Nat Med | Pendekatan multi-omics pikeun pemetaan tumor terpadu

Nat Med | Pendekatan multi-omics pikeun pemetaan tumor terpadu, bentang imun sareng mikroba kanker kolorektal ngungkabkeun interaksi mikrobiom sareng sistem imun.
Sanajan biomarker pikeun kanker titik primér geus ditalungtik sacara éksténsif dina taun panganyarna, tungtunan klinis ayeuna ngandelkeun ukur dina tumor-limfa titik-metastasis pementasan sarta deteksi DNA mismatch perbaikan (MMR) defects atanapi instability microsatelit (MSI) (salian ti tés Patologi baku) pikeun nangtukeun saran perlakuan. Panaliti nyatet kurangna pakaitna antara réspon imun dumasar éksprési gén, profil mikroba, sareng stroma tumor dina Kanker Genome Atlas (TCGA) kohort kanker kolorektal sareng kasalametan pasien.

Salaku panalungtikan geus maju, ciri kuantitatif kanker colorectal primér, kaasup kanker sélular, imun, stromal, atawa sipat mikroba tina kanker, geus dilaporkeun nyata correlate kalawan hasil klinis, tapi aya kénéh pamahaman kawates kumaha interaksi maranéhanana mangaruhan hasil sabar.
Pikeun ngabedah hubungan antara pajeulitna phenotypic sareng hasilna, tim peneliti ti Sidra Institute of Medical Research di Qatar nembé ngembangkeun sareng ngasahkeun skor terpadu (mICRoScore) anu ngaidentipikasi sakelompok pasien kalayan tingkat kasalametan anu saé ku ngagabungkeun ciri microbiome sareng konstanta panolakan imun (ICR). Tim éta ngalaksanakeun analisis génomik komprehensif sampel beku seger ti 348 penderita kanker colorectal primér, kaasup RNA sequencing of tumor jeung cocog jaringan colorectal cageur, sakabeh exome sequencing, reséptor T-sél jero tur 16S baktéri rRNA urutan gén, supplemented ku sakabeh tumor sequencing génom jang meberkeun characterize microbiome nu. Panaliti ieu diterbitkeun dina Nature Medicine salaku "Tumor terpadu, atlas imun sareng mikrobiom kanker usus besar".

Artikel diterbitkeun dina Nature Medicine

AC-ICAM Ihtisar

Panaliti ngagunakeun platform génomik ortogonal pikeun nganalisis sampel tumor beku seger sareng cocog sareng jaringan kolon séhat anu padeukeut (pasangan tumor-normal) ti pasien anu didiagnosis histologis kanker usus besar tanpa terapi sistemik. Dumasar sequencing whole-exome (WES), kontrol kualitas data RNA-seq, sareng saringan kriteria inklusi, data génomik ti 348 pasien dipikagaduh sareng dianggo pikeun analisa hilir kalayan median nurutan 4.6 taun. Tim peneliti ngaranna sumberdaya ieu Sidra-LUMC AC-ICAM: Peta sarta pituduh pikeun interaksi imun-kanker-mikrobiome (Gambar 1).

Klasifikasi molekular ngagunakeun ICR

Nangkep set modular tina spidol genetik imun pikeun immunosurveillance kanker kontinyu, disebut konstanta imun panolakan (ICR), tim peneliti dioptimalkeun ICR ku condensing kana panel 20-gén ngawengku tipe kanker béda, kaasup melanoma, kanker kandung kemih, sarta kanker payudara. ICR ogé parantos aya hubunganana sareng réspon imunoterapi dina sababaraha jinis kanker, kalebet kanker payudara.

Kahiji, panalungtik disahkeun tanda ICR tina cohort AC-ICAM, ngagunakeun pendekatan ko-klasifikasi dumasar-gén ICR pikeun mengklasifikasikan cohort kana tilu klaster / subtypes imun: ICR tinggi (tumor panas), ICR sedeng jeung ICR low (tumor tiis) (Gambar 1b). Peneliti dicirikeun propensity imun pakait sareng subtypes molekular konsensus (CMS), klasifikasi dumasar-transcriptome kanker titik. kategori CMS kaasup CMS1 / imun, CMS2 / canonical, CMS3 / métabolik jeung CMS4 / mesenchymal. Analisis némbongkeun yén skor ICR anu négatip correlated kalawan jalur sél kanker tangtu dina sakabéh subtypes CMS, sarta correlations positif kalayan immunosuppressive sarta jalur patali stromal anu observasi ngan dina tumor CMS4.

Dina sakabéh CMS, kelimpahan sél natural killer (NK) jeung sél T sawaréh pangluhurna di ICR subtypes imun tinggi, kalawan variability gede dina sawaréh leukocyte séjén (Gambar 1c) .Subtypes imun ICR miboga OS béda jeung PFS, kalawan kanaékan kutang dina ICR ti low ka luhur (Gambar 1d), validating peran colorectal ICR kanker.

Gambar 1. Desain ulikan AC-ICAM, signature gén nu patali imun, subtypes imun jeung molekular jeung survival.
ICR ngarebut sél T anu diperkaya tumor, sacara klon diamplifikasi
Ngan minoritas sél T infiltrating jaringan tumor geus dilaporkeun husus pikeun antigén tumor (kirang ti 10%). Ku alatan éta, seuseueurna sél T intra-tumor disebut sél T bystander (sél T bystander). Korélasi neneng jeung jumlah sél T konvensional kalawan TCRs produktif dititénan dina sél stromal sarta subpopulasi leukosit (dideteksi ku RNA-seq), nu bisa dipaké pikeun estimasi subpopulasi sél T (Gambar 2a). Dina klaster ICR (gemblengna sareng klasifikasi CMS), klonalitas pangluhurna SEQ TCRs imun dititénan dina ICR-high sareng CMS subtype CMS1 / grup imun (Gambar 2c), kalayan proporsi pangluhurna tumor ICR-luhur. Ngagunakeun sakabeh transcriptome (18,270 gén), genep gén ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA, sarta CXCL10) éta diantara luhureun sapuluh gén positif pakait sareng TCR imun SEQ clonality (Gambar 2d). ImmunoSEQ TCR clonality correlated leuwih kuat jeung paling gén ICR ti correlations observasi ngagunakeun tumor-responsif CD8 + spidol (Gambar 2f na 2g). Dina kacindekan, analisis di luhur nunjukkeun yén tanda tangan ICR ngarebut ayana tumor-enriched, clonally amplified sél T sarta bisa ngajelaskeun implikasi prognostic na.

Gambar 2. TCR metrics jeung korelasi jeung gén nu patali imun, subtypes imun jeung molekular.
Komposisi mikrobiom dina jaringan séhat sareng kanker kolon
Para panalungtik ngalaksanakeun 16S rRNA sequencing ngagunakeun DNA sasari tina tumor cocog jeung jaringan titik cageur ti 246 penderita (Gambar 3a). Pikeun validasi, panaliti ogé nganalisis data urutan gén rRNA 16S tina 42 sampel tumor tambahan anu henteu cocog sareng DNA normal anu sayogi pikeun dianalisis. Kahiji, peneliti ngabandingkeun kaayaanana relatif flora antara tumor loyog jeung jaringan titik cageur. Clostridium perfringens ningkat sacara signifikan dina tumor dibandingkeun sareng sampel séhat (Gambar 3a-3d). Aya henteu béda anu signifikan dina diversity alfa (karagaman jeung kaayaanana spésiés dina sampel tunggal) antara tumor jeung sampel cageur, sarta réduksi modest di diversity mikroba ieu observasi dina tumor ICR-luhur relatif ka tumor ICR-low.
Pikeun ngadeteksi asosiasi anu relevan sacara klinis antara profil mikroba sareng hasil klinis, panalungtik narékahan ngagunakeun data urutan gén rRNA 16S rRNA pikeun ngaidentipikasi fitur microbiome anu ngaramal kasalametan. Dina AC-ICAM246, panalungtik ngajalankeun modél régrési OS Cox anu milih 41 fitur sareng koefisien non-enol (pakait sareng résiko mortalitas diferensial), anu disebut klasifikasi MBR (Gambar 3f).
Dina cohort latihan ieu (ICAM246), skor MBR low (MBR <0, MBR low) ieu pakait sareng resiko nyata handap maot (85%). Peneliti dikonfirmasi pakaitna antara MBR low (resiko) jeung OS berkepanjangan dina dua cohorts disahkeun bebas (ICAM42 na TCGA-COAD). (Gambar 3) Panaliti nunjukkeun korelasi anu kuat antara cocci endogastric sareng skor MBR, anu sami dina tumor sareng jaringan titik séhat.

Gambar 3. Microbiome dina tumor jeung jaringan sehat sarta hubungan jeung ICR na survival sabar.
kacindekan
Pendekatan multi-omics anu digunakeun dina ulikan ieu ngamungkinkeun deteksi lengkep sareng analisa tanda tangan molekular réspon imun dina kanker kolorektal sareng ngungkabkeun interaksi antara mikrobiom sareng sistem imun. Urutan TCR jero tumor sareng jaringan séhat ngungkabkeun yén pangaruh prognostik ICR tiasa disababkeun ku kamampuanana pikeun nangkep klon sél T tumor-enriched sareng kamungkinan tumor antigen-spésifik.

Ku nganalisa komposisi mikrobiom tumor nganggo urutan gén rRNA 16S dina conto AC-ICAM, tim ngaidentipikasi tanda tangan microbiome (skor résiko MBR) kalayan nilai prognostik anu kuat. Sanaos tanda tangan ieu diturunkeun tina conto tumor, aya korelasi anu kuat antara kolorektum séhat sareng skor résiko tumor MBR, nunjukkeun yén tandatangan ieu tiasa nyandak komposisi mikrobiom usus pasien. Ku ngagabungkeun skor ICR sareng MBR, éta mungkin pikeun ngaidentipikasi sareng ngabuktoskeun biomarker murid multi-omic anu ngaramalkeun kasalametan pasien kanker usus besar. Dataset multi-omic ulikan ieu nyayogikeun sumber pikeun langkung ngartos biologi kanker usus besar sareng ngabantosan mendakan pendekatan terapi pribadi.

Rujukan:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI et al. Tumor terpadu, atlas imun sareng mikrobiom kanker kolon. Nat Med 29, 1273-1286 (2023).