Nat Med | Eng Multi-omics Approche fir den integréierten Tumor ze kartéieren

Nat Med | Eng Multi-Omics Approche fir d'integréiert Tumor, Immun a mikrobial Landschaft vu Kolorektalkriibs ze kartéieren weist d'Interaktioun vum Mikrobiom mam Immunsystem op.
Obwuel Biomarker fir primär Colon Kriibs extensiv an de leschte Jore studéiert goufen, vertrauen aktuell klinesch Richtlinnen nëmmen op Tumor-Lymph Node-Metastasen Stadium an Detektioun vun DNA Mëssmatch Reparatur (MMR) Mängel oder Mikrosatellit Instabilitéit (MSI) (zousätzlech zu Standard Pathologie Tester) fir Behandlungsempfehlungen ze bestëmmen. Fuerscher hunn e Manktem un Associatioun tëscht Genausdrock-baséiert Immunreaktiounen, mikrobielle Profiler, an Tumorstroma an der Cancer Genome Atlas (TCGA) Kolorektal Kriibs Kohort a Patient Iwwerliewe bemierkt.

Wéi d'Fuerschung fortgeschratt ass, sinn quantitativ Charakteristiken vum primäre Kolorektalkriibs, dorënner Kriibszellulär, Immun, stromal oder mikrobial Natur vum Kriibs, gemellt ginn fir wesentlech mat klineschen Resultater ze korreléieren, awer et ass nach ëmmer limitéiert Verständnis wéi hir Interaktiounen d'Patienteresultater beaflossen.
Fir d'Relatioun tëscht phänotypescher Komplexitéit an dem Resultat ze dissektéieren, huet e Team vu Fuerscher vum Sidra Institut fir Medizinesch Fuerschung am Qatar viru kuerzem en integréierte Score (mICRoScore) entwéckelt a validéiert, deen eng Grupp vu Patienten mat gudden Iwwerliewensraten identifizéiert andeems d'Mikrobiomecharakteristiken an d'Immunablehnungskonstanten (ICR) kombinéiert ginn. D'Team huet eng ëmfaassend genomesch Analyse vu frësche gefruerene Proben aus 348 Patienten mat primäre Kolorektalkriibs gemaach, dorënner RNA Sequencing vun Tumoren a passend gesond Kolorektal Tissue, ganz Exome Sequenzéierung, déif T-Zell Rezeptor an 16S bakteriell rRNA Gen Sequenzéierung, ergänzt duerch ganz Tumorgenom Sequenzéierung fir de Mikrobiogenom weider ze charakteriséieren. D'Studie gouf an der Nature Medicine als "En integréierten Tumor, Immun- a Mikrobiomeatlas vu Colon Kriibs publizéiert".

Artikel publizéiert an Nature Medicine

AC-ICAM Iwwersiicht

D'Fuerscher hunn eng orthogonal genomesch Plattform benotzt fir frësch gefruerene Tumorproben ze analyséieren an angrenzend gesonde Colongewebe (tumor-normale Pairen) vu Patienten mat enger histologescher Diagnostik vu Colon Kriibs ouni systemesch Therapie ze passen. Baséierend op Ganz-Exome Sequenzéierung (WES), RNA-Seq Daten Qualitéitskontroll, an Inklusioun Critèren Duerchmusterung, genomesch Donnéeën vun 348 Patienten goufen zréckbehalen a fir Downstream Analyse mat engem mediane Suivi vun 4,6 Joer benotzt. D'Fuerschungsteam huet dës Ressource Sidra-LUMC AC-ICAM benannt: Eng Kaart a Guide fir Immun-Kriibs-Mikrobiom Interaktiounen (Figur 1).

Molekulare Klassifikatioun mat ICR

Eng modulare Set vun immun genetesche Markéierer fir kontinuéierlech Kriibsimmunsurveillance erfaasst, den Immunkonstant vun der Oflehnung (ICR) genannt, huet d'Fuerschungsteam den ICR optimiséiert andeems se se an eng 20-Gen Panel kondenséiert déi verschidde Kriibsarten deckt, dorënner Melanom, Blasekriibs a Brustkrebs. ICR ass och mat der Immuntherapie-Äntwert a verschiddene Kriibsarten verbonne ginn, dorënner Brustkrebs.

Als éischt hunn d'Fuerscher d'ICR Ënnerschrëft vun der AC-ICAM Kohort validéiert, mat enger ICR Gen-baséiert Co-Klassifikatioun Approche fir d'Kohort an dräi Cluster / Immunsubtypen ze klassifizéieren: héich ICR (waarm Tumoren), mëttel ICR a niddereg ICR (kal Tumoren) (Dorënner 1b). Fuerscher charakteriséiert d'Immunpropensitéit verbonne mat Konsensmolekulare Subtypen (CMS), eng Transkriptom-baséiert Klassifikatioun vu Colon Kriibs. der CMS Kategorien abegraff CMS1 /immun, CMS2 /kanonesch, CMS3 /metabolic an CMS4 /mesenchymal. Analyse huet gewisen datt ICR Partituren negativ mat bestëmmte Kriibszellweeër an all CMS-Ënnertypen korreléiert goufen, a positiv Korrelatiounen mat immunosuppressive a stromal-Zesummenhang Weeër goufen nëmmen an CMS4 Tumoren observéiert.

An all CMS, war d'Heefegkeet vun natierleche Killer (NK) Zell an T Zell subsets héchste an ICR héich immun subtypes, mat gréisser Verännerlechkeet an anere leukocyte subsets (Dorënner 1c).ICR immun subtypes haten verschidden OS an PFS, mat enger progressiver Erhéijung vun ICR aus niddereg ze héich (Dorënner 1d), validéieren der prognostic Kriibs an Faarf.

Figur 1. AC-ICAM Etude Design, immun-Zesummenhang Gen Ënnerschrëft, immun a molekulare subtypes an Iwwerliewe.
ICR erfaasst Tumor-beräichert, klonal amplifizéiert T Zellen
Nëmmen eng Minoritéit vun T-Zellen, déi Tumorgewebe infiltréieren, gouf gemellt fir spezifesch fir Tumorantigenen ze sinn (manner wéi 10%). Dofir ginn d'Majoritéit vun den Intra-Tumor T Zellen als Bystander T Zellen (Bystander T Zellen) bezeechent. De stäerkste Korrelatioun mat der Zuel vun konventionelle T Zellen mat produktiv TCRs war an stromal Zell an leukocyte subpopulations observéiert (vun RNS-seq festgestallt), déi benotzt kënne T Zell subpopulations ze schätzen (Dorënner 2a). Am ICR Stärekéip (allgemeng an CMS Klassifikatioun), déi héchste clonality vun immun SEQ TCRs war an der ICR-héich an CMS subtype CMS1 /immun Gruppen (Dorënner 2c), mat der héchster Undeel vun ICR-héich erhéijen observéiert. Mat der ganzer transcriptome (18.270 Genen), sechs ICR Genen (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA, an CXCL10) waren ënnert den Top Ten Genen positiv mat TCR immun SEQ clonality assoziéiert (Dorënner 2d). ImmunoSEQ TCR Klonalitéit korreléiert méi staark mat de meeschte ICR Genen wéi d'Korrelatiounen, déi observéiert goufen mat Tumorreaktiounsfäeger CD8+ Markéierer (Dorënner 2f an 2g). Als Conclusioun, hindeit der uewen Analyse datt d'ICR Ënnerschrëft d'Präsenz vun entholl-beräichert, clonally amplified T Zellen erfaasst a seng prognostic Implikatioune erklären kann.

Figur 2. TCR Metriken a Korrelatioun mat immun-verbonne Genen, immun a molekulare subtypes.
Mikrobiome Zesummesetzung a gesonden a Colon Kriibs Stoffer
D'Fuerscher hunn 16S rRNA Sequenzéierung gemaach mat DNA extrahéiert aus passenden Tumor a gesonde Colongewebe vun 246 Patienten (Figur 3a). Fir d'Validatioun hunn d'Fuerscher zousätzlech 16S rRNA Gen Sequenzéierungsdaten vun zousätzlech 42 Tumorproben analyséiert, déi net mat normaler DNA verfügbar waren fir Analyse. Als éischt hunn d'Fuerscher de relativen Heefegkeet vu Flora tëscht ugepasste Tumoren a gesonde Colongewebe verglach. Clostridium perfringens war bedeitend an der erhéijen vergréissert am Verglach zu de gesond Echantillon (Dorënner 3a-3d). Et war kee groussen Ënnerscheed zu Alpha Diversitéit (Diversitéit an Heefegkeet vun Arten an engem eenzege Prouf) tëscht entholl a gesond Echantillon, an eng modest Reduktioun vun microbial Diversitéit war an ICR-héich erhéijen relativ zu ICR-niddereg erhéijen observéiert.
Fir klinesch relevant Associatiounen tëscht mikrobiellen Profiler a klineschen Resultater z'entdecken, hunn d'Fuerscher gezielt 16S rRNA Gen Sequenzéierungsdaten ze benotzen fir Mikrobiom Features z'identifizéieren déi d'Iwwerliewe viraussoen. Bei AC-ICAM246 hunn d'Fuerscher en OS Cox Regressiounsmodell ausgefouert, deen 41 Features mat Net-Null Koeffizienten ausgewielt huet (verbonne mat Differential Mortalitéitsrisiko), genannt MBR Klassifizéierer (Figure 3f).
An dëser Trainingskohort (ICAM246) war e nidderegen MBR Score (MBR <0, niddereg MBR) mat engem wesentlech manner Risiko vum Doud assoziéiert (85%). Fuerscher bestätegt d'Associatioun tëscht nidderegen MBR (Risiko) a verlängerter OS an zwee onofhängeg validéiert Kohorten (ICAM42 an TCGA-COAD). (Figure 3) D'Studie huet eng staark Korrelatioun tëscht endogastric cocci a MBR Scores gewisen, déi ähnlech am Tumor a gesonde Colongewebe waren.

Figur 3. Mikrobiome am Tumor a gesonde Gewëss an d'Relatioun mat ICR a Patient Iwwerliewe.
Conclusioun
D'Multi-Omics Approche, déi an dëser Etude benotzt gëtt, erméiglecht eng grëndlech Detektioun an Analyse vun der molekulare Ënnerschrëft vun der Immunantwort am Kolorektalkriibs a weist d'Interaktioun tëscht dem Mikrobiom an dem Immunsystem op. Déif TCR sequencing vun entholl a gesond Stoffer verroden, datt de prognostic Effet vun ICR wéinst senger Fähegkeet entholl-beräichert an eventuell entholl antigen-spezifesch T Zell clones kann.

Duerch d'Analyse vun der Tumormikrobiom Zesummesetzung mat der 16S rRNA Gen Sequenzéierung an AC-ICAM Proben, huet d'Team eng Mikrobiome Ënnerschrëft (MBR Risiko Score) mat staarke prognostesche Wäert identifizéiert. Obwuel dës Ënnerschrëft aus entholl Echantillon ofgeleet gouf, war et eng staark Korrelatioun tëscht gesond colorectum an entholl MBR Risiko Score, suggeréiert datt dës Ënnerschrëft der GUT microbiome Zesummesetzung vu Patienten erfaassen kann. Duerch d'Kombinatioun vun den ICR an MBR Partituren, war et méiglech e Multi-omic Student Biomarker z'identifizéieren an ze validéieren, deen d'Iwwerliewe bei Patienten mat Colon Kriibs virausgesot. D'Studie Multi-omic Dataset bitt eng Ressource fir d'Biologie vum Doppelpunkt Kriibs besser ze verstoen an ze hëllefen personaliséiert therapeutesch Approche z'entdecken.

Referenz:
Roelands J, Kuppen PJK, Ahmed EI et al. En integréierten Tumor-, Immun- a Mikrobiomeatlas vu Colon Kriibs. Nat Med 29, 1273-1286 (2023).