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Nat Med | Un approccio multi-omica per mappare il tumore integrato, il paesaggio immunitario e microbico del carcinoma del colon-retto rivela l'interazione del microbioma con il sistema immunitario
Sebbene negli ultimi anni i biomarcatori per il carcinoma del colon siano stati ampiamente studiati, le attuali linee guida cliniche si basano solo sulla stadiazione e la rilevazione del test di riparazione del DNA (MMR) di Metastasi tumorale (MMR) o instabilità di microsatellite (MSI) (oltre al test di patologia standard) per determinare le raccomandazioni di trattamento. I ricercatori hanno notato una mancanza di associazione tra risposte immunitarie basate sull'espressione genica, profili microbici e stroma tumorale nell'atlante del genoma del cancro (TCGA) coorte del carcinoma del colon-retto e sopravvivenza del paziente.
Man mano che la ricerca è progredita, le caratteristiche quantitative del carcinoma del colon -retto primario, tra cui la natura cellulare, immune, stromale o microbica del cancro, sono state riportate in modo significativo correlato con gli esiti clinici, ma c'è ancora una comprensione limitata di come le loro interazioni influenzano gli esiti del paziente.
Per sezionare la relazione tra complessità fenotipica e risultato, un team di ricercatori del Sidra Institute of Medical Research in Qatar ha recentemente sviluppato e convalidato un punteggio integrato (Microscore) che identifica un gruppo di pazienti con buoni tassi di sopravvivenza combinando le caratteristiche del microbioma e le costanti di rifiuto immunitario (ICR). Il team ha eseguito un'analisi genomica completa di campioni congelati freschi da 348 pazienti con carcinoma del colon-retto primario, incluso il sequenziamento dell'RNA dei tumori e abbinato il tessuto del colon-retto sano, il sequenziamento dell'intero esoma, il recettore delle cellule T profonde e il sequenziamento del gene rRNA batterico 16S, integrato da un genoma tumorale intero sequenziamento per caratterizzare ulteriormente il microbioma. Lo studio è stato pubblicato su Nature Medicine come "un tumore integrato, immunitario e microbioma del cancro del colon".
Articolo pubblicato su Nature Medicine
Panoramica AC-ICAM
I ricercatori hanno utilizzato una piattaforma genomica ortogonale per analizzare campioni di tumore congelato fresco e abbinato il tessuto a colon sano adiacente (coppie tumorali-normali) da pazienti con diagnosi istologica di carcinoma del colon senza terapia sistemica. Sulla base del sequenziamento intero-esoma (WES), del controllo della qualità dei dati RNA-seq e dello screening dei criteri di inclusione, i dati genomici di 348 pazienti sono stati trattenuti e utilizzati per l'analisi a valle con un follow-up mediano di 4,6 anni. Il team di ricerca ha nominato questa risorsa Sidra-Lumc AC-ICAM: una mappa e una guida alle interazioni immuno-cancro-microbioma (Figura 1).
Classificazione molecolare mediante ICR
Catturando un insieme modulare di marcatori genetici immunitari per l'immunosurvetta del cancro continuo, chiamata costante immunitaria del rifiuto (ICR), il team di ricerca ha ottimizzato l'ICR condensandolo in un pannello a 20 geni che copre diversi tipi di cancro, tra cui melanoma, cancro alla vescica e cancro al seno. L'ICR è stato anche associato alla risposta all'immunoterapia in una varietà di tipi di cancro, incluso il carcinoma mammario.
Innanzitutto, i ricercatori hanno convalidato la firma ICR della coorte AC-ICAM, utilizzando un approccio di co-classificazione basato sul gene ICR per classificare la coorte in tre cluster/sottotipi immunitari: ICR elevato (tumori caldi), ICR medio e ICR basso (tumori freddi) (Figura 1B). I ricercatori hanno caratterizzato la propensione immunitaria associata ai sottotipi molecolari di consenso (CMS), una classificazione basata sul trascrittoma del cancro del colon. Le categorie CMS includevano CMS1/Immune, CMS2/Canonical, CMS3/Metabolic e CMS4/mesenchimale. L'analisi ha mostrato che i punteggi ICR erano negativamente correlati con alcune vie cellulari tumorali in tutti i sottotipi CMS e che sono state osservate correlazioni positive con percorsi immunosoppressivi e correlati allo stromale solo nei tumori CMS4.
In tutti i CM, l'abbondanza di sottoinsiemi di cellule e cellule T naturali (NK) era più alta nei sottotipi immunitari alti ICR, con maggiore variabilità in altri sottoinsiemi di leucociti (Figura 1C). IMMUNE SUBTIPI IMMUNE DEL CERCHIO DELL'ICR.
Figura 1. Progettazione dello studio AC-ICAM, firma genica immuno-correlata, sottotipi immunitari e molecolari e sopravvivenza.
ICR cattura cellule T amplificate clonalmente arricchite dal tumore
È stato riportato che solo una minoranza di cellule T che si infiltrano nel tessuto tumorale è specifica per gli antigeni tumorali (meno del 10%). Pertanto, la maggior parte delle cellule T intra-tumor sono indicate come cellule T di astanti (cellule T di astanti). La più forte correlazione con il numero di cellule T convenzionali con TCR produttive è stata osservata nelle sottopopolazioni di cellule stromali e leucociti (rilevate da RNA-seq), che possono essere utilizzate per stimare le sottopopolazioni delle cellule T (Figura 2A). Nei cluster ICR (classificazione complessiva e CMS), la più alta clonalità di TCR immunitarie è stata osservata nei gruppi CMS1/immunitario del sottotipo CMS e CMS (Figura 2C), con la più alta percentuale di tumori ICR-alto. Utilizzando l'intero trascrittoma (18.270 geni), sei geni ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA e CXCL10) erano tra i primi dieci geni associati positivamente alla clonalità SEQ immunitaria TCR (Figura 2D). La clonalità ImmunoseQ TCR era correlata più fortemente con la maggior parte dei geni ICR rispetto alle correlazioni osservate usando marcatori CD8+ sensibili al tumore (Figura 2F e 2G). In conclusione, l'analisi di cui sopra suggerisce che la firma ICR cattura la presenza di cellule T amplificate clonalmente arricchite con tumore e può spiegare le sue implicazioni prognostiche.
Figura 2. Metriche TCR e correlazione con geni immuno-correlati, sottotipi immunitari e molecolari.
Composizione del microbioma nei tessuti sani e di cancro del colon
I ricercatori hanno eseguito il sequenziamento di rRNA 16S usando il DNA estratto dal tumore abbinato e nel tessuto a colon sano da 246 pazienti (Figura 3A). Per la convalida, i ricercatori hanno inoltre analizzato i dati di sequenziamento del gene rRNA 16S da altri 42 campioni di tumore che non avevano abbinato il DNA normale disponibile per l'analisi. Innanzitutto, i ricercatori hanno confrontato l'abbondanza relativa di flora tra tumori abbinati e tessuto di colon sano. Clostridium perfringens è stato significativamente aumentato nei tumori rispetto ai campioni sani (Figura 3A-3D). Non vi era alcuna differenza significativa nella diversità alfa (diversità e abbondanza di specie in un singolo campione) tra tumore e campioni sani e una modesta riduzione della diversità microbica è stata osservata nei tumori alti ICR rispetto ai tumori ICR-bassi.
Per rilevare associazioni clinicamente rilevanti tra profili microbici e risultati clinici, i ricercatori miravano a utilizzare i dati di sequenziamento del gene RRNA 16S per identificare le caratteristiche del microbioma che prevedono la sopravvivenza. In AC-ICAM246, i ricercatori hanno gestito un modello di regressione OS Cox che ha selezionato 41 caratteristiche con coefficienti diversi da zero (associati al rischio di mortalità differenziale), chiamati classificatori MBR (Figura 3F).
In questa coorte di addestramento (ICAM246), un punteggio MBR basso (MBR <0, MBR basso) è stato associato a un rischio significativamente più basso di morte (85%). I ricercatori hanno confermato l'associazione tra MBR basso (rischio) e OS prolungato in due coorti validate in modo indipendente (ICAM42 e TCGA-COAD). (Figura 3) Lo studio ha mostrato una forte correlazione tra i punteggi COCCI e MBR endogastrici, che erano simili nel tumore e nel tessuto del colon sano.
Figura 3. Microbioma nei tumori e tessuti sani e la relazione con ICR e sopravvivenza al paziente.
Conclusione
L'approccio multi-omica utilizzato in questo studio consente una rilevazione e un'analisi approfondita della firma molecolare della risposta immunitaria nel carcinoma del colon-retto e rivela l'interazione tra il microbioma e il sistema immunitario. Il sequenziamento di TCR profondo del tumore e dei tessuti sani ha rivelato che l'effetto prognostico dell'ICR può essere dovuto alla sua capacità di catturare cloni di cellule T ad antigene tumorale e possibilmente tumorali.
Analizzando la composizione del microbioma tumorale usando il sequenziamento del gene rRNA 16S in campioni di AC-ICAM, il team ha identificato una firma del microbioma (punteggio di rischio MBR) con un forte valore prognostico. Sebbene questa firma fosse derivata da campioni tumorali, c'era una forte correlazione tra il colon -scioletto sano e il punteggio del rischio MBR tumorale, suggerendo che questa firma può catturare la composizione del microbioma intestinale dei pazienti. Combinando i punteggi ICR e MBR, è stato possibile identificare e convalidare un biomarcatore per studenti multi-omici che prevede la sopravvivenza nei pazienti con carcinoma del colon. Il set di dati multi-omico dello studio fornisce una risorsa per comprendere meglio la biologia del cancro del colon e aiutare a scoprire approcci terapeutici personalizzati.
Tempo post: 15-2023 giugno
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