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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 primaire du côlon aient fait l'objet d'études approfondies ces dernières années, les directives cliniques actuelles reposent uniquement sur la stadification des métastases ganglionnaires tumeur-lymphe et la détection des défauts de réparation des mésappariements de l'ADN (MMR) ou de l'instabilité des microsatellites (MSI) (en plus des tests de pathologie standard ) 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 de cancer colorectal de l'Atlas du génome du cancer (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 primitif, 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 pour les patients est encore limitée. .
Pour disséquer la relation entre complexité phénotypique et résultat, une équipe de chercheurs du Sidra Institute of Medical Research au Qatar a récemment développé et validé un score intégré (mICRoScore) qui identifie un groupe de patients avec 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 de 348 patients atteints d'un cancer colorectal primaire, y compris le séquençage de l'ARN des tumeurs et du tissu colorectal sain correspondant, le séquençage de l'exome entier, le récepteur des cellules T profondes 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 "Atlas intégré des tumeurs, de l'immunité 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 congelées fraîches et ont apparié des tissus sains adjacents du côlon (paires tumeur-normales) 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 RNA-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 nommé cette ressource Sidra-LUMC AC-ICAM : Une carte et un guide des interactions immuno-cancer-microbiome (Figure 1).
Classification moléculaire par ICR
En capturant un ensemble modulaire de marqueurs génétiques immunitaires pour l'immunosurveillance continue du cancer, appelée 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, y compris le mélanome, le cancer de la vessie et cancer du sein.L'ICR a également été associée à une réponse immunothérapeutique dans divers types de cancer, y compris le cancer du sein.
Tout d'abord, 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 avec certaines voies des cellules cancéreuses dans tous les sous-types de CMS, et des corrélations positives avec les voies immunosuppressives et liées au stroma n'ont été 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 élevés de l'ICR, avec une plus grande variabilité dans les autres sous-ensembles de leucocytes (Figure 1c). Les sous-types immunitaires de l'ICR avaient une OS et une PFS 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 lymphocytes T enrichis en tumeur et amplifiés par clonage
Seule une minorité de lymphocytes T infiltrant le tissu tumoral a été signalée comme étant spécifique des antigènes tumoraux (moins de 10 %).Par conséquent, la majorité des cellules T intra-tumorales sont appelées cellules T bystander (cellules T bystander).La plus forte corrélation avec le nombre de cellules T conventionnelles avec des TCR productifs a été observée dans les sous-populations de cellules stromales et de leucocytes (détectées par ARN-seq), qui peuvent être utilisées pour estimer les sous-populations de cellules T (Figure 2a).Dans les clusters ICR (classification globale et CMS), la clonalité la plus élevée des TCR SEQ immuns a été observée dans les groupes ICR-high et CMS sous-type CMS1/immun (Figure 2c), avec la proportion la plus élevée de tumeurs ICR-high.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 immunitaire SEQ 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 de marqueurs CD8 + réactifs aux tumeurs (Figure 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 par clonage et peut expliquer ses implications pronostiques.
Figure 2. Métriques 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 un séquençage de l'ARNr 16S à l'aide d'ADN extrait de tumeurs appariées et de tissus sains du côlon de 246 patients (Figure 3a).Pour la 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 n'avaient pas d'ADN normal correspondant disponible pour analyse.Tout d'abord, les chercheurs ont comparé l'abondance relative de la flore entre des tumeurs appariées et des tissus sains du côlon.Clostridium perfringens a été 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 sains, et une réduction modeste de la diversité microbienne a été observée dans les tumeurs à ICR élevé par rapport aux tumeurs à ICR faible.
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.À l'AC-ICAM246, les chercheurs ont exécuté un modèle de régression OS Cox qui a sélectionné 41 caractéristiques avec des coefficients non nuls (associés à un risque de mortalité différentiel), appelés classificateurs MBR (Figure 3f).
Dans cette cohorte de formation (ICAM246), un score MBR bas (MBR<0, MBR bas) 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 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 profond du TCR des tissus tumoraux et sains a révélé que l'effet pronostique de l'ICR peut être dû à sa capacité à capturer des clones de lymphocytes T enrichis en tumeur et éventuellement spécifiques à l'antigène tumoral.
En analysant la composition du microbiome tumoral à l'aide du séquençage du gène ARNr 16S dans des échantillons d'AC-ICAM, l'équipe a identifié une signature du microbiome (score de risque MBR) à forte valeur pronostique.Bien que cette signature soit dérivée d'échantillons de tumeurs, il y avait une forte corrélation entre le colorectum sain et le score de risque MBR de la tumeur, ce qui suggère que cette signature peut 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