Nat Med | En multi-OMICS-tilnærming for å kartlegge den integrerte svulsten

Nat Med | En multi-Omics tilnærming for å kartlegge den integrerte tumor, immun og mikrobielt landskap av tykktarmskreft avslører interaksjonen mellom mikrobiomet med immunforsvaret
Selv om biomarkører for primær tykktarmskreft har blitt studert mye de siste årene, er nåværende kliniske retningslinjer bare avhengige av tumor-lymph node-metastase-iscenesettelse og påvisning av DNA-misforholdsreparasjon (MMR) -defekter eller mikrosatellittinstabilitet (MSI) (i tillegg til standard patologtesting) for å bestemme behandlingsanbefalinger. Forskere har bemerket mangel på assosiasjon mellom genuttrykksbaserte immunresponser, mikrobielle profiler og tumorstroma i kreftgenomatlas (TCGA) kolorektal kreftkohort og pasientoverlevelse.

Etter hvert som forskning har utviklet seg, har kvantitative egenskaper ved primær kolorektal kreft, inkludert kreftcellulær, immun, stromal eller mikrobiell natur av kreften, blitt rapportert å betydelig korrelere med kliniske utfall, men det er fremdeles begrenset forståelse av hvordan interaksjonene deres påvirker pasientresultatene.
For å dissekere forholdet mellom fenotypisk kompleksitet og utfall, utviklet et team av forskere fra Sidra Institute of Medical Research i Qatar nylig og validerte en integrert poengsum (Microscore) som identifiserer en gruppe pasienter med god overlevelsesrate ved å kombinere mikrobiomegenskaper og immunavvisningskonstikker (ICR). Teamet utførte en omfattende genomisk analyse av ferske frosne prøver fra 348 pasienter med primær kolorektal kreft, inkludert RNA-sekvensering av svulster og matchet sunt kolorektalt vev, hele eksomsekvensering, dyp T-celle reseptor og 16S bakterielt rRNA-gen-sekvensering, supplement med hele tumorgenomsekvensen til videre karakteriseringen. Studien ble publisert i Nature Medicine som "en integrert svulst, immun og mikrobiomatlas av tykktarmskreft".

Artikkel publisert i Nature Medicine

AC-ICAM-oversikt

Forskere brukte en ortogonal genomisk plattform for å analysere ferske frosne tumorprøver og matchet tilstøtende sunt tykktarmsvev (tumor-normale par) fra pasienter med en histologisk diagnose av tykktarmskreft uten systemisk terapi. Basert på heleksomsekvensering (WES), RNA-Seq datakvalitetskontroll og inkluderingskriterier screening, ble genomiske data fra 348 pasienter beholdt og brukt for nedstrømsanalyse med en median oppfølging på 4,6 år. Forskerteamet kåret denne ressursen Sidra-LUMC AC-ICAM: et kart og guide til immunkreft-mikrobiom-interaksjoner (figur 1).

Molekylær klassifisering ved bruk av ICR

Fanget et modulært sett med immungenetiske markører for kontinuerlig kreftimmunsurveillance, kalt immunkonstanten for avvisning (ICR), optimaliserte forskerteamet ICR ved å kondensere det til et 20-genpanel som dekker forskjellige krefttyper, inkludert melanom, blærekreft og brystkreft. ICR har også blitt assosiert med immunterapi -respons i en rekke krefttyper, inkludert brystkreft.

Først validerte forskerne ICR-signaturen til AC-ICAM-kohorten, ved bruk av en ICR-genbasert samklassifiseringsmetode for å klassifisere kohorten i tre klynger/immunundertyper: høye ICR (varme svulster), medium ICR og lave ICR (kalde svulster) (figur 1B). Forskere karakteriserte den immunbendigheten assosiert med konsensusmolekylære undertyper (CMS), en transkriptombasert klassifisering av tykktarmskreft. CMS -kategoriene inkluderte CMS1/immun, CMS2/kanonisk, CMS3/metabolsk og CMS4/mesenkymal. Analyse viste at ICR-score var negativt korrelert med visse kreftcelleveier i alle CMS-undertyper, og positive korrelasjoner med immunsuppressive og stromalrelaterte veier ble bare observert i CMS4-svulster.

I alle CM -er var overflod av naturlige morder (NK) celle- og T -celleundersetter høyest i ICR høye immunundertyper, med større variabilitet i andre leukocyttundersetter (figur 1C) .ICR immunundertyper hadde forskjellige OS og PFS, med en progressiv økning i ICR fra lav til høy (figur 1D.

Figur 1. AC-ICAM-studiedesign, immunrelatert gensignatur, immun og molekylære undertyper og overlevelse.
ICR fanger tumoranrikede, klonalt forsterkede T-celler
Bare et mindretall av T -celler som infiltrerer tumorvev er rapportert å være spesifikke for tumorantigener (mindre enn 10%). Derfor blir flertallet av TRA-tumor T-celler referert til som tilskuer T-celler (tilskuer T-celler). Den sterkeste korrelasjonen med antall konvensjonelle T-celler med produktive TCR-er ble observert i stromalcelle- og leukocytt-underpopulasjoner (påvist ved RNA-seq), som kan brukes til å estimere T-celle-underpopulasjoner (figur 2A). I ICR-klyngene (total og CMS-klassifisering) ble den høyeste klonaliteten av immunsekre TCRs observert i ICR-høy og CMS-undertype CMS1/immungrupper (figur 2C), med den høyeste andelen ICR-høye svulster. Ved bruk av hele transkriptomet (18.270 gener) var seks ICR -gener (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA og CXCL10) blant de ti beste genene positivt assosiert med TCR -immune SEQ -klonalitet (figur 2D). Immunoseq TCR-klonalitet korrelerte sterkere med de fleste ICR-gener enn korrelasjonene observert ved bruk av tumor-responsive CD8+ -markører (figur 2F og 2G). Avslutningsvis antyder analysen ovenfor at ICR-signaturen fanger tilstedeværelsen av tumoranrikede, klonalt forsterkede T-celler og kan forklare dens prognostiske implikasjoner.

Figur 2. TCR-beregninger og korrelasjon med immunrelaterte gener, immun og molekylære undertyper.
Mikrobiomsammensetning i sunt og tykktarmskreftvev
Forskerne utførte 16S rRNA -sekvensering ved bruk av DNA ekstrahert fra matchet tumor og sunt tykktarmsvev fra 246 pasienter (figur 3A). For validering analyserte forskerne i tillegg 16S rRNA -gensekvenseringsdata fra ytterligere 42 tumorprøver som ikke hadde matchet normal DNA tilgjengelig for analyse. For det første sammenlignet forskerne den relative overflod av flora mellom matchede svulster og sunt tykktarmsvev. Clostridium perfringens ble betydelig økt i svulstene sammenlignet med de sunne prøvene (figur 3A-3D). Det var ingen signifikant forskjell i alfa-mangfold (mangfold og overflod av arter i en enkelt prøve) mellom tumor og sunne prøver, og en beskjeden reduksjon i mikrobielt mangfold ble observert i ICR-høye svulster i forhold til ICR-lave svulster.
For å oppdage klinisk relevante assosiasjoner mellom mikrobielle profiler og kliniske utfall, hadde forskerne som mål å bruke 16S rRNA -gensekvenseringsdata for å identifisere mikrobiomfunksjoner som forutsier overlevelse. På AC-ICAM246 kjørte forskerne en OS Cox-regresjonsmodell som valgte 41 funksjoner med ikke-null koeffisienter (assosiert med differensialdødelighetsrisiko), kalt MBR-klassifiserere (figur 3F).
I denne treningskohorten (ICAM246) var en lav MBR -poengsum (MBR <0, lav MBR) assosiert med en betydelig lavere dødsrisiko (85%). Forskere bekreftet sammenhengen mellom lav MBR (risiko) og langvarig OS i to uavhengig validerte årskull (ICAM42 og TCGA-kad). (Figur 3) Studien viste en sterk sammenheng mellom endogastriske COCCI- og MBR -score, som var like i tumor og sunt tykktarmsvev.

Figur 3. Mikrobiom i tumor og sunt vev og forholdet til ICR og pasientoverlevelse.
Konklusjon
Multi-OMICS-tilnærmingen som ble brukt i denne studien muliggjør grundig påvisning og analyse av molekylsignaturen av immunresponsen i kolorektal kreft og avslører interaksjonen mellom mikrobiomet og immunsystemet. Dyp TCR-sekvensering av tumor og sunt vev avslørte at den prognostiske effekten av ICR kan skyldes dens evne til å fange tumoranriket og muligens tumorantigenspesifikke T-cellekloner.

Ved å analysere tumormikrobiomsammensetning ved bruk av 16S rRNA-gensekvensering i AC-ICAM-prøver, identifiserte teamet en mikrobiomsignatur (MBR-risikoscore) med sterk prognostisk verdi. Selv om denne signaturen ble avledet fra tumorprøver, var det en sterk sammenheng mellom sunt kolorektum og tumor MBR -risikoscore, noe som antyder at denne signaturen kan fange tarmmikrobiomsammensetningen til pasienter. Ved å kombinere ICR- og MBR-score, var det mulig å identifisere og validere en multi-Omic studentbiomarkør som forutsier overlevelse hos pasienter med tykktarmskreft. Studiens multi-omiske datasett gir en ressurs for bedre å forstå tykktarmskreftbiologi og bidra til å oppdage personaliserte terapeutiske tilnærminger.

Referanse:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, Ei et al. En integrert svulst, immun og mikrobiomatlas av tykktarmskreft. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).