Nat Med | Uma abordagem multiômica para mapear o tumor integrado

Nat Med | Uma abordagem multiômica para mapear o cenário tumoral, imunológico e microbiano integrado do câncer colorretal revela a interação do microbioma com o sistema imunológico
Embora os biomarcadores para câncer de cólon primário tenham sido extensivamente estudados nos últimos anos, as diretrizes clínicas atuais baseiam-se apenas no estadiamento tumor-linfonodo-metástase e na detecção de defeitos no reparo de incompatibilidade de DNA (MMR) ou instabilidade de microssatélites (MSI) (além dos testes patológicos padrão) para determinar as recomendações de tratamento. Pesquisadores observaram uma ausência de associação entre respostas imunes baseadas na expressão gênica, perfis microbianos e estroma tumoral na coorte de câncer colorretal do Atlas do Genoma do Câncer (TCGA) e a sobrevida dos pacientes.

À medida que a pesquisa avança, as características quantitativas do câncer colorretal primário, incluindo a natureza celular, imunológica, estromal ou microbiana do câncer, têm se correlacionado significativamente com os resultados clínicos, mas ainda há uma compreensão limitada de como suas interações afetam os resultados dos pacientes.
Para dissecar a relação entre a complexidade fenotípica e o desfecho, uma equipe de pesquisadores do Instituto Sidra de Pesquisa Médica, no Catar, desenvolveu e validou recentemente um escore integrado (mICRoScore) que identifica um grupo de pacientes com boas taxas de sobrevida, combinando características do microbioma e constantes de rejeição imunológica (ICR). A equipe realizou uma análise genômica abrangente de amostras frescas congeladas de 348 pacientes com câncer colorretal primário, incluindo sequenciamento de RNA de tumores e tecido colorretal saudável compatível, sequenciamento completo do exoma, sequenciamento do gene do receptor de células T profundo e do gene rRNA bacteriano 16S, complementado pelo sequenciamento completo do genoma tumoral para caracterizar ainda mais o microbioma. O estudo foi publicado na Nature Medicine como "An integrated tumor, immune and microbiome atlas of colon cancer" (Um atlas integrado de tumor, imunidade e microbioma do câncer de cólon).

Artigo publicado na Nature Medicine

Visão geral do AC-ICAM

Pesquisadores utilizaram uma plataforma genômica ortogonal para analisar amostras tumorais frescas congeladas e tecido colônico saudável adjacente correspondente (pares tumor-normal) de pacientes com diagnóstico histológico de câncer de cólon sem terapia sistêmica. Com base no sequenciamento completo do exoma (WES), no controle de qualidade dos dados de RNA-seq e na triagem de critérios de inclusão, os dados genômicos de 348 pacientes foram retidos e utilizados para análise posterior com um acompanhamento mediano de 4,6 anos. A equipe de pesquisa denominou este recurso de Sidra-LUMC AC-ICAM: Um mapa e guia para interações entre o sistema imunológico, o câncer e o microbioma (Figura 1).

Classificação molecular usando ICR

Capturando um conjunto modular de marcadores genéticos imunológicos para imunovigilância contínua do câncer, chamado de constante imunológica de rejeição (ICR), a equipe de pesquisa otimizou a ICR condensando-a em um painel de 20 genes abrangendo diferentes tipos de câncer, incluindo melanoma, câncer de bexiga e câncer de mama. A ICR também tem sido associada à resposta à imunoterapia em diversos tipos de câncer, incluindo o câncer de mama.

Primeiramente, os pesquisadores validaram a assinatura ICR da coorte AC-ICAM, utilizando uma abordagem de coclassificação baseada em genes de ICR para classificar a coorte em três grupos/subtipos imunológicos: ICR alto (tumores quentes), ICR médio e ICR baixo (tumores frios) (Figura 1b). Os pesquisadores caracterizaram a propensão imunológica associada aos subtipos moleculares de consenso (CMS), uma classificação do câncer de cólon baseada no transcriptoma. As categorias de CMS incluíam CMS1/imune, CMS2/canônico, CMS3/metabólico e CMS4/mesenquimal. A análise mostrou que as pontuações de ICR foram negativamente correlacionadas com certas vias de células cancerígenas em todos os subtipos de CMS, e correlações positivas com vias imunossupressoras e relacionadas ao estroma foram observadas apenas em tumores CMS4.

Em todos os CMS, a abundância de subconjuntos de células natural killer (NK) e células T foi maior nos subtipos de alta imunidade do ICR, com maior variabilidade em outros subconjuntos de leucócitos (Figura 1c). Os subtipos de imunidade do ICR tiveram SO e PFS diferentes, com um aumento progressivo no ICR de baixo para alto (Figura 1d), validando o papel prognóstico do ICR no câncer colorretal.

Figura 1. Desenho do estudo AC-ICAM, assinatura genética relacionada ao sistema imunológico, subtipos imunológicos e moleculares e sobrevivência.
O ICR captura células T amplificadas clonalmente e enriquecidas com tumor
Apenas uma minoria de células T que infiltram o tecido tumoral foi relatada como específica para antígenos tumorais (menos de 10%). Portanto, a maioria das células T intratumorais é chamada de células T bystander (células T bystander). A correlação mais forte com o número de células T convencionais com TCRs produtivos foi observada em subpopulações de células estromais e leucócitos (detectadas por RNA-seq), que podem ser usadas para estimar subpopulações de células T (Figura 2a). Nos grupos ICR (classificação geral e CMS), a maior clonalidade de TCRs de SEQ imunes foi observada nos grupos ICR-alto e subtipo CMS CMS1/imune (Figura 2c), com a maior proporção de tumores ICR-alto. Usando o transcriptoma completo (18.270 genes), seis genes ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA e CXCL10) estavam entre os dez principais genes positivamente associados à clonalidade de SEQ imunes de TCR (Figura 2d). A clonalidade do TCR ImmunoSEQ correlacionou-se mais fortemente com a maioria dos genes ICR do que as correlações observadas usando marcadores CD8+ responsivos a tumores (Figuras 2f e 2g). Em conclusão, a análise acima sugere que a assinatura ICR captura a presença de células T amplificadas clonalmente e enriquecidas em tumores, e pode explicar suas implicações prognósticas.

Figura 2. Métricas de TCR e correlação com genes relacionados ao sistema imunológico, subtipos imunológicos e moleculares.
Composição do microbioma em tecidos saudáveis ​​e com câncer de cólon
Os pesquisadores realizaram o sequenciamento do 16S rRNA usando DNA extraído de tecido tumoral compatível e tecido de cólon saudável de 246 pacientes (Figura 3a). Para validação, os pesquisadores analisaram adicionalmente dados de sequenciamento do gene 16S rRNA de 42 amostras tumorais adicionais que não tinham DNA normal compatível disponível para análise. Primeiro, os pesquisadores compararam a abundância relativa da flora entre tumores compatíveis e tecido de cólon saudável. Clostridium perfringens estava significativamente aumentado nos tumores em comparação com as amostras saudáveis ​​(Figura 3a-3d). Não houve diferença significativa na diversidade alfa (diversidade e abundância de espécies em uma única amostra) entre amostras tumorais e saudáveis, e uma modesta redução na diversidade microbiana foi observada em tumores com ICR alto em relação a tumores com ICR baixo.
Para detectar associações clinicamente relevantes entre perfis microbianos e desfechos clínicos, os pesquisadores buscaram utilizar dados de sequenciamento do gene 16S rRNA para identificar características do microbioma que predizem a sobrevivência. No AC-ICAM246, os pesquisadores executaram um modelo de regressão de Cox OS que selecionou 41 características com coeficientes diferentes de zero (associadas ao risco diferencial de mortalidade), chamadas classificadores MBR (Figura 3f).
Nesta coorte de treinamento (ICAM246), uma pontuação baixa na MBR (MBR < 0, MBR baixa) foi associada a um risco significativamente menor de morte (85%). Os pesquisadores confirmaram a associação entre baixa MBR (risco) e sobrevida global prolongada em duas coortes validadas de forma independente (ICAM42 e TCGA-COAD). (Figura 3) O estudo mostrou uma forte correlação entre cocos endogástricos e pontuações na MBR, que foram semelhantes em tecido tumoral e saudável do cólon.

Figura 3. Microbioma em tecidos tumorais e saudáveis ​​e a relação com ICR e sobrevida do paciente.
Conclusão
A abordagem multiômica utilizada neste estudo permite a detecção e análise completas da assinatura molecular da resposta imune no câncer colorretal e revela a interação entre o microbioma e o sistema imunológico. O sequenciamento profundo do TCR de tecidos tumorais e saudáveis ​​revelou que o efeito prognóstico do ICR pode ser devido à sua capacidade de capturar clones de células T enriquecidos em tumores e possivelmente específicos para antígenos tumorais.

Ao analisar a composição do microbioma tumoral usando o sequenciamento do gene 16S rRNA em amostras de AC-ICAM, a equipe identificou uma assinatura do microbioma (escore de risco MBR) com forte valor prognóstico. Embora essa assinatura tenha sido derivada de amostras tumorais, houve uma forte correlação entre o cólon saudável e o escore de risco MBR do tumor, sugerindo que essa assinatura pode capturar a composição do microbioma intestinal dos pacientes. Ao combinar os escores ICR e MBR, foi possível identificar e validar um biomarcador multiômico de estudantes que prediz a sobrevida em pacientes com câncer de cólon. O conjunto de dados multiômicos do estudo fornece um recurso para melhor compreender a biologia do câncer de cólon e ajudar a descobrir abordagens terapêuticas personalizadas.

Referência:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI et al. Um atlas integrado de tumor, sistema imunológico e microbioma do câncer de cólon. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).