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김규태 (Kyu-Tae Kim) 저자 이메일 보기
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Application of single-cell RNA sequencing in optimizing a combinatorial therapeutic strategy in metastatic renal cell carcinoma

Kyu-Tae Kim1†, Hye Won Lee2†, Hae-Ock Lee1,3, Hye Jin Song4, Da Eun Jeong5, Sang Shin5, Hyunho Kim6, Yoojin Shin6, Do-Hyun Nam5,7, Byong Chang Jeong8, David G. Kirsch9,10, Kyeung Min Joo4,5* and Woong-Yang Park1,3,5*

Author details
1Samsung Genome Institute, Samsung Medical Center, Seoul, South Korea. 2Institute for Future Medicine, Samsung Medical Center, Seoul, South Korea. 3Departments of Molecular Cell Biology, Sungkyunkwan University School of Medicine, Seoul, South Korea. 4Departments of Anatomy and Cell Biology, Sungkyunkwan University School of Medicine, Seoul, South Korea. 5Department of Health Sciences and Technology, Samsung Advanced Institute for Health Sciences & Technology, Sungkyunkwan University, Seoul, South Korea. 6School of Mechanical Engineering, Korea University, Seoul, South Korea.7Departments of Neurosurgery, Samsung Medical Center, Sungkyunkwan University School of Medicine, Seoul, South Korea. 8Departments of Urology, Samsung Medical Center, Sungkyunkwan University School of Medicine, Seoul, South Korea. 9Departments of Pharmacology and Cancer Biology, Duke University Medical Center, Durham, NC, USA. 10Departments of Radiation Oncology, Duke University Medical Center, Durham, NC, USA.

Equal contributors
* Correspondence: Kyeung Min Joo; Woong-Yang Park

Abstract

Background
Intratumoral heterogeneity hampers the success of marker-based anticancer treatment because the targeted therapy may eliminate a specific subpopulation of tumor cells while leaving others unharmed. Accordingly, a rational strategy minimizing survival of the drug-resistant subpopulation is essential to achieve long-term therapeutic efficacy.

Results
Using single-cell RNA sequencing (RNA-seq), we examine the intratumoral heterogeneity of a pair of primary renal cell carcinoma and its lung metastasis. Activation of drug target pathways demonstrates considerable variability between the primary and metastatic sites, as well as among individual cancer cells within each site. Based on the prediction of multiple drug target pathway activation, we derive a combinatorial regimen co-targeting two mutually exclusive pathways for the metastatic cancer cells. This combinatorial strategy shows significant increase in the treatment efficacy over monotherapy in the experimental validation using patient-derived xenograft platforms in vitro and in vivo.

Conclusions
Our findings demonstrate the investigational application of single-cell RNA-seq in the design of an anticancer regimen. The approach may overcome intratumoral heterogeneity which hampers the success of precision medicine.

Keywords : Single cell analysis, Renal cell carcinoma, Patient-derived xenograft, Tumor heterogeneity, Drug response

논문정보
- 형식: Research article
- 게재일: 2016년 04월 (BRIC 등록일 2016-05-04)
- 연구진: 국내(교신)+국외 연구진태극기
- 분야: Biotechnology, Genetics
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