Nat Med | Pendekatan multi-omics kanggo pemetaan tumor terpadu

Nat Med | Pendekatan multi-omics kanggo pemetaan tumor terpadu, lanskap kekebalan lan mikroba kanker kolorektal nuduhake interaksi mikrobioma karo sistem kekebalan.
Senajan biomarker kanggo kanker usus utama wis ditliti sacara ekstensif ing taun-taun pungkasan, pedoman klinis saiki mung gumantung ing pementasan tumor-lymph node-metastasis lan deteksi cacat DNA mismatch repair (MMR) utawa ketidakstabilan mikrosatelit (MSI) (saliyane kanggo tes patologi standar. ) kanggo nemtokake rekomendasi perawatan. Peneliti nyathet kekurangan asosiasi antarane respon imun adhedhasar ekspresi gen, profil mikroba, lan stroma tumor ing kelompok kanker kolorektal Cancer Genome Atlas (TCGA) lan kaslametan pasien.

Nalika riset wis maju, karakteristik kuantitatif kanker kolorektal primer, kalebu kanker sel, kekebalan, stromal, utawa sifat mikroba kanker, wis dilapurake kanthi signifikan hubungane karo asil klinis, nanging isih ana pemahaman sing winates babagan cara interaksi kasebut mengaruhi asil pasien. .
Kanggo mbedakake hubungan antarane kerumitan fenotipik lan asil, tim peneliti saka Institut Riset Medis Sidra ing Qatar bubar ngembangake lan ngvalidasi skor terintegrasi (mICRoScore) sing ngenali klompok pasien kanthi tingkat kaslametan sing apik kanthi nggabungake karakteristik mikrobioma lan penolakan kekebalan. konstanta (ICR). Tim kasebut nindakake analisis genom lengkap sampel beku seger saka 348 pasien kanker kolorektal primer, kalebu urutan RNA tumor lan jaringan kolorektal sing sehat sing cocog, urutan exome kabeh, reseptor sel T jero lan urutan gen rRNA bakteri 16S, ditambah karo kabeh tumor. urutan genom kanggo luwih ciri microbiome. Panaliten kasebut diterbitake ing Nature Medicine minangka "Tumor terintegrasi, kekebalan lan microbiome atlas kanker usus besar".

Artikel diterbitake ing Nature Medicine

AC-ICAM Ringkesan

Peneliti nggunakake platform genomik ortogonal kanggo nganalisa sampel tumor beku seger lan cocog jaringan usus sehat jejer (tumor-normal pasangan) saka patients karo diagnosa histologis kanker usus besar tanpa terapi sistemik. Adhedhasar urutan wutuh-exome (WES), kontrol kualitas data RNA-seq, lan screening kritéria inklusi, data genom saka pasien 348 disimpen lan digunakake kanggo analisis hilir kanthi tindak lanjut rata-rata 4.6 taun. Tim riset menehi jeneng sumber iki Sidra-LUMC AC-ICAM: Peta lan pandhuan kanggo interaksi imun-kanker-mikrobioma (Gambar 1).

Klasifikasi molekuler nggunakake ICR

Njupuk set modular penanda genetik imun kanggo immunosurveillance kanker sing terus-terusan, sing diarani konstanta kekebalan penolakan (ICR), tim riset ngoptimalake ICR kanthi kondensasi dadi panel 20-gen sing nyakup macem-macem jinis kanker, kalebu melanoma, kanker kandung kemih, lan kanker payudara. ICR uga wis digandhengake karo respon imunoterapi ing macem-macem jinis kanker, kalebu kanker payudara.

Kaping pisanan, peneliti ngevalidasi tanda tangan ICR saka kohort AC-ICAM, nggunakake pendekatan co-klasifikasi berbasis gen ICR kanggo nggolongake kelompok kasebut dadi telung klompok / subtipe imun: ICR dhuwur (tumor panas), ICR medium lan ICR rendah (dingin). tumor) (Gambar 1b). Peneliti nyathet kecenderungan kekebalan sing ana gandhengane karo subtipe molekular konsensus (CMS), klasifikasi kanker usus besar sing adhedhasar transkriptom. kategori CMS kalebu CMS1 / imun, CMS2 / kanonik, CMS3 / metabolik lan CMS4 / mesenchymal. Analisis nuduhake yen skor ICR ana hubungane negatif karo jalur sel kanker tartamtu ing kabeh subtipe CMS, lan korélasi positif karo jalur imunosupresif lan stromal sing ana hubungane mung diamati ing tumor CMS4.

Ing kabeh CMS, kelimpahan sel pembunuh alami (NK) lan subset sel T paling dhuwur ing subtipe imun dhuwur ICR, kanthi variasi sing luwih gedhe ing subset leukosit liyane (Gambar 1c). Subtipe imun ICR nduweni OS lan PFS sing beda, kanthi paningkatan progresif. ing ICR saka kurang nganti dhuwur (Gambar 1d), validasi peran prognostik ICR ing kanker kolorektal.

Gambar 1. Desain sinau AC-ICAM, teken gen sing gegandhengan karo kekebalan, subtipe imun lan molekul lan kaslametan.
ICR nangkep sel T sing diperkaya tumor, kanthi klon
Mung minoritas sel T sing nyusup jaringan tumor wis dilaporake spesifik kanggo antigen tumor (kurang saka 10%). Mulane, mayoritas sel T intra-tumor diarani minangka sel T pengamat (sel T pengamat). Korélasi sing paling kuat karo jumlah sel T konvensional kanthi TCR produktif diamati ing subpopulasi sel stroma lan leukosit (dideteksi dening RNA-seq), sing bisa digunakake kanggo ngira subpopulasi sel T (Gambar 2a). Ing kluster ICR (sakabèhé lan klasifikasi CMS), klonalitas paling dhuwur saka TCR SEQ imun diamati ing kelompok CMS1 / subtipe CMS sing dhuwur lan CMS (Gambar 2c), kanthi proporsi paling dhuwur saka tumor ICR-dhuwur. Nggunakake kabeh transkriptom (gen 18,270), enem gen ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA, lan CXCL10) ana ing antarane sepuluh gen paling apik sing ana hubungane karo klonalitas SEQ imun TCR (Gambar 2d). Klonitas TCR ImmunoSEQ hubungane luwih kuat karo umume gen ICR tinimbang korelasi sing diamati nggunakake marker CD8 + responsif tumor (Gambar 2f lan 2g). Kesimpulane, analisis ing ndhuwur nuduhake yen tandha ICR nangkep anané sel T sing diperkaya tumor, dikuatake kanthi klonal lan bisa nerangake implikasi prognostik.

Gambar 2. Metrik TCR lan korélasi karo gen sing gegandhengan karo kekebalan, subtipe imun lan molekuler.
Komposisi microbiome ing jaringan kanker usus lan sehat
Peneliti nindakake urutan 16S rRNA nggunakake DNA sing diekstrak saka tumor sing cocog lan jaringan usus sing sehat saka 246 pasien (Gambar 3a). Kanggo validasi, peneliti uga nganalisa data urutan gen 16S rRNA saka 42 conto tumor tambahan sing ora cocog karo DNA normal sing kasedhiya kanggo dianalisis. Kaping pisanan, peneliti mbandhingake kelimpahan flora relatif antarane tumor sing cocog lan jaringan usus sing sehat. Clostridium perfringens tambah akeh ing tumor dibandhingake karo sampel sing sehat (Gambar 3a-3d). Ora ana prabédan sing signifikan ing keragaman alpha (keragaman lan kelimpahan spesies ing sampel siji) antarane tumor lan sampel sing sehat, lan pangurangan cilik ing keragaman mikroba diamati ing tumor ICR-dhuwur relatif marang tumor ICR-low.
Kanggo ndeteksi asosiasi klinis sing relevan ing antarane profil mikroba lan asil klinis, para peneliti ngarahake nggunakake data urutan gen 16S rRNA kanggo ngenali fitur mikrobioma sing prédhiksi kaslametan. Ing AC-ICAM246, peneliti mbukak model regresi OS Cox sing milih fitur 41 kanthi koefisien non-nol (digandhengake karo risiko mortalitas diferensial), sing diarani klasifikasi MBR (Gambar 3f).
Ing kelompok latihan iki (ICAM246), skor MBR sing kurang (MBR <0, MBR kurang) digandhengake karo risiko pati sing luwih murah (85%). Peneliti dikonfirmasi asosiasi antarane MBR kurang (resiko) lan OS ingkang dipun danguaken ing rong kohort independen divalidasi (ICAM42 lan TCGA-COAD). (Gambar 3) Panliten kasebut nuduhake korélasi sing kuat antara skor cocci endogastrik lan MBR, sing padha karo tumor lan jaringan usus sing sehat.

Gambar 3. Mikrobioma ing tumor lan jaringan sehat lan hubungane karo ICR lan kaslametan pasien.
Kesimpulan
Pendekatan multi-omics sing digunakake ing panliten iki mbisakake deteksi lan analisis lengkap saka tandha molekul saka respon imun ing kanker kolorektal lan nuduhake interaksi antarane microbiome lan sistem imun. Urutan TCR jero saka tumor lan jaringan sehat ngandhakake yen efek prognostik saka ICR bisa uga amarga kemampuan kanggo nangkep klon sel T sing diperkaya tumor lan bisa uga tumor spesifik antigen.

Kanthi nganalisa komposisi mikrobioma tumor nggunakake urutan gen 16S rRNA ing conto AC-ICAM, tim kasebut nemtokake tandha microbiome (skor risiko MBR) kanthi nilai prognostik sing kuwat. Senajan tandha iki asalé saka sampel tumor, ana korélasi kuwat antarane colorectum sehat lan skor risiko MBR tumor, nuduhake yen tandha iki bisa njupuk komposisi microbiome usus saka patients. Kanthi nggabungake skor ICR lan MBR, bisa kanggo ngenali lan ngesyahke biomarker mahasiswa multi-omic sing prédhiksi kaslametané ing pasien kanker usus besar. Dataset multi-omic sinau nyedhiyakake sumber kanggo luwih ngerti biologi kanker usus besar lan mbantu nemokake pendekatan terapeutik pribadi.

Referensi:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI et al. Tumor terpadu, kekebalan lan atlas mikrobioma kanker usus besar. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).