Day9：Distinct molecular profiles drive multifaceted characteristics of colorectal cancer metastat…
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title:Distinct molecular profiles drive multifaceted characteristics of colorectal cancer metastatic seeds
author:
time:2024/03/19
journal: J Exp Med (IF=15.4)
Objective:
原发肿瘤的转移仍然是早期诊断和预防的挑战。原发性肿瘤内具有转移能力的克隆的细胞特性和分子驱动因素仍不清楚。
Results:
fig1a：体细胞单核苷酸变异 (SNV) 分析表明，大多数 CRC 相关体细胞突变出现在混合的 PDCC 和 SCPDCC 系中。三个分别是三个患者。
fig1b: 三个病人中, the root SNVs ：54.0%, 53.5%, and 80.0%; the shared SNVs ： 39.0%, 41.7%, and 12.5%; and the private SNVs ： 5.7%, 4.5%, and 7.7%.
fig1c:亲代肿瘤中的大多数拷贝数改变 (CNA) 在混合的 PDCC 和 SC-PDCC 系中得到了很好的保存。然而，每个 SC-PDCC 系中都发生了不同的体细胞突变、扩增和缺失（怎么从图看出），这代表了每个 SC-PDCC 系的内在分子特征及其瘤内异质性。（不明确Pooled PDCC和sc-PDCC上怎么区分来着）
fig1d: SC-PDCC的rna-seq 降维结果
fig1e: 共有聚类基因的 GOEA。每列代表 P1 的 SC-PDCC 样本，样本根据前 1,000 个高度变异的基因进行分组。
这些数据表明，从原发性 CRC 肿瘤中捕获了多种 SC-PDCC 系，这些细胞表现出基因组和转录异质性，尽管培养条件和扩增过程可能有利于某些细胞类型和/或可能导致某些细胞类型发生变化。
fig2a: the invasive capability of SC-PDCC lines using the Transwell cell invasion assay
fig2b: 接下来，使用免疫缺陷 NSG (NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1) 小鼠进行了肺转移的尾静脉注射测定和肝转移的脾内注射测定去评估 P1 和 P3 的高侵袭性和低侵袭性 SC-PDCC 系的转移潜力。
fig2c:在脾内注射后23-26周，中度和高侵袭性SC-PDCC系从P3开始产生的肝转移率（25-40%）比低侵袭性SC-PDCC系（0%）高得多。
The existence of specific metastasis-driver alterations has long been a contentious and unresolved issue.
fig3a: 在 P1 的高度转移 SC-PDCC 系中鉴定出 14 个共享的非同义突变基因 （这里如何界定共享基因？）
fig3b: 作者比较了具有高转移潜力和低转移潜力的 SC-PDCC 系的遗传特征，发现在相同的原发性肿瘤（P1 和 P3）中，与低转移性 SC-PDCC （P2）系相比，高转移性 SC-PDCC 系并未表现出体细胞突变负担增加。
作者认为至少在某些情况下，个性化基因突变和 CNA，而不是突变负担，决定了克隆进化过程中转移潜力的发生。
fig3c: 作者评估了转移种子是否在转录和蛋白质水平上具有独特的分子特征，从而赋予它们在人类原发性肿瘤中的转移潜力。 PCA 图清楚地将 P1 和 P3 的高转移 SCPDCC 系和低转移 SCPDCC 系分别分为两组
fig3d:根据转移高低计算差异基因并富集分析 (GSEA) 鉴定出 P1 期高转移 SC-PDCC 系中以下生物过程的显着富集：EMT、细胞迁移、组织迁移、配体、受体、血管内皮细胞 (EC) 增殖、上皮细胞增殖、间充质发育、细胞趋化性、KRAS 信号传导、细胞粘附和细胞外基质结构成分
fig3e: 使用isobaric tandem mass tags (TMT) 对 P1 SC-PDCC 系进行了全局蛋白质组学分析，以验证与转移相关的基因的蛋白质水平表达（表 S2）。作者研究了具有差异表达趋势（P < 0.1）的 mRNA 在具有高和低 P1 转移潜力的 SC-PDCC 系中是否也在蛋白质水平上表现出一致的变化，结果显示显著正相关。
fig3f：差异蛋白做富集分析，GSEA 表明 P1 期高转移性 SC-PDCC 系中与血管生成、整合素结合、上皮发育和细胞-基质粘附负调节相关的通路显着富集
fig4a： 接下来作者想研究是否可以从这些具有不同转移潜力的 SC-PDCC 系中识别出转移特征，以捕获原发性 CRC 肿瘤的转移潜力。为了确认这些转移特征在体内的有效性，仅分析了通过尾静脉注射小鼠模型验证的 SC-PDCC 系。通过分析 P1 和 P3 的高转移 SC-PDCC 系和低转移 SC-PDCC 系之间的重叠 DEG，我们鉴定了由 58 个上调基因和 23 个下调基因组成的转移基因特征，这些基因在 P1 和 P3 的高转移 SC-PDCC 系之间共享。UMAP图显示 11,608 个癌细胞中上调和下调基因特征的分布一致。（这里用的是public data）
fig4b: CRC转移细胞的转移特征显着高于 CRC非转移 细胞
fig4c-d: High-scoring细胞在 CRC.M 中显着富集（P < 0.0001，Fisher 检验）
fig4e： 作者对另外的大量 RNA-seq 数据的分析证实，有转移的原发性 CRC 的特征显着高于无转移的原发性 CRC
fig4f: the Transwell cell invasion assay证明敲低 SAMHD1、AKR1C1 和 NAMPT 或过表达 SPINK4 和 EPHB3 显著降低了侵袭能力
fig4g：Western blot分析清楚地表明EPHB3蛋白在低转移SC-PDCC系（P1SC27）中高表达，但在三个高转移SC-PDCC系中不表达
fig4h：验证了 EPHB3 在这种低转移 SC-PDCC 细胞系中的功能，发现敲除 EPHB3 显着增强了其转移潜力
fig4I：从P1高转移潜能系的上调和下调基因中发现了几个新的潜在转移相关基因（即GULP1、PCBP3、DDIT4L、AMPD3、ARHGAP4、SYNGR3、PPP1R3E和ZNF25），这些基因对不良的临床预后有显着影响。
fig5a: GSEA 分析显示，具有特定肺转移倾向的 P1 高转移 SC-PDCC 系（肺转移系，SC-PDCC 7# 和 23#）的受体和配体基因表达均显著高于 P3 高转移 SC-PDCC具有特定肝转移倾向的细胞系（肝转移细胞系，SC-PDCC 11# 和 22#）
fig5b: 对肺转移系和肝转移系中表达的受体和配体的功能富集分析表明，尽管它们具有不同的基因表达谱，但它们的配体基因涉及的通路具有高度共享性，而涉及其受体的通路则存在高度共享。
fig5c : 肺转移细胞系比肝转移细胞系与肺组织中的细胞类型更好地沟通
fig5d： 所有这些都可以激活毛细血管内皮细胞表面表达的受体BMPR2、AQP1、CD36、ENG和PTPRB
fig5e：通过对公开数据集的分析，验证了配体基因中的 EFEMP2、COL1A2、TGFB1 和 PTN 在 CRC 肺转移中的表达显著高于 CRC 肝转移
fig6a：通过结合组织病理学评估和 MUC2（一种指示分化状态的杯状细胞特异性标记物）阳性或阴性，将表型分类为分化良好或分化不良
fig6b：作者分析了基因表达水平以评估分化状态。分化差的 3D ALI PDO 样本与 P1 中的原始 2D SC-PDCC 系聚集在一起，而 P1、P2 和 P3 的分化良好组的 3D 和 2D 样本具有不同的集群，这表明低分化组与其 2D SC-PDCC 系具有相似的基因表达谱，而高分化组则具有不同的基因表达谱。
fig6c-d：高分化组的DEG富含与细胞分化相关的信号通路
fig6e: 使用 scRNA-seq 对从低分化 ALI PDO（P1SC17 和 P1SC23）和高分化 ALI PDO（P1SC27 和 P1SC3）分离的 30,304 个细胞进行单细胞水平的细胞周期阶段分析，评估了分化状态，确定了代表循环细胞的七个簇和包含非循环细胞的八个簇
fig6f-g：低分化的ALI PDO中循环细胞的比例较高，而高分化的ALI PDO中非循环细胞的比例较高
fig6h-i：目前尚不清楚转移细胞是否比原发癌细胞本身对化疗具有更强的抵抗力，所以作者使用常用化疗药物 5-氟尿嘧啶 (5-FU) 比较了原发性 CRC 中高转移性和低转移性 SCPDCC 系的化疗反应（IC50），发现源自 P1、P2 和 P3 的 SC-PDCC 系对 5-FU 的反应表现出显著差异。
fig6j：为了验证对5-FU的反应，我们进行了PDCC colony counting。
fig7a：根据 SC-PDCC 系的 SNV 数据探索了 P1、P2 和 P3 原发肿瘤内转移种子的克隆进化
fig7b-c: 根据 P1、P2 和 P3 中的基因表达谱预测不同表型 SC-PDCC 系与临床预后之间的关系, 在P3，高转移SCPDCC株系的存活概率显著低于低转移株系，p1不明显 （这里做生存分析的样本是？一个样本有这么多转折点吗?）
fig7d: 在 P1 中，与分化良好的 SC-PDCC 系相比，低分化的 SC-PDCC 系表现出显著较低的生存概率
fig7e-g：5-FU 耐药 SC-PDCC 系和 5-FU 之间的生存概率没有显著差异
fig7h-i：特别是在 P1 中，多功能 SC-PDCC 系的存活概率显著低于单功能系（7H）和zero-function系（7I）。（这个zero-function怎么定义的）
Summary：
构建了一个更全面、更多样化的原发性肿瘤转移种子图谱。
研究结果强调了转移种子的肿瘤间和肿瘤内异质性（好像也没有评价指标），其特征在于其转移器官、分化潜力、化学反应和进化轨迹。
确定了与转移潜力相关的遗传和分子特征，以及可用于捕获原发性结直肠癌肿瘤转移潜力的转移特征。
Data:
使用患者的肿瘤组织做了2D 3D的类器官模型，并测序colon，转录组
构建10–16 single cell–derived clonal cell lines
Sth to learn:
测序了样本本身，癌旁，pooled PDCC，SC-PDCC
RNAseq也可以分析受体配体之间关系
MUC2 (a goblet cellspecific marker to indicate the differentiation status)
克隆进化
做了很多分析：转移器官、分化潜力、化学反应和进化轨迹，也是一个bulk和singlecell的结合分析
为什么可以用三个样本做到这些？？
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