Нат Мед | Багатоомічний підхід до відображення інтегрованої пухлини

Нат Мед | Мультиомічний підхід до відображення інтегрованого пухлинного, імунного та мікробного ландшафту колоректального раку виявляє взаємодію мікробіома з імунною системою
Незважаючи на те, що біомарки для первинного раку товстої кишки були вивчені в останні роки, сучасні клінічні вказівки покладаються лише на постановку пухлин-лімфу-мети-метастазів та виявлення дефектів відновлення ДНК (MMR) або нестабільності мікросупутників (MSI) (крім стандартних тестування патології) для визначення рекомендацій лікування. Дослідники відзначили відсутність зв'язку між імунними реакціями на основі експресії генами, мікробними профілями та стромою пухлини в групі колоректального раку геному раку (TCGA) та виживанню пацієнта.

По мірі того, як дослідження прогресували, кількісні характеристики первинного колоректального раку, включаючи ракові клітинні, імунні, стромальні або мікробні природи раку, повідомлялося, що значно співвідноситься з клінічними результатами, але все ще обмежене розуміння того, як їх взаємодія впливає на результати пацієнта.
Для розсічення взаємозв'язку між фенотипічною складністю та результатом, команда дослідників з Інституту медичних досліджень Сідра в Катарі нещодавно розробила та підтвердила інтегровану оцінку (Microscore), яка визначає групу пацієнтів з хорошими показниками виживання, поєднуючи характеристики мікробіомів та константи відторгнення імунних (ICR). Команда проводила всебічний геномний аналіз свіжих заморожених зразків від 348 пацієнтів з первинним колоректальним раком, включаючи секвенування РНК пухлин та відповідність здорової колоректальної тканини, цілої послідовності екзомів, глибокого рецептора Т-клітин та 16S бактеріальних генів рРНК, що доповнюється секвенуванням генів цільної пухлини для подальшої характеристики мікробіом. Дослідження було опубліковано в Nature Medicine як "інтегрована пухлина, імунна та мікробіомна атлас раку товстої кишки".

Стаття, опублікована в Nature Medicine

Огляд AC-ICAM

Дослідники використовували ортогональну геномну платформу для аналізу свіжих заморожених зразків пухлини та зіставлення сусідньої здорової тканини товстої кишки (пухлино-нормальні пари) у пацієнтів з гістологічною діагностикою раку товстої кишки без системної терапії. На основі послідовності цілої експлуатації (WES), контролю якості даних RNA-SEQ та скринінгу критеріїв включення, геномні дані 348 пацієнтів зберігалися та використовувались для аналізу нижче за течією з середнім спостереженням 4,6 року. Дослідницька група назвала цей ресурс SIDRA-LUMC AC-ICAM: карта та посібник з взаємодії імунного-кансер-мікробіом (рис. 1).

Молекулярна класифікація за допомогою ICR

Захоплюючи модульний набір імунних генетичних маркерів для безперервного імуносортіння раку, що називається імунною константою відторгнення (ICR), дослідницька група оптимізувала МКР, конденсуючи його на 20-генову панель, що охоплює різні типи раку, включаючи меланому, рак сечового міхура та рак молочної залози. ICR також був пов'язаний з реакцією імунотерапії у різних типах раку, включаючи рак молочної залози.

По-перше, дослідники підтвердили підпис ICR когорти AC-ICAM, використовуючи підхід CO-класифікації на основі гена ICR для класифікації когорти на три кластери/імунні підтипи: високий ICR (гарячі пухлини), середній ICR та низький ICR (холодні пухлини) (рис. 1В). Дослідники характеризували імунну схильність, пов'язану з консенсусними молекулярними підтипами (CMS), класифікацією раку товстої кишки. Категорії CMS включали CMS1/імунітет, CMS2/Canonical, CMS3/Metabolic та CMS4/мезенхімал. Аналіз показав, що показники ICR були негативно корельовані з певними раковими клітинними шляхами у всіх підтипах CMS, а позитивні кореляції з імуносупресивними та стромальними шляхами спостерігалися лише у пухлинах CMS4.

У всіх CMS достаток підмножини клітинних та клітинних підмножин Natural Killer (NK) був найвищим у підтипах високих імунних імунних підтипів ICR, з більшою мінливістю в інших підмножинах лейкоцитів (рис. 1С). ICR -підтипів мали різні ОС та ПФС, з прогресивним збільшенням ICR від низького до високого (рисунка 1D), що підтверджує прогностичну роль ICRECTAL в кольорі.

Фіг.1. Дизайн дослідження AC-ICAM, підпис, пов'язаний з імунітетом, імунітет та молекулярні підтипи та виживання.
ICR фіксує збагачену пухлиною, клонально ампліфіковані Т-клітини
Повідомлялося, що лише меншість Т -клітин, що інфільтрують пухлинну тканину, є специфічною для пухлинних антигенів (менше 10%). Тому більшість внутрішньопухлинних Т-клітин називають Т-клітинами, що перебувають у віці (Т-клітини, що перебувають у віці). Найсильніша кореляція з кількістю звичайних Т-клітин з продуктивними TCRS спостерігалася у субпопуляції стромальних клітин та лейкоцитів (виявлене RNA-Seq), які можуть бути використані для оцінки субпопуляцій Т-клітин (рис. 2А). У кластерах ICR (загальна та класифікація CMS) найвища клональність імунних SEQ TCRS спостерігалася у підтипі CMS1/імунних груп ICR та CMS (мал. 2С) з найвищою часткою пухлин високої ICR. Використовуючи весь транскриптом (18,270 генів), шість генів ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA та CXCL10), були серед перших десяти генів, позитивно пов'язаних з клональністю імунного імунного TCR (мал. 2D). Клональність Immunoseq TCR корелює більш сильно з більшістю генів ICR, ніж кореляції, що спостерігаються за допомогою маркерів CD8+, що реагують на пухлину (мал. 2F та 2G). На закінчення, вищезазначений аналіз свідчить про те, що підпис ICR фіксує наявність, збагачених пухлиною, клонально ампліфікованих Т-клітинами і може пояснити його прогностичні наслідки.

Малюнок 2. Метрики TCR та кореляція з імунними генами, імунними та молекулярними підтипами.
Мікробіомний склад у здорових тканинах раку товстої кишки
Дослідники провели послідовність 16S РРНК, використовуючи ДНК, витягнуту з відповідної пухлини та здорової тканини товстої кишки у 246 пацієнтів (мал. 3А). Для перевірки дослідники додатково проаналізували дані секвенування генів 16S рРНК з додаткових 42 зразків пухлини, які не відповідали нормальній ДНК, доступній для аналізу. По -перше, дослідники порівнювали відносну чисельність флори між відповідними пухлинами та здоровою тканиною товстої кишки. Clostridium perfringens значно збільшувався в пухлинах порівняно зі здоровими зразками (мал. 3А-3D). Не було суттєвої різниці в альфа-різноманітності (різноманітність та чисельність видів в одному зразку) між пухлиною та здоровими зразками, і скромне зниження різноманіття мікробів спостерігається у пухлинах високих ICR відносно пухлин ICR-низьких.
Для виявлення клінічно релевантних асоціацій між мікробними профілями та клінічними результатами дослідники мали на меті використовувати дані послідовності генів 16S рРНК для виявлення функцій мікробіомів, що прогнозують виживання. У AC-ICAM246 дослідники запустили регресійну модель ОС COX, яка вибрала 41 функції з ненульовими коефіцієнтами (пов'язаними з диференційованим ризиком смертності), що називаються класифікаторами MBR (рис. 3F).
У цій навчальній когорті (ICAM246) низький показник MBR (MBR <0, низький МБР) був пов'язаний зі значно нижчим ризиком смерті (85%). Дослідники підтвердили зв'язок між низьким рівнем МБР (ризик) та тривала ОС у двох незалежно підтверджених групах (ICAM42 та TCGA-POOD). (Малюнок 3) Дослідження показало сильну кореляцію між показниками ендогастральних коккі та MBR, які були подібними за пухлиною та здоровою тканиною товстої кишки.

Малюнок 3. Мікробіом у пухлині та здорових тканинах та взаємозв'язок з ICR та виживання пацієнтів.
Висновок
Мультиомічний підхід, що використовується в цьому дослідженні, дозволяє ретельно виявити та проаналізувати молекулярну підпис імунної відповіді при колоректальному раку та виявляє взаємодію між мікробіомом та імунною системою. Глибоке секвенування TCR пухлини та здорових тканин виявило, що прогностичний ефект МКР може бути зумовлений його здатністю захоплювати збагачену пухлиною та, можливо, пухлинні антиген-специфічні Т-клітинні клони.

Аналізуючи склад мікробіома пухлини за допомогою послідовності генів 16S рРНК у зразках AC-ICAM, команда визначила підпис мікробіомів (показник ризику MBR) з сильним прогностичним значенням. Незважаючи на те, що цей підпис був отриманий із зразків пухлини, існувала сильна кореляція між здоровою колонітом та показником ризику MBR пухлини, що дозволяє припустити, що цей підпис може захопити склад мікробіома кишечника. Поєднуючи показники ICR та MBR, можна було визначити та підтвердити багатоомічний біомаркер студента, який прогнозує виживання у пацієнтів з раком товстої кишки. Багатоомічний набір даних дослідження забезпечує ресурс для кращого розуміння біології раку товстої кишки та допоможе виявити персоналізовані терапевтичні підходи.

Довідка:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, Ei та ін. Інтегрований пухлинний, імунний та мікробіомний атлас раку товстої кишки. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).