témavezető: Csermely Péter
helyszín (magyar oldal): Semmelweis Egyetem helyszín rövidítés: SE
A kutatási téma leírása:
Háttér
Az epiteliális-mezenchimális tranzíció (EMT) egy reverzibilis és dinamikus sejtbiológiai folyamat, amelynek során az epiteliális (E) sejtek fokozatosan elveszítik integritásukat és polaritásukat, ezáltal többek között a morfológiájukban eltérő és agresszívebb tulajdonságú mezenchimális (M) fenotípusú sejtekké alakulnak. Az EMT számos fiziológiás folyamatban (pl. embrionális morfogenezis, sebgyógyulás) jelentős szereppel bír, azonban a szolid daganatok progresszióját és áttétképzését is e folyamat segíti elő. A daganatsejtek plaszticitása az EMT-programmal kapcsolatosan is megmutatkozik, hiszen az ellentétes irányú folyamat (mezenchimális-epiteliális tranzíció – MET) is helyet kap a metasztázisképzés során. További fontos jellemző, hogy az EMT nem csupán két, egymástól jól elkülöníthető fenotípust eredményezhet, hanem kevert tulajdonságú intermedier, ún. hibrid-E/M állapotú tumorsejtek is megjelennek a részleges tranzíció során. A dinamikus EMT/MET-program vezénylésében kiemelt szerepe van a tumor mikrokörnyezetének, az EMT-regulátor transzkripciós faktoroknak, amelyek mellett epigenetikai szabályozók által is finomhangolható az EMT.
Az EMT- és az azzal ellentétes MET-program lejátszódásával tehát a daganatsejtnek az epiteliálistól a hibrid-E/M intermedier állapotokon át a mezenchimális fenotípusig tartó skálán dinamikusan képesek változni a fenotípusukban, amelynek nemcsak a sejtmorfológiát, hanem jelentős sejtfunkciókat érintő következményei is vannak. Az E sejtek proliferációja, apoptotikus aktivitása és gyógyszer-érzékenysége jellemzően a magasfokú, éppen ellentétesen az invazívabb M tumorsejtekkel. Az M tumorsejtek jellemzően gyógyszer-rezisztenciát mutatnak, valamint képesek elkerülni az immunrendszer általi eliminációt is. A hibrid-E/M állapotokra jellemző leginkább az őssejtszerű tulajdonság, a legjelentősebb tumorképző képesség és a környezeti változásokhoz való adaptálódási képesség. Az egyes állapotokat érintő átmenetek a sejtek alakjában is megmutatkoznak, hiszen az EMT során a sejtek fokozatos veszítik el a sejt-sejt, valamint a sejt-mátrix kapcsolataikat. Emellett az E sejtekre jellemző apikobazális polaritás is elvész, amelyhez a citoszkeleton átrendeződése is hozzájárul, növelve az M sejtek migrációs és inváziós aktivitását is.
Az EMT-állapot meghatározása jelenleg főként EMT-markerek gén- és fehérjeexpressziós mérésével történik, azonban ez sok esetben nem tesz lehetővé élő sejtekkel történő vizsgálatokat. A ma ismert, 85 konvencionális EMT-marker panelszintű mérése egyrészről erőforrásigényes, másrészről az ezeken alapuló EMT-pontszám kiértékelése nem kellőképpen konszenzuális és kiforrott elvek mentén történik. Ezen kívül a szakirodalomban fellelhető néhány módszer, amely a daganatsejtek morfológiáját veszi alapul a EMT-státusz meghatározásához, azonban ezen metódusok jellemzően költséges, multiplex immunfluoreszcens módszerekkel kapcsoltak. Az áramlási citométerrel végzett EMT-besorolás hátránya, hogy archív szöveti minták vizsgálatát nem teszi lehetővé, valamint a hibrid-E/M populációk detektálása szempontjából is korlátozott.
Célkitűzés
A PhD-kutatás célja az EMT átfogó kvantitatív analízise, amely az alábbi fő módszerekből tevődik össze. A képzés keretében kidolgozásra kerül egy olyan gépi tanuláson alapuló képfeldolgozó módszer, amely képes a fénymikroszkópos felvételeken szereplő sejtek szegmentációjára, és az azt követő morfometriai mérésekre. Ezzel a módszerrel a vizsgálni kívánt in vitro sejtvonalak életben maradnak, amely lehetővé teszi a velük végzett egyidejű, párhuzamos kísérletek elvégzését és hosszútávú nyomonkövetését. Ennek alapján megalkotásra kerülhet egy olyan modell, amely a sejtmorfológia és a kísérleti eredmények együttes értelmezése révén feltárja a közöttük lévő összefüggéseket. Azaz rámutathat, hogy a sejtmorfológiában tapasztalt változások miként jelzik a sejtek viselkedésében bekövetkező változásokat. Összességében, a modell létrehozása hozzásegíthet a sejtek EMT-skálán való pontosabb besorolásához. Továbbá nagyban segítheti a sejteken végzett,
EMT-t célzó kísérletek során fellépő EMT-státuszt érintő változások detektálását, így segítve új gyógyszercélpontok felkutatását.
Feladatok
• Gépi tanuláson alapuló képfeldolgozó és morfometriai elemzésre alkalmas algoritmus implementálása, amelynek szükséges lépései a következők:
o Fénymikroszkópos felvételek előfeldolgozása.
o Neurális háló alapú szegmentációs módszer fejlesztése/implementálása.
o Különböző morfometriai leírók mérése, tesztelése a vizsgált sejteken.
o Objektív klaszterező módszer alkalmazása – az egyes EMT-fenotípusok elkülönítése a populációban, illetve a populációk között.
• Az EMT által befolyásolt fő sejtfunkciók kísérletes mérése:
o EMT-indukció in vitro daganatos sejtvonalakon.
o Sejtviabilitás, -proliferáció, gyógyszer-rezisztencia mérése.
o Migrációs, inváziós aktivitás meghatározása.
o Gén- és fehérjeexpresszió mérése.
• A sejtalaktani mérések és a kísérletekből származó eredmények összevetése; korreláció keresése:
o EMT-skála definiálása; a vizsgált sejtvonalak "EMT-pontszámának" a meghatározása.
o Modell felírása az EMT során bekövetkező morfológiai és funkcionális változások összefüggéseire.
o Validáció: ismert és saját hipotetikus EMT-célpontokkal történő kísérletek a sejtek fenotípus változásának monitorozása mellett.
Bejelentkezés
