听说“类器官”和“单细胞分析”技术比较火，小编也来凑个热闹。最近，NatureCellBiology刊登的题为Quantifyingsingle-cellERKdynamicsincolorectalcancerorganoidsrevealsEGFRasanamplifierofoncogenicMAPKpathwaysignaling的研究，作者团队通过ERK生物传感器EKAREN5监测结肠直肠癌(CRC)类器官中的单细胞ERK水平动态变化，揭示了有致癌突变的MAPK通路信号中，上游的EGFR是关键的信号放大因子。该研究用到了类器官和单细胞分析技术，还涉及了MAPK这条复杂的信号通路。类器官(Organoids)技术：类器官是细胞衍生的体外3D器官模型，可在模拟内源性细胞组织和器官结构的环境中研究生物学过程，例如细胞行为、组织修复以及对药物或突变的反应。重要的是，3D体外模型保留了体内肿瘤的组织病理学特征，包括患者特异性药物反应。类器官是一项重大技术突破，在药物筛选、疾病建模、基因编辑和移植方向的应用都表现出巨大的潜力。
图1.类器官被NatureMethods选为年度最佳方法[一般类器官的建立：多能干细胞(PSC/ASCs)或切碎的组织块在含有细胞外基质(小肠上皮类器官建立可用Lgr5+干细胞代替)和相应器官生长需要的生长因子的3D培养基，即组织特异性的生长微环境中培养，驱动干细胞形成类器官的组织结构。目前已经有多种建立类器官的方法，科研人员已经成功建立了肠道、大脑、胃、肝等多种不同组织的类器官。]
单细胞分析：随着生物学研究的不断深入，细胞间异质性的探讨是必然的趋势，因此，在单细胞水平上基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学和细胞间相互作用的研究越来越重要，单细胞分析如单细胞测序技术、单细胞免疫印迹技术等成了必不可少的研究手段。
图2.pan-HER抑制剂Afatinib作用于MAPK信号通路
MAPK信号通路十分复杂，由于正、负反馈的存在，下游ERK信号动力学表现出振荡(Oscillatory)特质，即脉冲波动。单细胞ERK动态监测肿瘤组织的药物反应有助于我们对靶向治疗反应的认知。而KRAS或BRAF突变CRC肿瘤中，EGFR传导的信号和KRAS和BRAF突变两者诱导的ERK活化动力学仍有疑问，例如两者谁起核心作用，为了探究这个问题，HugoJ.G.Snippert教授的团队用ERK生物传感器检测CRC类器官中的单细胞ERK活性。■监测CRCPDOs中单细胞ERK的药物应答为了了解具有突变的MAPK途径的人类肿瘤中的药物反应，作者团队重新设计了ERK生物传感器EKAREN5来捕获CRCPDOs中单细胞ERK图谱的动态性质。首先，作者团队建立了MAPK通路中包含致癌突变的类器官PDO-KRASG12C、PDO-KRASG12V、PDO-KRASG12D、PDO-NRASQ61H和PDO-BRAFVE以及MAPK通路中没有突变的类器官。并通过MEK抑制剂(Selumetinib)、ERK抑制剂(SCH)以及PMA和大田软海绵酸(Okadaicacid)对传感器进行单细胞ERK活性标准化，便于进行PDO品系之间比较分析。
图3.CRC类器官中单细胞ERK动态揭示了MAPK通路抑制剂处理下细胞间具有异质性
监测PDO-KRASG12V中MEK抑制剂Selumetinib药物应答，在处理前，几乎所有细胞都表现出广泛的ERK自主波动，类似于在健康小鼠小肠类器官中观察到的波动，揭示了野生型/突变型MAPK信号传导的CRCPDOs广泛存在ERK活性振荡。Selumetinib处理后，ERK信号受到抑制，值得注意的是，Selumetinib处理2小时后，发现有少量细胞发生ERK重激活，比之前报道的细胞培养中ERK的重激活要快很多，高浓度的Selumetinib处理，重激活的频率和幅度下降。有趣的是，ERK的重激活显示出细胞之间的异质性，即使相邻细胞之间也存在显着差异。同样的，pan-RAF抑制剂LY处理的PDO-BRAFV中同样观察到了细胞间异质性。■PDOs中HER的抑制消除了ERK活性振荡在PDO-KRASG12V中抑制上游EGFR后监测ERK活性动态。尽管下游存在突变的KRAS，低浓度的pan-HER抑制剂阿法替尼(Afatinib)处理仍能立即并大幅度抑制ERK活性的波动，pan-HER抑制剂(Lapatinib、Da