques du génome, ce qui explique à Cas9 où faire ses coupures. À l'aide de ce processus, les scientifiques peuvent faire des mutations ciblées dans les génomes des animaux vivants, soit en supprimant des gènes ou en insérant de nouveaux.
Pour induire des mutations cancéreuses, les enquêteurs forment les gènes de Cas9 et le fil de guide d'ARN dans des virus appelés lentivirus, qui sont ensuite injectés dans les organes cibles de souris adultes.
Yilmaz, qui étudie le cancer du côlon et son influence par les gènes, l'alimentation et le vieillissement, a décidé d'adapter cette approche pour générer des tumeurs du colon chez la souris. Lui et les membres de son laboratoire travaillaient déjà sur une technique pour développer des tissus miniatures connus sous le nom d'organoïdes - des croisements tridimensionnels qui, dans ce cas, répliquent avec précision la structure du côlon.
Dans le nouveau document, les chercheurs ont utilisé le CRISPR pour introduire des mutations cancéreuses dans les organoïdes et ensuite les livré par coloscopie au côlon, où ils se sont attachés à la doublure et formé des tumeurs.
"Nous avons réussi à transplanter ces tumeurs mini-intestinales 3-D dans le côlon de souris récipiendaires et à récapituler de nombreux aspects de la maladie humaine", a déclaré Yilmaz.
Modélisation plus précise
Une fois que les tumeurs sont établies chez les souris, les chercheurs peuvent introduire des mutations supplémentaires à tout moment, leur permettant d'étudier l'influence de chaque mutation sur l'initiation, la progression et la métastase de la tumeur.
Il y a près de 30 ans, les scientifiques ont découvert que les tumeurs du colon chez les humains acquièrent habituellement des mutations cancéreuses dans un ordre particulier, mais elles n'ont pas été en mesure de modeler avec précision ces souris jusqu'à maintenant.
"Chez les patients humains, les mutations ne se produisent jamais tout à la fois", dit Tammela. "Les mutations sont acquises au fil du temps à mesure que la tumeur progresse et devient plus agressive, plus invasive et plus métastatique. Maintenant, nous pouvons modeler cela chez la souris".
Pour démontrer cette capacité, l'équipe MIT a livré des organoïdes avec une forme mutée du gène APC, qui est la mutation initiatrice du cancer chez 80% des patients atteints de cancer du côlon. Une fois que les tumeurs ont été établies, elles ont introduit une forme mutée de KRAS, qui se trouve couramment dans le côlon et beaucoup d'autres cancers.
Les scientifiques ont également livré des composantes du système CRISPR directement dans le mur du colon pour modeler rapidement le cancer du côlon en éditant le gène APC. Ils ont ensuite ajouté des composants CRISPR pour modifier également le gène pour P53, qui est communément muté dans le côlon et d'autres cancers.
«Ces nouvelles approches réduisent le délai pour développer des souris génétiquement modifiées de deux ans à quelques mois et impliquent une ingénierie génétique très basique avec CRISPR», explique Roper. "Nous avons utilisé P53 et KRAS pour démontrer le principe que l'approche d'édition CRISPR et l'approche de transplantation organoïde peuvent être utilisés pour modeler très rapidement tout gène possible associé au cancer. "Dans cette étude, les chercheurs ont également montré qu'ils pouvaient cultiver des cellules tumorales des patients dans des organoïdes qui pourraient être transplantés chez la souris. Cela pourrait donner aux médecins un moyen d'effectuer une «médecine personnalisée» dans laquelle ils testent diverses options de traitement contre les cellules tumorales d'un patient. Le laboratoire de Yilmaz utilise maintenant ces techniques pour étudier comment d'autres facteurs tels que le métabolisme, l'alimentation et le vieillissement influencent le cancer du côlon Les chercheurs utilisent également cette approche pour tester de nouveaux médicaments potentiels contre le cancer du côlon.
