Nat Med | Multi-Omics pristup mapiranju integriranog tumora

Nat Med | Multi-Omics pristup preslikavanju integriranog tumora, imunološki i mikrobni krajolik kolorektalnog karcinoma otkriva interakciju mikrobioma s imunološkim sustavom
Iako su se biomarkeri za primarni karcinom debelog crijeva posljednjih godina opsežno proučavali, trenutne kliničke smjernice oslanjaju se samo na postavljanje tumora-limph node-metastaza i otkrivanje oštećenja popravljanja neusklađenosti DNK (MMR) ili mikrosatelitske nestabilnosti (MSI) (osim standardnog ispitivanja patologije ) za određivanje preporuka za liječenje. Istraživači su primijetili nedostatak povezanosti između imunoloških odgovora temeljenih na genu, mikrobnih profila i strome tumora u kohorti kolorektalnog karcinoma genoma raka (TCGA) i preživljavanju pacijenta.

Kako su istraživanja napredovala, zabilježeno je da kvantitativne karakteristike primarnog kolorektalnog karcinoma, uključujući staničnu, imunu, imunu, stromalnu ili mikrobnu prirodu raka, zabilježeno da značajno koreliraju s kliničkim ishodima, ali još uvijek postoji ograničeno razumijevanje kako njihove interakcije utječu na ishode pacijenata .
Da bi se secirao odnos između fenotipske složenosti i ishoda, tim istraživača s Sidra Instituta za medicinska istraživanja u Kataru nedavno je razvio i potvrdio integrirani rezultat (Microscore) koji identificira skupinu bolesnika s dobrim stopama preživljavanja kombiniranjem karakteristika mikrobioma i imunološkom odbacivanju konstante (ICR). Tim je izveo sveobuhvatnu genomsku analizu svježih smrznutih uzoraka od 348 bolesnika s primarnim kolorektalnim karcinomom, uključujući RNA sekvenciranje tumora i podudarno zdravo kolorektalno tkivo, cjelokupno sekvenciranje egzoma, duboki T-stanični sekvenciranje gena bakterijske rRNA, nadopunjeno cijelim tumorom Sekvenciranje genoma za daljnje karakterizaciju mikrobioma. Studija je objavljena u Nature Medicinu kao "integrirani tumor, imunološki i mikrobiomski atlas karcinoma debelog crijeva".

Članak objavljen u Nature Medicinu

AC-ICAM pregled

Istraživači su koristili ortogonalnu genomsku platformu za analizu svježih smrznutih uzoraka tumora i usklađivali susjedno zdravo tkivo debelog crijeva (normalni parovi tumora) od bolesnika s histološkom dijagnozom karcinoma debelog crijeva bez sistemske terapije. Na temelju sekvenciranja cjelovitih eksplozija (WES), RNA-seq kontrola kvalitete podataka i probira kriterija za uključivanje, genomski podaci od 348 pacijenata zadržani su i korišteni za analizu nizvodno sa srednjim praćenjem od 4,6 godina. Istraživački tim nazvao je ovaj resurs Sidra-Lumc AC-ICAM: karta i vodič za interakcije imunološkog mikrobioma (Slika 1).

Molekularna klasifikacija pomoću ICR

Snimajući modularni skup imunoloških genetskih markera za kontinuirani imunosurventnost raka, nazvanu imunološka konstanta odbacivanja (ICR), istraživački tim optimizirao je ICR kondenziranjem u ploču od 20 gena koji pokriva različite vrste raka, uključujući melanom, rak mokraćnog mjehura i Rak dojke. ICR je također povezan s odgovorom imunoterapije u raznim vrstama raka, uključujući rak dojke.

Prvo, istraživači su potvrdili ICR potpis kohorte AC-ICAM, koristeći pristup ko-klasifikacije temeljen na ICR genu za klasificiranje kohorte u tri klastera/imunoloških podvrsta: visoka ICR (vrući tumori), srednja ICR i niska ICR (hladnoća Tumori) (Slika 1b). Istraživači su karakterizirali imunološku sklonost povezanu s molekularnim podtipovima konsenzusa (CMS), klasifikacijom karcinoma debelog crijeva. Kategorije CMS uključivale su CMS1/Immuno, CMS2/Canonic, CMS3/Metabolic i CMS4/mezenhim. Analiza je pokazala da su rezultati ICR-a negativno povezani s određenim staničnim putevima raka u svim CMS podtipovima, a pozitivne korelacije s imunosupresivnim i stromalnim putovima primijećene su samo u CMS4 tumorima.

U svim CMS -u, obilje podskupina prirodnih ubojica (NK) i T stanica bilo je najveće u podvrstama visokih ICR visokih imunoloških podvrsta, s većom varijabilnošću u ostalim podskupinama leukocita (slika 1c). Imuni podvrste imunoloških imunoloških podvrgavale su različite OS i PFS, s progresivnim povećanjem U ICR od niske do visoke (Slika 1D), potvrđujući prognostičku ulogu ICR u kolorektalnom karcinomu.

Slika 1. Dizajn studije AC-ICAM, imunološki potpis, imunološki i molekularni podtipovi i preživljavanje.
ICR bilježi tumor, klonalno pojačane T stanice
Zabilježeno je da je samo manjina T stanica koje infiltriraju tumorske tkiva specifične za tumorske antigene (manje od 10%). Stoga se većina intra-tumorskih T stanica naziva prolaznim T stanicama (prolaznik T stanice). Najjača povezanost s brojem konvencionalnih T stanica s produktivnim TCR-om primijećena je u subpopulacijama stromalnih stanica i leukocita (otkriveno RNA-seq), koje se mogu koristiti za procjenu subpopulacija T stanica (Slika 2A). U ICR klasterima (ukupna i CMS klasifikacija) uočena je najveća klonalnost imunoloških SEQ TCR-a u ICR-High i CMS podtipi CMS1/imunološke skupine (Slika 2C), s najvećim udjelom tumora visokih ICR-a. Koristeći cijeli transkript (18,270 gena), šest ICR gena (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA i CXCL10) bilo je među prvih deset gena koji su pozitivno povezani s TCR imunološkim seq klonalnošću (Slika 2D). ImunoSeq TCR klonalnost snažnije je korelirala s većinom ICR gena od korelacija opaženih pomoću CD8+ markera koji reagiraju na tumor (Slika 2F i 2G). Zaključno, gornja analiza sugerira da potpis ICR-a bilježi prisutnost tumora obogaćenih klonalno pojačanim T stanicama i može objasniti njegove prognostičke implikacije.

Slika 2. TCR metrike i korelacija s imunološkim genima, imunološkim i molekularnim podtipovima.
Sastav mikrobioma u zdravim tkivima raka debelog crijeva
Istraživači su izveli sekvenciranje 16S rRNA koristeći DNK ekstrahiranu iz podudarnog tumora i zdravog tkiva debelog crijeva od 246 bolesnika (Slika 3A). Za validaciju, istraživači su dodatno analizirali podatke o sekvenciranju gena 16S rRNA iz dodatnih 42 uzorka tumora koji nisu odgovarali normalnoj DNK dostupnoj za analizu. Prvo, istraživači su usporedili relativno obilje flore između podudarne tumore i zdravog tkiva debelog crijeva. Clostridium perfringens značajno je povećan u tumorima u usporedbi sa zdravim uzorcima (Slika 3A-3D). Nije bilo značajne razlike u alfa raznolikosti (raznolikost i obilje vrsta u jednom uzorku) između tumora i zdravih uzoraka, a uočeno je skromno smanjenje mikrobne raznolikosti u tumorima visokih ICR-a u odnosu na tumore ICR-niske.
Kako bi otkrili klinički relevantne povezanosti između mikrobnih profila i kliničkih ishoda, istraživači su imali za cilj koristiti podatke o sekvenciranju gena 16S rRNA kako bi identificirali značajke mikrobioma koje predviđaju preživljavanje. Na AC-ICAM246, istraživači su vodili regresijski model OS Cox koji je odabrao 41 značajke s ne-nultim koeficijentima (povezanim s diferencijalnim rizikom smrtnosti), nazvanim MBR klasifikatori (Slika 3F).
U ovoj kohorti treninga (ICAM246), nizak MBR rezultat (MBR <0, niski MBR) bio je povezan sa značajno manjim rizikom od smrti (85%). Istraživači su potvrdili povezanost između niskog MBR-a (rizik) i produljenog OS-a u dvije neovisno potvrđene kohorte (ICAM42 i TCGA-COA). (Slika 3) Studija je pokazala snažnu povezanost između rezultata endogastričnih koka i MBR -a, koji su bili slični u tumoru i zdravom tkivu debelog crijeva.

Slika 3. Mikrobiom u tumorima i zdravim tkivima i odnos s preživljavanjem ICR -a i pacijenta.
Zaključak
Multi-Omics pristup korišten u ovom istraživanju omogućuje temeljito otkrivanje i analizu molekularnog potpisa imunološkog odgovora u kolorektalnom karcinomu i otkriva interakciju između mikrobioma i imunološkog sustava. Duboko TCR sekvenciranje tumora i zdravih tkiva otkrilo je da prognostički učinak ICR može biti posljedica njegove sposobnosti za snimanje T-staničnih klonova koji su obogaćeni tumorima i eventualno tumorskim antigenom.

Analizom sastava mikrobioma tumora pomoću sekvenciranja gena 16S rRNA u uzorcima AC-ICAM, tim je identificirao potpis mikrobioma (ocjena rizika od MBR-a) s jakom prognostičkom vrijednošću. Iako je ovaj potpis izveden iz uzoraka tumora, postojala je snažna povezanost između zdravog kolorektuma i rezultata rizika od tumora, što sugerira da ovaj potpis može obuhvatiti sastav mikrobioma crijeva bolesnika. Kombinirajući ICR i MBR rezultate, bilo je moguće identificirati i potvrditi multi-omični studentski biomarker koji predviđa preživljavanje u bolesnika s karcinomom debelog crijeva. Multi-Imički skup podataka studije pruža resurs za bolje razumijevanje biologije raka debelog crijeva i pomoći otkrivanju personaliziranih terapijskih pristupa.

Referenca:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, Ei i sur. Integrirani tumor, imunološki i mikrobiomski atlas raka debelog crijeva. NAT MED 29, 1273–1286 (2023).