Նատ Մեդ | Ինտեգրված ուռուցքի քարտեզագրման բազմաօմիկ մոտեցում

Նատ Մեդ | Կոլոռեկտալ քաղցկեղի ինտեգրված ուռուցքի, իմունային և մանրէաբանական լանդշաֆտի քարտեզագրման բազմաօմիկ մոտեցումը բացահայտում է միկրոբիոմի փոխազդեցությունը իմունային համակարգի հետ
Չնայած վերջին տարիներին հաստ աղիքի առաջնային քաղցկեղի բիոմարկերները լայնորեն ուսումնասիրվել են, ներկայիս կլինիկական ուղեցույցները հիմնված են միայն ուռուցքային ավշային հանգույցների մետաստազների փուլավորման վրա և ԴՆԹ-ի անհամապատասխանության վերականգնման (MMR) արատների կամ միկրոարբանյակային անկայունության (MSI) հայտնաբերման վրա (ի լրումն ստանդարտ պաթոլոգիայի թեստերի): ) որոշելու բուժման առաջարկությունները: Հետազոտողները նկատել են կապի բացակայություն գենային արտահայտման վրա հիմնված իմունային պատասխանների, մանրէաբանական պրոֆիլների և ուռուցքային ստրոմայի միջև քաղցկեղի գենոմի ատլասի (TCGA) կոլոռեկտալ քաղցկեղի խմբի և հիվանդի գոյատևման միջև:

Հաղորդվում է, որ հետազոտության ընթացքում առաջնային կոլոռեկտալ քաղցկեղի քանակական բնութագրերը, ներառյալ քաղցկեղի բջջային, իմունային, ստրոմալ կամ մանրէաբանական բնույթը, զգալիորեն փոխկապակցված են կլինիկական արդյունքների հետ, սակայն դեռևս սահմանափակ հասկացողություն կա, թե ինչպես են դրանց փոխազդեցությունները ազդում հիվանդի արդյունքների վրա: .
Ֆենոտիպային բարդության և արդյունքի միջև կապը կտրելու համար Քաթարի Սիդրա բժշկական հետազոտությունների ինստիտուտի հետազոտողների թիմը վերջերս մշակել և վավերացրել է ինտեգրված միավորը (mICRoScore), որը նույնացնում է լավ գոյատևման մակարդակ ունեցող հիվանդների խումբը՝ համատեղելով միկրոբիոմի բնութագրերը և իմունային մերժումը: հաստատուններ (ICR): Թիմը կատարել է առաջնային կոլոռեկտալ քաղցկեղով 348 հիվանդների թարմ սառեցված նմուշների համապարփակ գենոմային վերլուծություն, ներառյալ ուռուցքների ՌՆԹ-ի և առողջ կոլոռեկտալ հյուսվածքի, ամբողջական էկզոմի հաջորդականությունը, խորը T-բջիջների ընկալիչները և 16S բակտերիալ rRNA գենի հաջորդականությունը՝ լրացված ամբողջ ուռուցքով: գենոմի հաջորդականություն՝ միկրոբիոմի հետագա բնութագրման համար: Հետազոտությունը հրապարակվել է Nature Medicine-ում որպես «Հաստ աղիքի քաղցկեղի ինտեգրված ուռուցք, իմունային և միկրոբիոմային ատլաս»:

Հոդվածը հրապարակված է Nature Medicine-ում

AC-ICAM ակնարկ

Հետազոտողները օգտագործել են ուղղանկյուն գենոմային հարթակ՝ վերլուծելու թարմ սառեցված ուռուցքի նմուշները և հարակից առողջ հաստ աղիքի հյուսվածքները (ուռուցք-նորմալ զույգեր)՝ առանց համակարգային թերապիայի հաստ աղիքի քաղցկեղի հյուսվածքաբանական ախտորոշմամբ հիվանդների: Հիմնվելով ամբողջ էկզոմի հաջորդականության (WES), RNA-seq տվյալների որակի վերահսկման և ներառման չափանիշների ցուցադրման վրա՝ 348 հիվանդների գենոմային տվյալները պահպանվել և օգտագործվել են ներքևում գտնվող վերլուծության համար՝ 4,6 տարվա միջին հետևումով: Հետազոտական ​​թիմն այս ռեսուրսը անվանել է Sidra-LUMC AC-ICAM. Իմունային քաղցկեղի և միկրոբիոմի փոխազդեցության քարտեզ և ուղեցույց (Նկար 1):

Մոլեկուլային դասակարգում ICR-ի միջոցով

Ձեռք բերելով քաղցկեղի շարունակական իմունային հսկողության համար իմունային գենետիկական մարկերների մոդուլային հավաքածու, որը կոչվում է մերժման իմունային հաստատուն (ICR), հետազոտական ​​թիմը օպտիմիզացրել է ICR-ը՝ այն խտացնելով 20 գենային վահանակի մեջ, որն ընդգրկում է քաղցկեղի տարբեր տեսակներ, ներառյալ մելանոմա, միզապարկի քաղցկեղ և կրծքագեղձի քաղցկեղ. ICR-ը նաև կապված է իմունոթերապիայի արձագանքի հետ քաղցկեղի տարբեր տեսակների, ներառյալ կրծքագեղձի քաղցկեղի դեպքում:

Նախ, հետազոտողները վավերացրել են AC-ICAM կոհորտի ICR ստորագրությունը՝ օգտագործելով ICR գենի վրա հիմնված համադասակարգման մոտեցումը՝ խումբը դասակարգելու երեք կլաստերների/իմունային ենթատիպերի՝ բարձր ICR (տաք ուռուցքներ), միջին ICR և ցածր ICR (սառը): ուռուցքներ) (Նկար 1b): Հետազոտողները բնութագրել են իմունային հակվածությունը՝ կապված կոնսենսուսային մոլեկուլային ենթատիպերի (CMS) հետ՝ հաստ աղիքի քաղցկեղի տրանսկրիպտոմի վրա հիմնված դասակարգումը: CMS կատեգորիաները ներառում էին CMS1/իմունային, CMS2/կանոնական, CMS3/մետաբոլիկ և CMS4/մեզենխիմալ: Վերլուծությունը ցույց է տվել, որ ICR-ի միավորները բացասաբար են փոխկապակցված քաղցկեղային բջիջների որոշ ուղիների հետ CMS-ի բոլոր ենթատիպերում, իսկ դրական հարաբերակցությունը իմունոսուպրեսիվ և ստրոմային առնչվող ուղիների հետ նկատվել է միայն CMS4 ուռուցքների դեպքում:

Բոլոր CMS-ներում բնական մարդասպան (NK) բջիջների և T բջիջների ենթաբազմությունների առատությունն ամենաբարձրն էր ICR բարձր իմունային ենթատիպերում, ավելի մեծ փոփոխականությամբ լեյկոցիտների այլ ենթախմբերում (Նկար 1c): ICR իմունային ենթատիպերն ունեին տարբեր OS և PFS՝ առաջանցիկ աճով: ICR-ում ցածրից մինչև բարձր (Նկար 1դ), վավերացնելով ICR-ի կանխատեսող դերը կոլոռեկտալ քաղցկեղում:

Նկար 1. AC-ICAM ուսումնասիրության ձևավորում, իմունային հետ կապված գենային ստորագրություն, իմունային և մոլեկուլային ենթատիպեր և գոյատևում:
ICR-ն գրավում է ուռուցքով հարստացված, կլոնային կերպով ուժեղացված T բջիջները
Հաղորդվել է, որ ուռուցքային հյուսվածք ներթափանցող T բջիջների մի փոքր մասն է հատուկ ուռուցքային անտիգենների համար (10%-ից պակաս): Հետևաբար, ներուռուցքային T բջիջների մեծամասնությունը կոչվում է կողմնակի T բջիջներ (կողմնակի T բջիջներ): Ամենաուժեղ հարաբերակցությունը սովորական T բջիջների քանակի հետ արտադրողական TCR-ներով նկատվել է ստրոմալ բջիջների և լեյկոցիտների ենթապոպուլյացիաներում (հայտնաբերված RNA-seq-ով), որը կարող է օգտագործվել T բջիջների ենթապոպուլյացիաները գնահատելու համար (Նկար 2ա): ICR կլաստերներում (ընդհանուր և CMS դասակարգում) իմունային SEQ TCR-ների ամենաբարձր կլոնայնությունը նկատվել է ICR-բարձր և CMS ենթատիպերի CMS1/իմունային խմբերում (Նկար 2c), ICR-բարձր ուռուցքների ամենաբարձր համամասնությամբ: Օգտագործելով ամբողջ տրանսկրիպտոմը (18270 գեն) վեց ICR գեներ (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA և CXCL10) եղել են TCR իմունային SEQ կլոնայնության հետ դրականորեն կապված գեների տասնյակում (Նկար 2d): ImmunoSEQ TCR կլոնայնությունը ավելի ուժեղ է փոխկապակցված ICR գեների մեծ մասի հետ, քան ուռուցքին արձագանքող CD8+ մարկերների միջոցով դիտված հարաբերակցությունները (Նկար 2f և 2g): Եզրափակելով, վերը նշված վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ ICR-ի ստորագրությունը ցույց է տալիս ուռուցքով հարստացված, կլոնապես ուժեղացված T բջիջների առկայությունը և կարող է բացատրել դրա կանխատեսման հետևանքները:

Նկար 2. TCR չափումներ և փոխկապակցվածություն իմունային առնչվող գեների, իմունային և մոլեկուլային ենթատիպերի հետ:
Միկրոբիոմի կազմը առողջ և հաստ աղիքի քաղցկեղի հյուսվածքներում
Հետազոտողները կատարել են 16S rRNA հաջորդականություն՝ օգտագործելով 246 հիվանդի համապատասխան ուռուցքից և առողջ հաստ աղիքի հյուսվածքից արդյունահանված ԴՆԹ (Նկար 3ա): Վավերացման համար հետազոտողները լրացուցիչ վերլուծել են 16S rRNA գենի հաջորդականության տվյալները ևս 42 ուռուցքային նմուշներից, որոնք չեն համապատասխանել վերլուծության համար հասանելի նորմալ ԴՆԹ-ին: Նախ, հետազոտողները համեմատել են բուսական աշխարհի հարաբերական առատությունը համապատասխան ուռուցքների և հաստ աղիքի առողջ հյուսվածքների միջև: Clostridium perfringens-ը զգալիորեն ավելացել է ուռուցքներում՝ համեմատած առողջ նմուշների հետ (Նկար 3a-3d): Ուռուցքի և առողջ նմուշների միջև ալֆա բազմազանության (բազմազանությունը և տեսակների առատությունը մեկ նմուշում) էական տարբերություն չկար, և մանրէների բազմազանության համեստ նվազում է նկատվել ICR-բարձր ուռուցքների համեմատ ICR-ցածր ուռուցքների դեպքում:
Մանրէաբանական պրոֆիլների և կլինիկական արդյունքների միջև կլինիկական համապատասխան կապերը հայտնաբերելու համար հետազոտողները նպատակ են ունեցել օգտագործել 16S rRNA գենի հաջորդականության տվյալները՝ հայտնաբերելու միկրոբիոմի առանձնահատկությունները, որոնք կանխատեսում են գոյատևումը: AC-ICAM246-ում հետազոտողները գործարկել են OS Cox ռեգրեսիոն մոդելը, որն ընտրել է 41 հատկանիշ՝ ոչ զրոյական գործակիցներով (կապված մահացության դիֆերենցիալ ռիսկի հետ), որը կոչվում է MBR դասակարգիչներ (Նկար 3f):
Այս ուսումնական խմբում (ICAM246) ցածր MBR միավորը (MBR<0, ցածր MBR) կապված էր մահվան զգալիորեն ցածր ռիսկի հետ (85%): Հետազոտողները հաստատել են ցածր MBR (ռիսկի) և երկարատև ՕՀ-ի միջև կապը երկու անկախ վավերացված խմբերում (ICAM42 և TCGA-COAD): (Նկար 3) Հետազոտությունը ցույց տվեց ուժեղ հարաբերակցություն էնդոգաստիկ կոկի և MBR միավորների միջև, որոնք նման էին ուռուցքային և առողջ հաստ աղիքի հյուսվածքներում:

Նկար 3. Միկրոբիոմը ուռուցքային և առողջ հյուսվածքներում և կապը ICR-ի և հիվանդի գոյատևման հետ:
Եզրակացություն
Այս հետազոտության մեջ օգտագործված բազմաօմիկական մոտեցումը հնարավորություն է տալիս մանրակրկիտ հայտնաբերել և վերլուծել կոլոռեկտալ քաղցկեղի իմունային պատասխանի մոլեկուլային ստորագրությունը և բացահայտում է միկրոբիոմի և իմունային համակարգի փոխազդեցությունը: Ուռուցքի և առողջ հյուսվածքների խորը TCR հաջորդականությունը ցույց տվեց, որ ICR-ի կանխատեսող ազդեցությունը կարող է պայմանավորված լինել ուռուցքով հարստացված և, հնարավոր է, ուռուցքային հակագենին հատուկ T բջիջների կլոններ գրավելու ունակությամբ:

Վերլուծելով ուռուցքի միկրոբիոմի բաղադրությունը՝ օգտագործելով 16S rRNA գենի հաջորդականությունը AC-ICAM նմուշներում, թիմը հայտնաբերել է միկրոբիոմի ստորագրություն (MBR ռիսկի գնահատական)՝ ուժեղ կանխատեսող արժեքով: Թեև այս ստորագրությունը ստացվել է ուռուցքի նմուշներից, կար ամուր հարաբերակցություն առողջ կոլոռեկտումի և ուռուցքի MBR ռիսկի միավորի միջև, ինչը ենթադրում է, որ այս ստորագրությունը կարող է արտացոլել հիվանդների աղիքային միկրոբիոմի կազմը: Համատեղելով ICR և MBR միավորները՝ հնարավոր եղավ բացահայտել և վավերացնել բազմաօմիկ ուսանողական բիոմարկերը, որը կանխատեսում է գոյատևումը հաստ աղիքի քաղցկեղով հիվանդների մոտ: Հետազոտության բազմակողմանի տվյալների բազան ռեսուրս է տրամադրում հաստ աղիքի քաղցկեղի կենսաբանությունը ավելի լավ հասկանալու և անհատականացված թերապևտիկ մոտեցումների բացահայտմանը:

Հղում:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI et al. Հաստ աղիքի քաղցկեղի ինտեգրված ուռուցք, իմունային և միկրոբիոմային ատլաս: Nat Med 29, 1273–1286 (2023):