Nat Med | Integratsiyalashgan o'simtani xaritalashda multi-omiks yondashuvi

Nat Med | Kolorektal saratonning integratsiyalashgan o'simtasini, immun va mikrobial landshaftini xaritalashda multi-omiks yondashuvi mikrobiomaning immunitet tizimi bilan o'zaro ta'sirini ochib beradi.
So'nggi yillarda asosiy yo'g'on ichak saratoni uchun biomarkerlar keng o'rganilgan bo'lsa-da, hozirgi klinik ko'rsatmalar faqat o'simta-limfa tugunlari-metastaz bosqichlari va DNK nomuvofiqligini tuzatish (MMR) nuqsonlarini yoki mikrosatellit beqarorligini (MSI) aniqlashga (standart patologiya testidan tashqari) tayanadi. Tadqiqotchilar Saraton Genom Atlasi (TCGA) kohortasida kolorektal saraton kohorti va bemorning omon qolishida gen ekspressiyasiga asoslangan immunitet reaktsiyalari, mikrob profillari va o'simta stromasi o'rtasida bog'liqlik yo'qligini ta'kidladilar.

Tadqiqotlar davom etar ekan, birlamchi kolorektal saratonning miqdoriy xarakteristikalari, shu jumladan saraton hujayrali, immun, stromal yoki saratonning mikrobial tabiati klinik natijalar bilan sezilarli darajada bog'liqligi haqida xabar berilgan, ammo ularning o'zaro ta'siri bemorning natijalariga qanday ta'sir qilishini tushunish hali ham cheklangan.
Fenotipik murakkablik va natija o'rtasidagi bog'liqlikni aniqlash uchun Qatardagi Sidra Tibbiy Tadqiqotlar Instituti tadqiqotchilari guruhi yaqinda mikrobioma xususiyatlarini va immunitetni rad etish konstantalarini (ICR) birlashtirib, yaxshi omon qolish darajasiga ega bemorlar guruhini aniqlaydigan integratsiyalangan ballni (mICRoScore) ishlab chiqdi va tasdiqladi. Jamoa birlamchi yo'g'on ichak saratoni bilan og'rigan 348 nafar bemordan olingan yangi muzlatilgan namunalarning keng qamrovli genomik tahlilini o'tkazdi, shu jumladan o'smalarning RNK ketma-ketligi va mos keladigan sog'lom yo'g'on ichak to'qimalari, butun ekzoma ketma-ketligi, chuqur T-hujayra retseptorlari va 16S bakterial rRNK gen sekvensiyasi, butun o'simta mikrobini yanada sekvensiyasi bilan to'ldiriladi. Tadqiqot Nature Medicine jurnalida "Yo'g'on ichak saratonining integratsiyalashgan o'simtasi, immun va mikrobioma atlasi" sifatida nashr etilgan.

Maqola Nature Medicine jurnalida chop etilgan

AC-ICAM haqida umumiy ma'lumot

Tadqiqotchilar tizimli terapiyasiz yo'g'on ichak saratoni gistologik tashxisi bo'lgan bemorlarning yangi muzlatilgan o'simta namunalarini va mos keladigan qo'shni sog'lom yo'g'on ichak to'qimasini (o'simta-normal juftliklarni) tahlil qilish uchun ortogonal genomik platformadan foydalanganlar. Butun ekzom ketma-ketligi (WES), RNK-seq ma'lumotlar sifatini nazorat qilish va inklyuziya mezonlari skriningiga asoslanib, 348 bemorning genomik ma'lumotlari saqlanib qoldi va o'rtacha 4,6 yil kuzatuv bilan quyi oqim tahlili uchun foydalanildi. Tadqiqot guruhi ushbu manbaga Sidra-LUMC AC-ICAM deb nom berdi: Immun-saraton-mikrobioma o'zaro ta'siri bo'yicha xarita va qo'llanma (1-rasm).

ICR yordamida molekulyar tasniflash

Rad etishning immun doimiysi (ICR) deb ataladigan doimiy saraton immun nazorati uchun immun genetik markerlarning modulli to'plamini qo'lga kiritib, tadqiqot guruhi ICRni turli xil saraton turlarini, jumladan melanoma, siydik pufagi saratoni va ko'krak saratonini qamrab oluvchi 20-gen panelga zichlash orqali optimallashtirdi. ICR, shuningdek, turli xil saraton turlari, jumladan, ko'krak saratoni uchun immunoterapiya javobi bilan bog'liq.

Birinchidan, tadqiqotchilar AC-ICAM kogortasining ICR imzosini tasdiqladilar, bu kogortni uchta klasterga/immun subtiplariga: yuqori ICR (issiq o'smalar), o'rta ICR va past ICR (sovuq o'smalar) ga tasniflash uchun ICR geniga asoslangan birgalikda tasniflash yondashuvidan foydalangan holda (1b-rasm). Tadqiqotchilar yo'g'on ichak saratonining transkriptomga asoslangan tasnifi bo'lgan konsensus molekulyar subtiplari (CMS) bilan bog'liq immunitet moyilligini tavsifladilar. CMS toifalariga CMS1/immun, CMS2/kanonik, CMS3/metabolik va CMS4/mezenximal kiradi. Tahlillar shuni ko'rsatdiki, ICR skorlari barcha CMS subtiplarida saraton hujayralarining ma'lum yo'llari bilan salbiy bog'liq bo'lib, immunosupressiv va stromal bilan bog'liq yo'llar bilan ijobiy korrelyatsiya faqat CMS4 o'smalarida kuzatilgan.

Barcha CMSda tabiiy qotil (NK) hujayralar va T hujayralar to'plamining ko'pligi ICRning yuqori immunitetli subtiplarida eng yuqori bo'lgan, boshqa leykotsitlar kichik guruhlarida ko'proq o'zgaruvchanlik (1c-rasm). ICR immun subtiplari turli xil OS va PFSga ega bo'lib, ICRning pastdan yuqoriga bosqichma-bosqich o'sishi bilan (1-rasm) saraton kasalligining prognozli roli).

Shakl 1. AC-ICAM tadqiqot dizayni, immun bilan bog'liq gen imzosi, immun va molekulyar subtiplar va omon qolish.
ICR o'simta bilan boyitilgan, klonal ravishda kuchaytirilgan T hujayralarini ushlaydi
O'simta to'qimalariga infiltratsiya qiluvchi T hujayralarining ozchilik qismi o'simta antijeni uchun o'ziga xosligi (10% dan kam) haqida xabar berilgan. Shuning uchun o'simta ichidagi T hujayralarining ko'pchiligi kuzatuvchi T-hujayralari (bystander T hujayralari) deb ataladi. An'anaviy T-hujayralar soni bilan samarali TCR bilan eng kuchli bog'liqlik stromal hujayralar va leykotsitlar subpopulyatsiyalarida (RNK-seq tomonidan aniqlangan) kuzatildi, bu T hujayralari subpopulyatsiyasini baholash uchun ishlatilishi mumkin (2a-rasm). ICR klasterlarida (umumiy va CMS tasnifi) immun SEQ TCRlarining eng yuqori klonalligi ICR-yuqori va CMS kichik tipidagi CMS1/immun guruhlarida kuzatildi (2c-rasm), ICR-yuqori o'smalarining eng yuqori nisbati. Butun transkriptomdan (18,270 gen) foydalangan holda, oltita ICR geni (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA va CXCL10) TCR immun SEQ klonalligi bilan ijobiy bog'liq bo'lgan o'nta genlar qatoriga kirdi (2d-rasm). ImmunoSEQ TCR klonalligi o'simtaga javob beruvchi CD8+ markerlari yordamida kuzatilgan korrelyatsiyalarga qaraganda ko'pchilik ICR genlari bilan kuchliroq bog'langan (2f va 2g-rasm). Xulosa qilib aytganda, yuqoridagi tahlil shuni ko'rsatadiki, ICR imzosi o'simta bilan boyitilgan, klonal ravishda kuchaytirilgan T-hujayralar mavjudligini ushlaydi va uning prognostik oqibatlarini tushuntirishi mumkin.

Shakl 2. TCR ko'rsatkichlari va immun bilan bog'liq genlar, immun va molekulyar subtiplar bilan korrelyatsiya.
Sog'lom va yo'g'on ichak saratoni to'qimalarida mikrobioma tarkibi
Tadqiqotchilar 246 bemordan mos keladigan o'sma va sog'lom yo'g'on ichak to'qimalaridan olingan DNK yordamida 16S rRNK ketma-ketligini amalga oshirdilar (3a-rasm). Tasdiqlash uchun tadqiqotchilar tahlil qilish uchun mavjud bo'lgan normal DNKga mos kelmaydigan qo'shimcha 42 o'simta namunasidan olingan 16S rRNK geni ketma-ketligi ma'lumotlarini qo'shimcha ravishda tahlil qildilar. Birinchidan, tadqiqotchilar mos keladigan o'smalar va sog'lom yo'g'on ichak to'qimalari o'rtasidagi floraning nisbiy ko'pligini solishtirishdi. Clostridium perfringens sog'lom namunalar bilan solishtirganda o'smalarda sezilarli darajada oshdi (3a-3d-rasm). O'simta va sog'lom namunalar o'rtasida alfa xilma-xilligida (bitta namunadagi turlarning xilma-xilligi va ko'pligi) sezilarli farq yo'q edi va ICR darajasi past bo'lgan o'smalarga nisbatan ICR darajasi yuqori bo'lgan o'smalarda mikrobial xilma-xillikning oddiy qisqarishi kuzatildi.
Mikrob profillari va klinik natijalar o'rtasidagi klinik jihatdan bog'liq aloqalarni aniqlash uchun tadqiqotchilar omon qolishni bashorat qiluvchi mikrobioma xususiyatlarini aniqlash uchun 16S rRNK genini ketma-ketlik ma'lumotlaridan foydalanishni maqsad qilgan. AC-ICAM246 da tadqiqotchilar MBR klassifikatorlari deb ataladigan nolga teng bo'lmagan koeffitsientli (differensial o'lim xavfi bilan bog'liq) 41 xususiyatni tanlagan OS Cox regressiya modelini ishga tushirdilar (3f-rasm).
Ushbu trening kohortida (ICAM246) past MBR balli (MBR<0, past MBR) o'lim xavfi sezilarli darajada past bo'lgan (85%). Tadqiqotchilar mustaqil ravishda tasdiqlangan ikkita kohortada (ICAM42 va TCGA-COAD) past MBR (xavf) va uzoq muddatli OS o'rtasidagi bog'liqlikni tasdiqladilar. (3-rasm) Tadqiqot endogastrik kokklar va MBR ko'rsatkichlari o'rtasida kuchli bog'liqlikni ko'rsatdi, ular o'simta va sog'lom yo'g'on ichak to'qimalarida o'xshash edi.

Shakl 3. O'simta va sog'lom to'qimalarda mikrobioma va ICR va bemorning omon qolishi bilan aloqasi.
Xulosa
Ushbu tadqiqotda qo'llaniladigan multi-omiks yondashuvi yo'g'on ichak saratonida immun javobning molekulyar belgisini to'liq aniqlash va tahlil qilish imkonini beradi va mikrobioma va immunitet tizimi o'rtasidagi o'zaro ta'sirni ochib beradi. O'simta va sog'lom to'qimalarning chuqur TCR ketma-ketligi ICR ning prognostik ta'siri uning o'simta bilan boyitilgan va ehtimol o'simta antigeniga xos T-hujayra klonlarini ushlash qobiliyatiga bog'liq bo'lishi mumkinligini aniqladi.

AC-ICAM namunalarida 16S rRNK geni ketma-ketligidan foydalangan holda o'simta mikrobioma tarkibini tahlil qilib, jamoa kuchli prognostik qiymatga ega bo'lgan mikrobioma imzosini (MBR xavf balli) aniqladi. Garchi bu imzo o'simta namunalaridan olingan bo'lsa-da, sog'lom yo'g'on ichak va o'sma MBR xavfi o'rtasida kuchli bog'liqlik mavjud edi, bu esa bu imzo bemorlarning ichak mikrobiomalari tarkibini qamrab olishi mumkinligini ko'rsatadi. ICR va MBR ko'rsatkichlarini birlashtirib, yo'g'on ichak saratoni bilan og'rigan bemorlarda omon qolishni bashorat qiluvchi ko'p omik talabalar biomarkerini aniqlash va tasdiqlash mumkin edi. Tadqiqotning multi-omik ma'lumotlar to'plami yo'g'on ichak saratoni biologiyasini yaxshiroq tushunish va shaxsiylashtirilgan terapevtik yondashuvlarni topishga yordam beradigan manbani taqdim etadi.

Malumot:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmad, EI va boshqalar. Yo'g'on ichak saratonining integratsiyalashgan o'sma, immun va mikrobioma atlasi. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).