Lynch syndrome (LS) is a hereditary autosomal dominant disease caused by a pathogenic variant in a DNA mismatch repair gene that can lead to the early onset of various cancer types, among which colorectal cancer (CRC) prevails. Conversely to other CRC, Lynch-derived CRC lack known targetable biomarkers. Thus, at date, the standard of care for Lynch-derived CRC patients is strictly limited to surgery and chemotherapy associated with relapse and poor overall survival. Thus, there is an urgent need for the development of systematic methods able to identify novel biomarkers of drug response useful to tailor medical treatment to the individual characteristics of each patient affected by Lynch-derived CRC. Here, we coupled scRNA-seq and lineage tracing techniques to develop an innovative tool for identifying transcriptional biomarkers of drug response at single-cell level. Specifically, we used a lentiviral barcode library to label at the mRNA level about 2,000 individual cells of 4 Lynch-derived CRC cell lines and scRNA-seq to simultaneously profile the transcriptome and retrieve the lineage of about 10,000 single cells of each cell line. Next, we performed an in vitro drug screening using a custom library of 29 FDA-approved anticancer molecules targeting most dysregulated pathways in cancer and QuantSeq-flex bulk 3' RNA-seq to retrieve the tolerant cell lineages of each pharmacological treatment. Then, to identify biomarkers of drug resistance, tolerant and sensitive lineages of each drug were retrospectively mapped on single-cell data of each cell line, and differential expression analysis was used to compare the transcriptional profiles of tolerant and sensitive untreated cells. We are now staring to use this data as training for developing a machine learning algoritim will enable drug prediction at single cell level.
La sindrome di Lynch (LS) è una malattia ereditaria autosomica dominante causata da una variante germinale patologica in un gene di riparazione del DNA che può portare all'insorgenza precoce di vari tipi di cancro, tra cui il prevalente il cancro del colon-retto (CCR). Al contrario di altri tumori non familiari al colon-retto, il tumore colon-rettale derivato dalla sindrome di Lynch non ha biomarcatori bersagliabili noti. Pertanto, ad oggi, lo standard di cura per i pazienti con tumore al colon derivato da sindrome Lynch è strettamente limitato con scarso successo all'intervento chirurgico e successive terapie basate sulla chemioterapia. Pertanto, è importate lo sviluppo di nuovi metodi in grado di identificare biomarcatori utili per disegnare il giusto trattamento medico alle caratteristiche individuali di ciascun paziente. In questo progetto, abbiamo sviluppato una nuova metodologia che uniscie tecniche di sequenziamento in singola cellula e di barcoding per l'identificazione di nuovi biomarcatori trascrizionale della risposta ai farmaci da utilizzare nell'ambito della sindrome di Lynch.