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Nat Med | Une approche multiomique pour cartographier le paysage intégré tumoral, immunitaire et microbien du cancer colorectal révèle l'interaction du microbiome avec le système immunitaire
Bien que les biomarqueurs du cancer primitif du côlon aient été étudiés de manière approfondie ces dernières années, les lignes directrices cliniques actuelles reposent uniquement sur la stadification des métastases tumeur-ganglion lymphatique et la détection des défauts de réparation des mésappariements de l'ADN (MMR) ou de l'instabilité des microsatellites (MSI) (en plus des tests pathologiques standards). ) pour déterminer les recommandations de traitement. Les chercheurs ont noté un manque d’association entre les réponses immunitaires basées sur l’expression des gènes, les profils microbiens et le stroma tumoral dans la cohorte du cancer colorectal du Cancer Genome Atlas (TCGA) et la survie des patients.
À mesure que la recherche progressait, il a été rapporté que les caractéristiques quantitatives du cancer colorectal primitif, notamment la nature cellulaire, immunitaire, stromale ou microbienne du cancer, étaient en corrélation significative avec les résultats cliniques, mais la compréhension de la façon dont leurs interactions affectent les résultats pour les patients est encore limitée. .
Pour disséquer la relation entre la complexité phénotypique et les résultats, une équipe de chercheurs de l'Institut Sidra de recherche médicale au Qatar a récemment développé et validé un score intégré (mICRoScore) qui identifie un groupe de patients présentant de bons taux de survie en combinant les caractéristiques du microbiome et le rejet immunitaire. constantes (ICR). L'équipe a effectué une analyse génomique complète d'échantillons frais congelés provenant de 348 patients atteints d'un cancer colorectal primaire, y compris le séquençage de l'ARN des tumeurs et du tissu colorectal sain apparié, le séquençage de l'exome entier, le récepteur des lymphocytes T profonds et le séquençage du gène de l'ARNr bactérien 16S, complété par la tumeur entière. séquençage du génome pour mieux caractériser le microbiome. L’étude a été publiée dans Nature Medicine sous le titre « Un atlas intégré des tumeurs, du système immunitaire et du microbiome du cancer du côlon ».
Article publié dans Nature Medicine
Présentation de AC-ICAM
Les chercheurs ont utilisé une plate-forme génomique orthogonale pour analyser des échantillons de tumeurs fraîchement congelés et faire correspondre les tissus sains adjacents du côlon (paires tumeur-normale) provenant de patients présentant un diagnostic histologique de cancer du côlon sans traitement systémique. Sur la base du séquençage de l'exome entier (WES), du contrôle de la qualité des données de séquençage d'ARN et de la sélection des critères d'inclusion, les données génomiques de 348 patients ont été conservées et utilisées pour une analyse en aval avec un suivi médian de 4,6 ans. L’équipe de recherche a nommé cette ressource Sidra-LUMC AC-ICAM : Une carte et un guide des interactions immunitaire-cancer-microbiome (Figure 1).
Classification moléculaire par ICR
En capturant un ensemble modulaire de marqueurs génétiques immunitaires pour l'immunosurveillance continue du cancer, appelé constante immunitaire de rejet (ICR), l'équipe de recherche a optimisé l'ICR en la condensant en un panel de 20 gènes couvrant différents types de cancer, notamment le mélanome, le cancer de la vessie et cancer du sein. L’ICR a également été associée à la réponse immunothérapeutique dans divers types de cancer, notamment le cancer du sein.
Premièrement, les chercheurs ont validé la signature ICR de la cohorte AC-ICAM, en utilisant une approche de co-classification basée sur les gènes ICR pour classer la cohorte en trois groupes/sous-types immunitaires : ICR élevé (tumeurs chaudes), ICR moyen et ICR faible (tumeurs froides). tumeurs) (Figure 1b). Les chercheurs ont caractérisé la propension immunitaire associée aux sous-types moléculaires consensus (CMS), une classification du cancer du côlon basée sur le transcriptome. les catégories CMS comprenaient CMS1/immunitaire, CMS2/canonique, CMS3/métabolique et CMS4/mésenchymateux. L'analyse a montré que les scores ICR étaient négativement corrélés à certaines voies des cellules cancéreuses dans tous les sous-types de CMS, et que des corrélations positives avec les voies immunosuppressives et liées au stroma n'étaient observées que dans les tumeurs CMS4.
Dans tous les CMS, l'abondance des sous-ensembles de cellules tueuses naturelles (NK) et de lymphocytes T était la plus élevée dans les sous-types immunitaires élevés ICR, avec une plus grande variabilité dans les autres sous-ensembles de leucocytes (Figure 1c). Les sous-types immunitaires ICR présentaient une SG et une SSP différentes, avec une augmentation progressive. dans l'ICR de faible à élevé (Figure 1d), validant le rôle pronostique de l'ICR dans le cancer colorectal.
Figure 1. Conception de l’étude AC-ICAM, signature génétique liée au système immunitaire, sous-types immunitaires et moléculaires et survie.
L’ICR capture les cellules T enrichies en tumeurs et amplifiées par clonage
Seule une minorité de lymphocytes T infiltrant le tissu tumoral se sont révélés spécifiques des antigènes tumoraux (moins de 10 %). Par conséquent, la majorité des cellules T intra-tumorales sont appelées cellules T spectateurs (cellules T spectateurs). La corrélation la plus forte avec le nombre de lymphocytes T conventionnels dotés de TCR productifs a été observée dans les sous-populations de cellules stromales et de leucocytes (détectées par RNA-seq), qui peuvent être utilisées pour estimer les sous-populations de lymphocytes T (Figure 2a). Dans les groupes ICR (classification globale et CMS), la clonalité la plus élevée de TCR SEQ immunitaires a été observée dans les groupes CMS1 / immunisés de sous-type ICR élevé et CMS (Figure 2c), avec la proportion la plus élevée de tumeurs ICR élevées. En utilisant l'ensemble du transcriptome (18 270 gènes), six gènes ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA et CXCL10) figuraient parmi les dix principaux gènes positivement associés à la clonalité SEQ immunitaire du TCR (Figure 2d). La clonalité ImmunoSEQ TCR était plus fortement corrélée avec la plupart des gènes ICR que les corrélations observées à l'aide des marqueurs CD8+ sensibles aux tumeurs (Figures 2f et 2g). En conclusion, l’analyse ci-dessus suggère que la signature ICR capture la présence de cellules T enrichies en tumeur et amplifiées par clonage et peut expliquer ses implications pronostiques.
Figure 2. Paramètres du TCR et corrélation avec les gènes liés au système immunitaire, les sous-types immunitaires et moléculaires.
Composition du microbiome dans les tissus sains et cancéreux du côlon
Les chercheurs ont effectué le séquençage de l’ARNr 16S en utilisant l’ADN extrait d’une tumeur correspondante et de tissus sains du côlon provenant de 246 patients (Figure 3a). Pour validation, les chercheurs ont en outre analysé les données de séquençage du gène de l’ARNr 16S provenant de 42 échantillons de tumeurs supplémentaires qui ne correspondaient pas à l’ADN normal disponible pour l’analyse. Premièrement, les chercheurs ont comparé l’abondance relative de la flore entre les tumeurs appariées et les tissus sains du côlon. Clostridium perfringens était significativement augmenté dans les tumeurs par rapport aux échantillons sains (Figure 3a-3d). Il n'y avait pas de différence significative dans la diversité alpha (diversité et abondance des espèces dans un seul échantillon) entre les échantillons tumoraux et les échantillons sains, et une légère réduction de la diversité microbienne a été observée dans les tumeurs à ICR élevé par rapport aux tumeurs à faible ICR.
Pour détecter les associations cliniquement pertinentes entre les profils microbiens et les résultats cliniques, les chercheurs ont cherché à utiliser les données de séquençage du gène de l'ARNr 16S pour identifier les caractéristiques du microbiome qui prédisent la survie. Lors de l'AC-ICAM246, les chercheurs ont exécuté un modèle de régression OS Cox qui a sélectionné 41 caractéristiques avec des coefficients non nuls (associés au risque différentiel de mortalité), appelés classificateurs MBR (Figure 3f).
Dans cette cohorte de formation (ICAM246), un faible score MBR (MBR <0, MBR faible) était associé à un risque de décès significativement plus faible (85 %). Les chercheurs ont confirmé l’association entre un faible MBR (risque) et une SG prolongée dans deux cohortes validées indépendamment (ICAM42 et TCGA-COAD). (Figure 3) L'étude a montré une forte corrélation entre les coques endogastriques et les scores MBR, qui étaient similaires dans les tissus tumoraux et sains du côlon.
Figure 3. Microbiome dans la tumeur et les tissus sains et relation avec l'ICR et la survie des patients.
Conclusion
L'approche multiomique utilisée dans cette étude permet une détection et une analyse approfondies de la signature moléculaire de la réponse immunitaire dans le cancer colorectal et révèle l'interaction entre le microbiome et le système immunitaire. Le séquençage profond du TCR de la tumeur et des tissus sains a révélé que l'effet pronostique de l'ICR pourrait être dû à sa capacité à capturer des clones de lymphocytes T enrichis en tumeur et éventuellement spécifiques de l'antigène tumoral.
En analysant la composition du microbiome tumoral à l’aide du séquençage du gène de l’ARNr 16S dans des échantillons AC-ICAM, l’équipe a identifié une signature du microbiome (score de risque MBR) avec une forte valeur pronostique. Bien que cette signature soit dérivée d’échantillons de tumeurs, il existait une forte corrélation entre un colorectum sain et le score de risque MBR tumoral, ce qui suggère que cette signature pourrait capturer la composition du microbiome intestinal des patients. En combinant les scores ICR et MBR, il a été possible d’identifier et de valider un biomarqueur étudiant multi-omique qui prédit la survie des patients atteints d’un cancer du côlon. L'ensemble de données multi-omiques de l'étude fournit une ressource pour mieux comprendre la biologie du cancer du côlon et aider à découvrir des approches thérapeutiques personnalisées.
Heure de publication : 15 juin 2023
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