Begrijpen van cellulaire heterogeniteit en therapie resistentie van kanker door middel van single cell proteomics

A.     Achtergrond en probleemstelling
Kankercellen zijn niet alleen genetisch verschillend van gezonde cellen, maar ook onderling. Deze cellulaire genetische heterogeniteit wordt gezien als de belangrijkste oorzaak van therapieresistentie. Het zijn echter niet de verschillende mutantgenen dan wel hun RNAs die voor deze resistentie zorgen, maar de eiwitten die door deze genen gecodeerd worden. We weten dat RNA-expressie en eiwitexpressie onvoldoende correleren om op basis van RNA-expressie betrouwbare uitspraken te kunnen doen omtrent eiwitexpressie. In die zin weten we dus nog niet hoe en met behulp van welke eiwitten heterogeniteit leidt to resistentie.

B.     Onderzoeksrichting/voorgestelde oplossing
Om cellulaire heterogeniteit op eiwitniveau te kunnen bepalen hebben wij een nieuwe methode ontwikkeld, single cell proteomics, waarmee we gemiddeld 2000 verschillende eiwitten in een enkele cel kunnen identificeren. Wij willen deze nieuwe methodologie inzetten om cellulaire heterogeniteit op eiwitniveau te gaan bestuderen. Daarmee willen we beter inzicht verkrijgen in de rol van eiwitexpressie in heterogeniteit en deze gaan relateren aan bestaande andere methoden om deze heterogeniteit te bepalen, zoals single cell RNA- en DNAsequencing.

C.     Relevantie
Omdat therapieresistentie gedreven wordt door cellulaire heterogeniteit en eiwitten de functionele component zijn van de cel, zal begrip van de heterogeniteit op eiwitniveau leiden tot de identificatie van de eiwitten die betrokken zijn bij therapieresistentie. Eiwitten zijn de cellulaire entiteit waardoor geneesmiddelen hun werking hebben en dit onderzoek kan dus leiden tot betere identificatie van de eiwitten die door geneesmiddelen moeten worden "aangepakt".
D.     Onderzoeksvragen
Dit is een high risk aanvraag waarbij we organoiden gebruiken als kankermodel om te beantwoorden hoe cellulaire heterogeniteit op eiwitniveau eruit ziet in kanker en welke implicaties kan dit hebben.
E.      Onderzoeksopzet
Als modelsysteem gebruiken we normale colonorganoiden en colonkankerorganoiden. Met onze nieuwe methodiek bepalen we hierin cellulaire heterogeniteit op basis van eiwitexpressie in individuele cellen. Deze vergelijken we met heterogeniteit bepaalddoor middel van RNA-expressie en variatie in DNA. Daarnaast gaan we organoidontwikkeling filmen; wanneer abnormale celdelingen worden waargenomen zullen de dochtercellen gekleurd worden door middel van een fluorfoor (dendra conversie). Daarna bepalen we het proteoom van de dochtercellen om te zien hoe een chromosoomverlies dan wel het verkrijgen van een extra chromosoom de eiwitsamenstelling verandert van de individuele dochtercellen.

F.      Verwachte uitkomsten
De resultaten zullen leiden tot de eerste beschrijving van cellulaire heterogeniteit in kanker op basis van eiwitsamenstelling. Daarnaast zullen we informatie vergaren over hoe verandering in genetische samenstelling als gevolg van foutieve celdeling leidt tot verandering in eiwitsamenstelling en hoe dit relateert tot celoverleving. Verder zullen resultaten inzicht bieden in de relatie RNAvariabiliteit versus eiwitvariabiliteit. 

G.     Omschrijving stappen nodig om resultaat te implementeren
Dit project kan eiwitten identificeren waarmee specifieke celpopulaties in kanker aangepakt kunnen worden. In een vervolgtraject kan het verworven inzicht echter pas vertaald worden naar bijvoorbeeld meer specifieke kankermedicijnen.