Di bawah mikroskop, para ilmuwan MSK mempelajari bagaimana sel-sel dalam embrio tikus (hijau) bergerak keluar dan melepaskan diri dari jaringan aslinya dengan mengerutkan permukaannya (merah). Mempelajari proses ini, yang dikenal sebagai transisi epithelial-to-mesenchymal (EMT), dalam konteks perkembangan dapat membantu menjelaskan EMT dalam metastasis kanker. Kredit: Lab Hadjantonakis
Kemampuan kanker untuk menyebar ke seluruh tubuh—suatu proses yang dikenal sebagai metastasis—bertanggung jawab atas sebagian besar kematian akibat kanker. Dan fitur utama dari metastasis adalah sel kanker bergerak, melepaskan diri dari tumor primer dan berpindah ke bagian tubuh yang jauh.
Namun, sebagian besar waktu, sel-sel dalam tubuh kita tetap diam. Jadi, untuk lebih memahami bagaimana sel terpisah dari jaringan, para ilmuwan di Memorial Sloan Kettering Cancer Center (MSK) memusatkan perhatian mereka pada salah satu konteks langka ketika sel bergerak sedikit: perkembangan embrionik.
Penelitian baru dari lab Anna-Katerina “Kat” Hadjantonakis, Ph.D., ini menggunakan mikroskop time-lapse beresolusi tinggi untuk lebih memahami bagaimana sel yang sedang berkembang melepaskan diri dari jaringan asalnya selama proses yang disebut epithelial-to- transisi mesenchymal (EMT). Seiring dengan menjadi bagian mendasar dari perkembangan, EMT adalah ciri khas metastasis kanker, dan mempelajari proses dalam konteks perkembangan juga dapat membantu menjelaskan perannya dalam kanker.
Studi ini menunjukkan untuk pertama kalinya secara rinci bagaimana sel memulai gerakan memisahkan diri ini—menangkap bagaimana mereka keluar dari jaringan dengan mengontraksikan permukaannya dan mengubah bentuknya, bersama dengan mengidentifikasi protein kunci yang terlibat dalam proses tersebut. Temuan ini dipublikasikan 10 Mei di eLife.
“Kita tahu bahwa sel kanker sering membajak program perkembangan untuk menyebar ke seluruh tubuh,” kata Dr. Hadjantonakis, Ketua Program Biologi Perkembangan di Institut Sloan Kettering, pusat penelitian biologi dasar di MSK. “Itulah mengapa masuk akal untuk memiliki program penelitian biologi perkembangan di dalam pusat kanker seperti MSK. Memahami dengan tepat bagaimana program ini bekerja pada sel sehat normal juga dapat memberi tahu kita banyak hal tentang apa yang terjadi pada penyakit.”
Mengatasi tantangan untuk mempelajari pergerakan sel selama perkembangan embrio
Selama lebih dari setengah dekade, ilmuwan peneliti senior Alexandre Francou, Ph.D., telah mengerjakan teka-teki untuk mengkarakterisasi perilaku sel saat mereka melepaskan diri dari tetangganya untuk bergerak ke seluruh embrio.
“Ini cukup menantang. Ada banyak kendala teknis yang harus diatasi,” kata Dr. Francou, penulis pertama studi eLife. Sebelum bergabung dengan Lab Hadjantonakis, dia adalah seorang peneliti di lab rekan penulis studi Kathryn V. Anderson, Ph.D., mantan Ketua Program Biologi Perkembangan, yang meninggal pada tahun 2020.
Dr. Francou menempatkan EMT di bawah mikroskop, secara harfiah dan kiasan. Ini adalah proses di mana sel-sel epitel, seperti yang melapisi permukaan internal dan eksternal tubuh kita (pikirkan sel kulit, tetapi juga lapisan usus dan paru-paru kita) berubah menjadi sel mesenchymal (sel bergerak yang penting untuk membangun struktur kompleks). selama pengembangan, dan kemudian untuk penyembuhan luka dan regenerasi jaringan).
Untuk berubah menjadi versi yang lebih mobile dari diri mereka sendiri, sel epitel harus kehilangan beberapa sifat yang sangat penting. Ini termasuk kemampuan untuk tetap dekat dengan tetangganya — yang sangat membantu untuk menciptakan permukaan yang berkesinambungan, seperti kulit. Juga, sel-sel epitel memiliki orientasi yang ditentukan (disebut polaritas) sehingga bagian-bagian sel yang berinteraksi dengan dunia berada di satu sisi (sisi kulit yang menghadap ke luar atau sisi usus yang menyerap nutrisi, misalnya), sedangkan bagian yang menambatkan sel ke jaringan di bawahnya berada di sisi yang berlawanan, menghadap ke dalam.
EMT yang dipelajari para peneliti terjadi di awal perkembangan embrio selama proses yang disebut gastrulasi—yaitu ketika sel-sel yang berasal dari lapisan epitel pecah dan bergerak di sekitar embrio, untuk kemudian membentuk semua organ dan jaringan yang berbeda.
Para peneliti membuat film selang waktu dari proses EMT ini pada embrio tikus. Model mamalia eksperimental ini lebih menyerupai perkembangan manusia daripada model yang lebih sederhana seperti lalat buah dan embrio ayam, yang telah digunakan di masa lalu. Tetapi model tikus datang dengan tantangannya sendiri, catat Dr. Francou.
“Dalam model-model lain, sel-sel yang menjalani EMT berada di permukaan embrio, dan dengan demikian dapat diakses langsung untuk pencitraan,” katanya. “Dalam model tikus, sel-sel ini bersifat internal, dikaburkan oleh beberapa lapisan sel, dan sulit diakses dengan mikroskop. Selain itu, prosesnya juga terjadi sebagai peristiwa yang terisolasi, seperti yang kami duga terjadi pada metastasis kanker, daripada semuanya bersama-sama.” melintasi jaringan seperti pada model lalat buah.”
Jadi, Dr. Francou harus gigih. Dia menggunakan model tikus yang direkayasa secara genetik di mana probe fluoresen dilekatkan pada protein yang diminati di membran sel. Ini memungkinkan untuk memvisualisasikan permukaan sel dan bentuknya menggunakan mikroskop resolusi tinggi. Dan dia menggabungkan pendekatan ini dengan peranti lunak yang canggih untuk dapat menganalisis dan mengukur perubahan dalam sel.
“Ada banyak hal yang terjadi di dalam sel-sel ini,” kata Dr. Francou. “Mereka menyempit di satu sisi, memanjang di sisi lain, mengubah bentuknya, dan terlepas dari tetangganya saat mereka meninggalkan jaringan.”
Secara keseluruhan, penelitian ini memberikan pemahaman baru tentang mekanisme molekuler yang mendasari proses EMT pada mamalia. Ditemukan bahwa untuk melepaskan diri dari jaringan asalnya, sel berkontraksi dalam serangkaian pulsa seperti ratchet.
“Anda mungkin menganggapnya seperti mengencangkan ikat pinggang,” kata Dr. Hadjantonakis. “Kontraksi ini terjadi dengan cara yang serupa secara bertahap.”
Dan penelitian tersebut menunjukkan bahwa dua kelompok protein yang penting untuk melestarikan arsitektur sel didistribusikan secara tidak merata di permukaannya, dan memainkan peran penting dalam kontraksinya, yang memungkinkan pelepasannya dari jaringan.
Para peneliti juga dapat mengidentifikasi kesamaan dan perbedaan utama dalam proses yang terjadi pada embrio mamalia, dibandingkan dengan model embrio lalat buah invertebrata.
Bagaimana mempelajari perkembangan EMT dapat mengajari kita tentang metastasis kanker
Mempelajari EMT perkembangan mungkin menawarkan petunjuk baru untuk mencegah metastasis kanker, catat para peneliti.
“Gagasan besarnya adalah bahwa memahami proses dasar yang biasanya terjadi selama perkembangan saat sel bergerak, dan saat organ dan jaringan dibangun, tidak hanya membantu kita memahami cetak biru kehidupan, tetapi juga memberi kita wawasan tentang penyakit dan menunjukkan cara baru untuk menyerang perkembangan mematikan kanker menjadi metastasis,” kata Dr. Hadjantonakis.
“Misalnya,” tambahnya, “jika kita mengetahui bahwa protein spesifik diperlukan untuk membantu sel melepaskan diri dari tetangganya sebelum bergerak ke seluruh tubuh dan membentuk metastasis, maka menemukan cara untuk memblokir atau mengganggu protein tersebut secara lokal dapat menawarkan potensi strategi untuk mencegah sel kanker menyebar.”
Mendedikasikan studi untuk Dr. Anderson, rekan-rekannya menulis, “Kathryn mengagumi tontonan gastrulasi mamalia, dan mengenali wawasan yang akan dibawa oleh genetika dan pencitraan.”
Informasi lebih lanjut: Alexandre Francou et al, Penyempitan apikal seperti ratchet mendorong masuknya sel selama gastrulasi tikus EMT, eLife (2023). DOI: 10.7554/eLife.84019
Informasi jurnal: eLife Disediakan oleh Memorial Sloan Kettering Cancer Center
Kutipan: Langkah yang tepat: Bagaimana mempelajari pergerakan sel selama perkembangan embrionik dapat menawarkan wawasan baru tentang metastasis kanker (2023, 10 Mei) diambil 10 Mei 2023 dari https://medicalxpress.com/news/2023-05-cell-movement-embryonic -insights-cancer.html
Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.