Single cell sequencing: ‘inzoomen’ op individuele cellen in de tumor

Alle cellen in een tumor verschillen enorm in hun functie, gedrag en genetische blauwdruk. Single cell sequencing is een techniek die kijkt naar welke genen actief zijn om zo verschillende soorten cellen binnen een weefsel te herkennen. De technologie wordt inmiddels veel gebruikt in het Máxima, zowel in tumoren als bij het bestuderen van weefsel in de embryonale ontwikkeling.

Met single cell sequencing kunnen onderzoekers bepalen uit welke voorlopercellen een tumor is ontstaan. Door ze te vergelijken met gezonde cellen kunnen uiteindelijk nieuwe therapieën worden ontwikkeld. Marc van de Wetering, senior onderzoeker in de Clevers groep: ‘Kinderkanker is eigenlijk een ontwikkelingsstoornis, waarbij cellen in een stadium van groei na de bevruchting blijven hangen. Single cell sequencing stelt ons beter in staat om erachter te komen welk stadium dat precies is.’

‘Atlas’ op hoge resolutie
Onderzoekers in de groepen van Hans Clevers en Jan Molenaar zetten de single cell sequencing in bij hun zoektocht naar de oorsprong van neuroblastoom. Clevers en collega’s maakten een ‘atlas’ op hoge resolutie van de ontwikkelende bijnier, het orgaan waarin de meeste gevallen van neuroblastoom ontstaan. Ze analyseerden de genactiviteit van bijnieren in muizenembryo’s, in verschillende fases van de ontwikkeling. Ook vergeleken ze het nieuwe, gedetailleerde beeld van de normale ontwikkeling met tumorweefsel van kinderen met neuroblastoom.

Van de Wetering: ‘We vonden een groepje cellen in de zich ontwikkelende bijnier die sterk overeenkomt met cellen in neuroblastoom. En belangrijk: het profiel van genactiviteit in deze cellen heeft een relatie met de prognose van de kinderen. Dit biedt dus aanknopingspunten voor nieuwe diagnostische tests of therapieën. Ook willen we met deze cellen mini-tumoren kweken voor verder onderzoek naar manieren om de groei van neuroblastoom te stoppen.’

Gemeenschappelijke voorouder
Jan Molenaar bekeek in samenwerking met het Wellcome Sanger Institute in Engeland de ontwikkeling van neuroblastoom met behulp van single cell sequencing. De focus van deze studie lag echter bij patiënten met verschillende prognoses. Molenaar: ‘Verrassend genoeg zagen we een overkoepelend celtype bij alle patiënten met neuroblastoom, ondanks de grote verschillen in hun ziektebeeld. Dit celtype, de zogenoemde sympathoblast, is eigenlijk de gemeenschappelijke voorouder van elk neuroblastoom. Deze kennis leidt tot beter begrip van het ontstaan van de ziekte, en hopelijk uiteindelijk tot een betere behandeling.’

DNA-streepjescodes
In hun onderzoek naar de oorsprong van een zeer agressieve vorm van kinderkanker, maligne rhabdoïde tumor (MRT) genaamd, gebruikten Jarno Drost en collega’s van het Sanger single cell sequencing in combinatie met ‘DNA-streepjescodes’ om de stamboom van deze tumor te achterhalen. Door het genoom van MRT-cellen te analyseren en te vergelijken met die van gezond weefsel van dezelfde patiënten ontdekten ze de zogenoemde ‘cell of origin’, een migrerende voorlopercel waarbij het al tijdens de ontwikkeling van het embryo misgaat door foutjes in het gen SMARCB1.

Ze kweekten vervolgens mini-tumoren van deze cell of origin, om te bekijken welke rol inactivatie van SMARCB1 heeft bij het ontstaan van MRT. Wat bleek: door dit SMARCB1 gen weer aan te zetten leken de tumorcellen weer op gezonde cellen. Drost: ‘Het is ongelooflijk mooi om te zien dat dit mogelijk is. We hebben twee bestaande medicijnen gevonden die de processen aangestuurd door SMARCB1 weer lijken te activeren, dus dit biedt hoop dat we de prognose voor kinderen met MRT in de toekomst kunnen verbeteren.’

Lees meer:

Hanemaaijer, et al. (2021) Single-cell atlas of developing murine adrenal gland reveals relation of Schwann cell precursor signature to neuroblastoma phenotype. PNAS. doi:10.1073/pnas.2022350118

Kildisiute G, Kholosy WM, et al. (2021) Tumor to normal single-cell mRNA comparisons reveal a pan-neuroblastoma cancer cell. Science Advances. doi:10.1126/sciadv.abd3311