Nat Med | Entegre tümörü haritalamak için çok omik bir yaklaşım

Nat Med | Entegre tümörü haritalamak için çok omik bir yaklaşım, kolorektal kanserin bağışıklık ve mikrobiyal peyzajı, mikrobiyomun bağışıklık sistemi ile etkileşimini ortaya çıkarır.
Primer kolon kanseri için biyobelirteçler son yıllarda kapsamlı bir şekilde incelenmiş olsa da, mevcut klinik kılavuzlar sadece tümör-lymph nodu-metastaz evrelemesine ve DNA uyumsuzluk onarımının veya mikrosatellit instabilitesinin tespitine (MSI) (MSI) (Standart Patoloji Testi'ne ek olarak), tedavi önerilerini belirlemek için dayanmaktadır. Araştırmacılar, kanser genom atlası (TCGA) kolorektal kanser kohortunda gen ekspresyonuna dayalı bağışıklık tepkileri, mikrobiyal profiller ve tümör stroma arasında ilişki eksikliğine dikkat çekmişlerdir.

Araştırma ilerledikçe, kanser hücresel, bağışıklık, stromal veya kanserin mikrobiyal doğası dahil olmak üzere primer kolorektal kanserin kantitatif özellikleri klinik sonuçlarla anlamlı bir şekilde ilişkili olduğu bildirilmiştir, ancak etkileşimlerinin hasta sonuçlarını nasıl etkilediğine dair sınırlı bir anlayış vardır.
Fenotipik karmaşıklık ve sonuç arasındaki ilişkiyi incelemek için, Katar'daki Sidra Tıbbi Araştırma Enstitüsü'nden bir araştırmacı ekibi yakın zamanda mikrobiyom özellikleri ve bağışıklık reddetme sabitlerini (ICR) birleştirerek iyi sağkalım oranları olan bir grup hastayı tanımlayan entegre bir skoru (Microscore) geliştirdi ve doğruladı. Ekip, tümörlerin RNA sekanslaması ve eşleşen sağlıklı kolorektal doku, tam ekzom sekanslaması, derin T hücresi reseptörü ve 16S bakteriyel rRNA gen sekanslaması dahil olmak üzere, primer kolorektal kanseri olan 348 hastadan taze dondurulmuş örneklerin kapsamlı bir genomik analizi gerçekleştirdi, mikrobiyomu daha da karakterize etmek için bütün tümör genom sekanslaması ile desteklendi. Çalışma doğa tıbbında “kolon kanserinin entegre bir tümör, bağışıklık ve mikrobiyom atlası” olarak yayınlandı.

Doğa Tıbbında Yayınlanan Makale

AC-ICAM Genel Bakış

Araştırmacılar, sistemik tedavi olmadan kolon kanseri histolojik tanısı olan hastalardan taze dondurulmuş tümör örneklerini ve bitişik sağlıklı kolon dokusunu (tümör-normal çiftler) ile eşleştirmek için dik bir genomik platform kullandılar. Tüm ekzom sekanslama (WES), RNA-seq veri kalitesi kontrolü ve dahil etme kriterleri taramasına dayanarak, 348 hastadan gelen genomik veriler tutuldu ve ortalama 4,6 yıllık takip ile aşağı akış analizinde kullanıldı. Araştırma ekibi bu kaynak Sidra-Lumc AC-ICAM: Bir Harita ve Bağışıklık Kanser-Mikrobiom Etkileşimleri Kılavuzu (Şekil 1).

ICR kullanarak moleküler sınıflandırma

Reddetme bağışıklık sabiti (ICR) olarak adlandırılan sürekli kanser immünosüransı için modüler bir bağışıklık genetik belirteçleri seti yakalayan araştırma ekibi, ICR'yi melanom, mesane kanseri ve meme kanseri gibi farklı kanser tiplerini kapsayan 20 genli bir panele yoğunlaştırarak optimize etti. ICR ayrıca meme kanseri de dahil olmak üzere çeşitli kanser tiplerinde immünoterapi yanıtı ile ilişkilendirilmiştir.

İlk olarak, araştırmacılar kohortu üç küme/bağışıklık alt tiplerine sınıflandırmak için ICR gen tabanlı bir ortak sınıflandırma yaklaşımı kullanarak AC-ICAM kohortunun ICR imzasını doğruladılar: yüksek ICR (sıcak tümörler), orta ICR ve düşük ICR (soğuk tümörler) (Şekil 1B). Araştırmacılar, kolon kanserinin transkriptom bazlı bir sınıflandırması olan konsensüs moleküler alt tipler (CMS) ile ilişkili bağışıklık eğilimini karakterize ettiler. CMS kategorileri arasında CMS1/bağışıklık, CMS2/kanonik, CMS3/Metabolik ve CMS4/mezenkimal vardı. Analiz, ICR skorlarının tüm CMS alt tiplerinde bazı kanser hücresi yolları ile negatif korelasyon gösterdiğini ve immünosüpresif ve stromal ilişkili yollarla pozitif korelasyonların sadece CMS4 tümörlerinde gözlendiğini gösterdi.

Tüm CM'lerde, doğal katil (NK) hücre ve T hücresi alt kümelerinin bolluğu, ICR yüksek bağışıklık alt tiplerinde en yüksekti, diğer lökosit alt kümelerinde daha fazla değişkenliğe (Şekil 1C). ICR bağışıklık alt tiplerinde, ICR'de inatçı bir artışa sahip, ICR'de düşükten yüksek olan (Şekil 1D), kolorektif kanserindeki ICR'nin doğrulanması, ICR'nin doğrulanması.

Şekil 1. Ac-Icam çalışma tasarımı, bağışıklık ile ilişkili gen imzası, bağışıklık ve moleküler alt tipler ve sağkalım.
ICR, tümörle zenginleştirilmiş, klonal olarak amplifiye edilmiş T hücrelerini yakalar
Tümör antijenlerine (%10'dan az) spesifik olduğu bildirilmiştir. Bu nedenle, Tumor t hücrelerinin çoğunluğuna seyirci T hücreleri (seyirci T hücreleri) olarak adlandırılır. Üretken TCR'li geleneksel T hücrelerinin sayısı ile en güçlü korelasyon, T hücresi alt popülasyonlarını tahmin etmek için kullanılabilen stromal hücre ve lökosit alt popülasyonlarında (RNA-seq tarafından tespit edilmiştir) gözlenmiştir (Şekil 2A). ICR kümelerinde (genel ve CMS sınıflandırması), ICR-yüksek ve CMS alt tipi CMS1/bağışıklık gruplarında (Şekil 2C) en yüksek immün SEQ TCR'lerinin en yüksek klonalitesi, ICR-yüksek tümörlerin en yüksek oranına sahip gözlenmiştir. Tüm transkriptom (18.270 gen) kullanılarak, altı ICR geni (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA ve CXCL10), TCR immün SEQ klonalitesi ile pozitif olarak ilişkili ilk on gen arasındaydı (Şekil 2D). İmmünoseq TCR klonalitesi, tümöre duyarlı CD8+ belirteçleri (Şekil 2F ve 2G) kullanılarak gözlenen korelasyonlardan daha fazla ICR geniyle daha güçlü bir şekilde korelasyon gösterdi. Sonuç olarak, yukarıdaki analiz ICR imzasının tümörle zenginleştirilmiş, klonal olarak amplifiye edilmiş T hücrelerinin varlığını yakaladığını ve prognostik sonuçlarını açıklayabileceğini düşündürmektedir.

Şekil 2. TCR metrikleri ve bağışıklık ile ilişkili genler, bağışıklık ve moleküler alt tipler ile korelasyon.
Sağlıklı ve kolon kanseri dokularında mikrobiyom bileşimi
Araştırmacılar, 246 hastadan eşleşen tümör ve sağlıklı kolon dokusundan ekstrakte edilen DNA kullanılarak 16S rRNA dizilimi gerçekleştirdiler (Şekil 3A). Validasyon için araştırmacılar ayrıca analiz için mevcut normal DNA ile eşleşmemiş ek 42 tümör örneğinden 16S rRNA gen sekanslama verilerini analiz ettiler. İlk olarak, araştırmacılar eşleşen tümörler ve sağlıklı kolon dokusu arasındaki flora bolluğunu karşılaştırdı. Clostridium perfringens, tümörlerde sağlıklı numunelere kıyasla önemli ölçüde artmıştır (Şekil 3A-3D). Tümör ve sağlıklı örnekler arasında alfa çeşitliliği (tek bir örnekte türlerin çeşitliliği ve bolluğu) ve ICR-yüksek tümörlerde ICR-düşük tümörlere göre mikrobiyal çeşitlilikte mütevazı bir azalma gözlenmiştir.
Mikrobiyal profiller ve klinik sonuçlar arasındaki klinik olarak ilgili ilişkileri tespit etmek için, araştırmacılar, hayatta kalmayı öngören mikrobiyom özelliklerini tanımlamak için 16S rRNA gen sekanslama verilerini kullanmayı amaçladılar. AC-ICAM246'da araştırmacılar, MBR sınıflandırıcıları adı verilen (Şekil 3F) sıfır olmayan katsayılar (diferansiyel mortalite riski ile ilişkili) ile 41 özellik seçen bir OS Cox regresyon modeli yayınladılar.
Bu eğitim kohortunda (ICAM246), düşük bir MBR skoru (MBR <0, düşük MBR) önemli ölçüde daha düşük ölüm riski (%85) ile ilişkilendirildi. Araştırmacılar, bağımsız olarak doğrulanmış iki kohortta (ICAM42 ve TCGA-COAD) düşük MBR (risk) ve uzun süreli OS arasındaki ilişkiyi doğruladılar. (Şekil 3) Çalışma, tümör ve sağlıklı kolon dokusunda benzer olan endogastrik koku ve MBR skorları arasında güçlü bir korelasyon göstermiştir.

Şekil 3. Tümör ve sağlıklı dokularda mikrobiyom ve ICR ve hasta sağkalımı ile ilişki.
Çözüm
Bu çalışmada kullanılan multi-omik yaklaşım, kolorektal kanserde immün yanıtın moleküler imzasının kapsamlı bir şekilde tespitini ve analizini sağlar ve mikrobiyom ve bağışıklık sistemi arasındaki etkileşimi ortaya çıkarır. Tümör ve sağlıklı dokuların derin TCR sekanslaması, ICR'nin prognostik etkisinin, tümörle zenginleştirilmiş ve muhtemelen tümör antijenine özgü T hücresi klonlarını yakalama yeteneğinden kaynaklanabileceğini ortaya koymuştur.

AC-ICAM örneklerinde 16S rRNA gen sekanslaması kullanarak tümör mikrobiyom bileşimini analiz ederek, ekip güçlü prognostik değere sahip bir mikrobiyom imzası (MBR risk skoru) belirledi. Bu imza tümör örneklerinden türetilmiş olsa da, sağlıklı kolorektum ve tümör MBR risk skoru arasında güçlü bir korelasyon vardı, bu da bu imzanın hastaların bağırsak mikrobiyom bileşimini yakalayabileceğini düşündürmektedir. ICR ve MBR skorlarını birleştirerek, kolon kanseri olan hastalarda hayatta kalmayı öngören bir çok omik öğrenci biyobelirteç tanımlamak ve doğrulamak mümkün olmuştur. Çalışmanın çok omik veri kümesi, kolon kanseri biyolojisini daha iyi anlamak ve kişiselleştirilmiş terapötik yaklaşımları keşfetmeye yardımcı olmak için bir kaynak sağlar.

Referans:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, Ei ve diğ. Entegre bir tümör, bağışıklık ve mikrobiyom kolon kanseri atlası. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).