Nat Med | Entegre tümörün haritalanmasına yönelik çoklu omik bir yaklaşım

Nat Med | Kolorektal kanserin entegre tümör, bağışıklık ve mikrobiyal manzarasını haritalamaya yönelik çoklu omik bir yaklaşım, mikrobiyomun bağışıklık sistemi ile etkileşimini ortaya koymaktadır.
Primer kolon kanseri için biyobelirteçler son yıllarda kapsamlı bir şekilde çalışılmış olmasına rağmen, mevcut klinik kılavuzlar yalnızca tümör-lenf düğümü-metastaz evrelemesine ve DNA uyumsuzluk onarımı (MMR) kusurlarının veya mikrosatellit kararsızlığının (MSI) tespitine dayanmaktadır (standart patoloji testine ek olarak) ) tedavi önerilerini belirlemek. Araştırmacılar, Kanser Genom Atlası (TCGA) kolorektal kanser kohortunda gen ekspresyonuna dayalı bağışıklık tepkileri, mikrobiyal profiller ve tümör stroması ile hastanın hayatta kalması arasında ilişki eksikliğine dikkat çekti.

Araştırma ilerledikçe, kanserin hücresel, immün, stromal veya mikrobiyal doğası dahil olmak üzere primer kolorektal kanserin niceliksel özelliklerinin klinik sonuçlarla önemli ölçüde ilişkili olduğu rapor edildi, ancak bunların etkileşimlerinin hasta sonuçlarını nasıl etkilediğine dair hala sınırlı bir anlayış var. .
Fenotipik karmaşıklık ile sonuç arasındaki ilişkiyi incelemek için, Katar'daki Sidra Tıbbi Araştırma Enstitüsü'nden bir araştırmacı ekibi yakın zamanda mikrobiyom özelliklerini ve bağışıklık reddini birleştirerek iyi hayatta kalma oranlarına sahip bir grup hastayı tanımlayan entegre bir skor (mICRoScore) geliştirdi ve doğruladı. sabitler (ICR). Ekip, tümörlerin RNA dizilimi ve eşleşen sağlıklı kolorektal doku, tam ekzom dizilimi, derin T hücre reseptörü ve 16S bakteriyel rRNA gen dizilimi dahil olmak üzere primer kolorektal kanserli 348 hastadan alınan taze dondurulmuş numunelerin kapsamlı bir genomik analizini gerçekleştirdi. Mikrobiyomu daha da karakterize etmek için genom dizilimi. Çalışma Nature Medicine'de "Kolon kanserinin entegre bir tümör, bağışıklık ve mikrobiyom atlası" başlığıyla yayınlandı.

Nature Medicine'de yayınlanan makale

AC-ICAM'a Genel Bakış

Araştırmacılar, taze dondurulmuş tümör örneklerini analiz etmek için ortogonal bir genomik platform kullandılar ve sistemik tedavi olmaksızın histolojik kolon kanseri tanısı alan hastalardan alınan bitişik sağlıklı kolon dokusunu (tümör-normal çiftleri) eşleştirdiler. Tam ekzom dizilimi (WES), RNA dizilimi veri kalitesi kontrolü ve dahil etme kriterleri taramasına dayanarak, 348 hastadan alınan genomik veriler saklandı ve ortalama 4,6 yıllık takip süresiyle aşağı yönlü analiz için kullanıldı. Araştırma ekibi bu kaynağa Sidra-LUMC AC-ICAM adını verdi: Bağışıklık-kanser-mikrobiyom etkileşimlerine yönelik bir harita ve kılavuz (Şekil 1).

ICR kullanılarak moleküler sınıflandırma

Reddetmenin bağışıklık sabiti (ICR) adı verilen, sürekli kanser immün gözetimi için modüler bir immün genetik belirteç seti yakalayan araştırma ekibi, ICR'yi melanom, mesane kanseri ve dahil olmak üzere farklı kanser türlerini kapsayan 20 genlik bir panele yoğunlaştırarak optimize etti. meme kanseri. ICR ayrıca meme kanseri dahil çeşitli kanser türlerinde immünoterapi yanıtıyla da ilişkilendirilmiştir.

İlk olarak araştırmacılar, kohortu üç kümeye/bağışıklık alt tipine sınıflandırmak için ICR gen bazlı bir ortak sınıflandırma yaklaşımı kullanarak AC-ICAM kohortunun ICR imzasını doğruladılar: yüksek ICR (sıcak tümörler), orta ICR ve düşük ICR (soğuk ICR) tümörler) (Şekil 1b). Araştırmacılar, kolon kanserinin transkriptom bazlı bir sınıflandırması olan konsensüs moleküler alt tiplerle (CMS) ilişkili bağışıklık eğilimini tanımladılar. CMS kategorileri arasında CMS1/immün, CMS2/kanonik, CMS3/metabolik ve CMS4/mezenkimal yer alıyordu. Analiz, ICR skorlarının tüm CMS alt tiplerinde belirli kanser hücresi yolaklarıyla negatif korelasyon gösterdiğini ve immünosüpresif ve stromal ilişkili yolaklarla pozitif korelasyonun yalnızca CMS4 tümörlerinde gözlemlendiğini gösterdi.

Tüm CMS'de, doğal öldürücü (NK) hücre ve T hücresi alt gruplarının bolluğu, ICR yüksek bağışıklık alt tiplerinde en yüksekti ve diğer lökosit alt gruplarında daha fazla değişkenlik vardı (Şekil 1c). ICR bağışıklık alt tipleri, ilerleyici bir artışla farklı OS ve PFS'ye sahipti. ICR'de düşükten yükseğe (Şekil 1d), ICR'nin kolorektal kanserdeki prognostik rolünü doğrulamaktadır.

Şekil 1. AC-ICAM çalışma tasarımı, bağışıklıkla ilgili gen imzası, bağışıklık ve moleküler alt tipler ve hayatta kalma.
ICR, tümörle zenginleştirilmiş, klonal olarak çoğaltılmış T hücrelerini yakalar
Tümör dokusuna sızan T hücrelerinin yalnızca az bir kısmının tümör antijenlerine spesifik olduğu (%10'dan az) rapor edilmiştir. Bu nedenle, tümör içi T hücrelerinin çoğunluğuna seyirci T hücreleri (seyirci T hücreleri) adı verilir. Üretken TCR'lere sahip geleneksel T hücrelerinin sayısı ile en güçlü korelasyon, T hücresi alt popülasyonlarını tahmin etmek için kullanılabilen stromal hücre ve lökosit alt popülasyonlarında (RNA-seq ile tespit edildi) gözlendi (Şekil 2a). ICR kümelerinde (genel ve CMS sınıflandırması), en yüksek ICR yüksek tümör oranına sahip, immün SEQ TCR'lerin en yüksek klonalitesi, ICR yüksek ve CMS alt tipi CMS1 / bağışıklık gruplarında (Şekil 2c) gözlendi. Transkriptomun tamamını (18.270 gen) kullanarak, altı ICR geni (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA ve CXCL10), TCR immün SEQ klonalitesi ile pozitif olarak ilişkili ilk on gen arasındaydı (Şekil 2d). ImmunoSEQ TCR klonalitesi, çoğu ICR geniyle, tümöre duyarlı CD8+ belirteçleri kullanılarak gözlemlenen korelasyonlardan daha güçlü bir korelasyon gösterdi (Şekil 2f ve 2g). Sonuç olarak, yukarıdaki analiz, ICR imzasının tümörle zenginleştirilmiş, klonal olarak çoğaltılmış T hücrelerinin varlığını yakaladığını ve bunun prognostik sonuçlarını açıklayabildiğini göstermektedir.

Şekil 2. TCR ölçümleri ve bağışıklıkla ilgili genler, bağışıklık ve moleküler alt tiplerle korelasyon.
Sağlıklı ve kolon kanseri dokularında mikrobiyom bileşimi
Araştırmacılar, 246 hastadan alınan eşleşen tümör ve sağlıklı kolon dokusundan elde edilen DNA'yı kullanarak 16S rRNA dizilimi gerçekleştirdi (Şekil 3a). Doğrulama için araştırmacılar ayrıca, analiz için mevcut normal DNA ile eşleşmeyen ilave 42 tümör örneğinden alınan 16S rRNA gen dizileme verilerini de analiz etti. İlk olarak araştırmacılar, eşleşen tümörler ile sağlıklı kolon dokusu arasındaki göreceli flora bolluğunu karşılaştırdılar. Sağlıklı örneklerle karşılaştırıldığında tümörlerde Clostridium perfringens önemli ölçüde arttı (Şekil 3a-3d). Tümör ve sağlıklı numuneler arasında alfa çeşitliliği (tek bir numunedeki tür çeşitliliği ve bolluğu) açısından anlamlı bir fark yoktu ve ICR düşük tümörlere göre ICR yüksek tümörlerde mikrobiyal çeşitlilikte ılımlı bir azalma gözlendi.
Mikrobiyal profiller ile klinik sonuçlar arasındaki klinik açıdan anlamlı ilişkileri tespit etmek amacıyla araştırmacılar, hayatta kalmayı öngören mikrobiyom özelliklerini tanımlamak için 16S rRNA gen dizileme verilerini kullanmayı hedefledi. AC-ICAM246'da araştırmacılar, MBR sınıflandırıcıları olarak adlandırılan (diferansiyel ölüm riskiyle ilişkili) sıfır olmayan katsayılara sahip 41 özelliği seçen bir OS Cox regresyon modeli çalıştırdılar (Şekil 3f).
Bu eğitim kohortunda (ICAM246), düşük bir MBR puanı (MBR<0, düşük MBR), önemli ölçüde daha düşük bir ölüm riskiyle (%85) ilişkilendirildi. Araştırmacılar, bağımsız olarak doğrulanmış iki grupta (ICAM42 ve TCGA-COAD) düşük MBR (risk) ile uzun süreli işletim sistemi arasındaki ilişkiyi doğruladılar. (Şekil 3) Çalışma, tümör ve sağlıklı kolon dokusunda benzer olan endogastrik kok ve MBR skorları arasında güçlü bir korelasyon olduğunu gösterdi.

Şekil 3. Tümör ve sağlıklı dokulardaki mikrobiyom ve ICR ve hasta sağkalımı ile ilişkisi.
Çözüm
Bu çalışmada kullanılan çoklu omik yaklaşım, kolorektal kanserde bağışıklık tepkisinin moleküler imzasının kapsamlı bir şekilde tespit edilmesini ve analiz edilmesini sağlar ve mikrobiyom ile bağışıklık sistemi arasındaki etkileşimi ortaya çıkarır. Tümör ve sağlıklı dokuların derin TCR dizilimi, ICR'nin prognostik etkisinin, tümörle zenginleştirilmiş ve muhtemelen tümör antijenine spesifik T hücresi klonlarını yakalama yeteneğinden kaynaklanabileceğini ortaya çıkardı.

Ekip, AC-ICAM örneklerinde 16S rRNA gen dizilimini kullanarak tümör mikrobiyom kompozisyonunu analiz ederek, güçlü prognostik değere sahip bir mikrobiyom imzasını (MBR risk puanı) belirledi. Her ne kadar bu imza tümör örneklerinden elde edilmiş olsa da, sağlıklı kolorektum ile tümör MBR risk skoru arasında güçlü bir korelasyon vardı; bu da bu imzanın hastaların bağırsak mikrobiyom kompozisyonunu yakalayabileceğini düşündürüyor. ICR ve MBR skorlarını birleştirerek, kolon kanseri hastalarında hayatta kalmayı öngören çok amaçlı bir öğrenci biyobelirtecini tanımlamak ve doğrulamak mümkün oldu. Çalışmanın çoklu omik veri seti, kolon kanseri biyolojisini daha iyi anlamak ve kişiselleştirilmiş terapötik yaklaşımların keşfedilmesine yardımcı olmak için bir kaynak sağlıyor.

Referans:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI ve diğerleri. Kolon kanserinin entegre bir tümör, bağışıklık ve mikrobiyom atlası. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).