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Nat Med | Une approche multi-omique pour cartographier le paysage tumoral, immunitaire et microbien intégré du cancer colorectal révèle l'interaction du microbiome avec le système immunitaire
Bien que les biomarqueurs du cancer primitif du côlon aient été largement étudiés ces dernières années, les recommandations cliniques actuelles reposent uniquement sur la stadification tumorale-ganglionnaire-métastase et la détection des anomalies de réparation des mésappariements de l'ADN (MMR) ou de l'instabilité des microsatellites (MSI) (en plus des examens anatomopathologiques standard) pour déterminer les recommandations thérapeutiques. Les chercheurs ont constaté une absence de corrélation entre les réponses immunitaires basées sur l'expression génique, les profils microbiens et le stroma tumoral dans la cohorte de cancer colorectal du Cancer Genome Atlas (TCGA) et la survie des patients.
Au fur et à mesure que la recherche progresse, il a été rapporté que les caractéristiques quantitatives du cancer colorectal primaire, y compris la nature cellulaire, immunitaire, stromale ou microbienne du cancer, sont significativement corrélées aux résultats cliniques, mais la compréhension de la manière dont leurs interactions affectent les résultats des patients est encore limitée.
Afin d'analyser la relation entre complexité phénotypique et évolution, une équipe de chercheurs de l'Institut de recherche médicale Sidra au Qatar a récemment développé et validé un score intégré (mICRoScore) qui identifie un groupe de patients présentant un bon taux de survie en combinant les caractéristiques du microbiome et les constantes de rejet immunitaire (ICR). L'équipe a réalisé une analyse génomique complète d'échantillons frais congelés provenant de 348 patients atteints d'un cancer colorectal primitif, incluant le séquençage de l'ARN des tumeurs et des tissus colorectaux sains correspondants, le séquençage de l'exome entier, le séquençage du gène de l'ARNr bactérien 16S et du récepteur des lymphocytes T profonds, complété par le séquençage du génome tumoral entier afin de mieux caractériser le microbiome. L'étude a été publiée dans Nature Medicine sous le titre « An integrated tumor, immune and microbiome atlas of colon cancer ».
Article publié dans Nature Medicine
Présentation de l'AC-ICAM
Les chercheurs ont utilisé une plateforme génomique orthogonale pour analyser des échantillons de tumeurs fraîches congelées et apparier les tissus sains adjacents du côlon (paires tumeur-normal) 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 qualité des données d'ARN-seq et de la sélection des critères d'inclusion, les données génomiques de 348 patients ont été conservées et utilisées pour l'analyse en aval, avec un suivi médian de 4,6 ans. L'équipe de recherche a intitulé cette ressource « Sidra-LUMC AC-ICAM : A map and guide to immune-cancer-microbiome interactions » (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 le condensant en un panel de 20 gènes couvrant différents types de cancer, dont le mélanome, le cancer de la vessie et le cancer du sein. L'ICR a également été associée à la réponse à l'immunothérapie dans divers types de cancer, dont 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) (Figure 1b). Les chercheurs ont caractérisé la propension immunitaire associée aux sous-types moléculaires consensuels (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 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 cellules T était la plus élevée dans les sous-types immunitaires ICR élevés, avec une plus grande variabilité dans les autres sous-ensembles de leucocytes (Figure 1c). Les sous-types immunitaires ICR avaient des OS et des PFS différents, avec une augmentation progressive de 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 clonalement
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 lymphocytes T intra-tumoraux sont appelés lymphocytes T témoins (lymphocytes T témoins). 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 ARN-seq), ce qui peut être utilisé pour estimer les sous-populations de lymphocytes T (Figure 2a). Dans les groupes ICR (classification globale et CMS), la clonalité la plus élevée des TCR SEQ immuns a été observée dans les groupes ICR-élevé et CMS sous-type CMS1/immunitaire (Figure 2c), avec la proportion la plus élevée de tumeurs ICR-élevé. En utilisant l'ensemble du transcriptome (18 270 gènes), six gènes ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA et CXCL10) figuraient parmi les dix gènes les plus associés positivement à la clonalité TCR immune SEQ (Figure 2d). La clonalité TCR immune SEQ était plus fortement corrélée avec la plupart des gènes ICR que les corrélations observées avec les marqueurs CD8+ sensibles aux tumeurs (Figures 2f et 2g). En conclusion, l'analyse ci-dessus suggère que la signature ICR capture la présence de lymphocytes T enrichis en tumeur et amplifiés clonalement et pourrait expliquer ses implications pronostiques.
Figure 2. Mesures du TCR et corrélation avec les gènes liés à l’immunité, les sous-types immunitaires et moléculaires.
Composition du microbiome dans les tissus sains et cancéreux du côlon
Les chercheurs ont réalisé le séquençage de l'ARNr 16S à partir d'ADN extrait de tissus tumoraux et de tissus côlonaux sains appariés de 246 patients (Figure 3a). À des fins de validation, ils ont également analysé les données de séquençage du gène de l'ARNr 16S de 42 échantillons tumoraux supplémentaires pour lesquels aucun ADN normal apparié n'était disponible. Ils ont d'abord comparé l'abondance relative de la flore entre les tumeurs appariées et les tissus côlonaux sains. La présence de Clostridium perfringens était significativement plus élevée dans les tumeurs que dans les échantillons sains (Figures 3a-3d). Aucune différence significative n'a été observée en termes de diversité alpha (diversité et abondance des espèces dans un même échantillon) entre les échantillons tumoraux et sains, et une légère réduction de la diversité microbienne a été observée dans les tumeurs à ICR élevé par rapport aux tumeurs à ICR faible.
Afin de détecter des associations cliniquement pertinentes entre les profils microbiens et les résultats cliniques, les chercheurs ont utilisé les données de séquençage du gène de l'ARNr 16S pour identifier les caractéristiques du microbiome prédictives de la survie. Lors de l'AC-ICAM246, les chercheurs ont utilisé un modèle de régression OS-Cox qui a sélectionné 41 caractéristiques à coefficients non nuls (associées à un risque différentiel de mortalité), appelées classificateurs MBR (figure 3f).
Dans cette cohorte de formation (ICAM246), un faible score MBR (MBR < 0, faible MBR) était associé à un risque de décès significativement plus faible (85 %). Les chercheurs ont confirmé l'association entre un faible MBR (risque) et une survie globale prolongée dans deux cohortes validées indépendamment (ICAM42 et TCGA-COAD). (Figure 3) L'étude a montré une forte corrélation entre les cocci endogastriques et les scores MBR, qui étaient similaires dans les tissus tumoraux et sains du côlon.
Figure 3. Microbiome dans les tissus tumoraux et sains et relation avec l’ICR et la survie des patients.
Conclusion
L'approche multi-omique 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 TCR profond des tissus tumoraux et 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 potentiellement 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 microbienne (score de risque MBR) à forte valeur pronostique. Bien que cette signature ait été dérivée d'échantillons tumoraux, une forte corrélation a été observée entre le côlon sain et le score de risque MBR tumoral, suggérant que cette signature pourrait refléter 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 prédictif de la survie des patients atteints d'un cancer du côlon. L'ensemble de données multi-omiques de l'étude offre une ressource pour mieux comprendre la biologie du cancer du côlon et contribuer à la découverte d'approches thérapeutiques personnalisées.
Date de publication : 15 juin 2023
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