నాట్ మెడ్ | ఇంటిగ్రేటెడ్ ట్యూమర్‌ను మ్యాపింగ్ చేయడానికి ఒక మల్టీ-ఓమిక్స్ విధానం

నాట్ మెడ్ | కొలొరెక్టల్ క్యాన్సర్ యొక్క ఇంటిగ్రేటెడ్ ట్యూమర్, రోగనిరోధక మరియు సూక్ష్మజీవుల ప్రకృతి దృశ్యాన్ని మ్యాపింగ్ చేయడానికి మల్టీ-ఓమిక్స్ విధానం రోగనిరోధక వ్యవస్థతో మైక్రోబయోమ్ యొక్క పరస్పర చర్యను వెల్లడిస్తుంది.
ఇటీవలి సంవత్సరాలలో ప్రాథమిక పెద్దప్రేగు క్యాన్సర్‌కు బయోమార్కర్‌లను విస్తృతంగా అధ్యయనం చేసినప్పటికీ, ప్రస్తుత క్లినికల్ మార్గదర్శకాలు చికిత్స సిఫార్సులను నిర్ణయించడానికి కణితి-శోషరస నోడ్-మెటాస్టాసిస్ దశ మరియు DNA అసమతుల్యత మరమ్మత్తు (MMR) లోపాలు లేదా మైక్రోసాటిలైట్ అస్థిరత (MSI) (ప్రామాణిక పాథాలజీ పరీక్షతో పాటు) గుర్తింపుపై మాత్రమే ఆధారపడతాయి. క్యాన్సర్ జీనోమ్ అట్లాస్ (TCGA) కొలొరెక్టల్ క్యాన్సర్ కోహోర్ట్ మరియు రోగి మనుగడలో జన్యు వ్యక్తీకరణ-ఆధారిత రోగనిరోధక ప్రతిస్పందనలు, సూక్ష్మజీవుల ప్రొఫైల్‌లు మరియు కణితి స్ట్రోమా మధ్య సంబంధం లేకపోవడాన్ని పరిశోధకులు గుర్తించారు.

పరిశోధన పురోగమిస్తున్న కొద్దీ, క్యాన్సర్ సెల్యులార్, రోగనిరోధక, స్ట్రోమల్ లేదా సూక్ష్మజీవుల స్వభావంతో సహా ప్రాథమిక కొలొరెక్టల్ క్యాన్సర్ యొక్క పరిమాణాత్మక లక్షణాలు క్లినికల్ ఫలితాలతో గణనీయంగా సంబంధం కలిగి ఉన్నాయని నివేదించబడింది, అయితే వాటి పరస్పర చర్యలు రోగి ఫలితాలను ఎలా ప్రభావితం చేస్తాయనే దానిపై ఇప్పటికీ పరిమిత అవగాహన ఉంది.
ఫినోటైపిక్ సంక్లిష్టత మరియు ఫలితం మధ్య సంబంధాన్ని విడదీయడానికి, ఖతార్‌లోని సిద్రా ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ మెడికల్ రీసెర్చ్ పరిశోధకుల బృందం ఇటీవల మైక్రోబయోమ్ లక్షణాలు మరియు రోగనిరోధక తిరస్కరణ స్థిరాంకాలు (ICR) కలపడం ద్వారా మంచి మనుగడ రేటు కలిగిన రోగుల సమూహాన్ని గుర్తించే ఇంటిగ్రేటెడ్ స్కోర్ (mICRoScore)ను అభివృద్ధి చేసి ధృవీకరించింది. ఈ బృందం ప్రాథమిక కొలొరెక్టల్ క్యాన్సర్ ఉన్న 348 మంది రోగుల నుండి తాజా ఘనీభవించిన నమూనాల సమగ్ర జన్యు విశ్లేషణను నిర్వహించింది, వీటిలో కణితుల RNA సీక్వెన్సింగ్ మరియు సరిపోలిన ఆరోగ్యకరమైన కొలొరెక్టల్ కణజాలం, మొత్తం ఎక్సోమ్ సీక్వెన్సింగ్, లోతైన T-సెల్ రిసెప్టర్ మరియు 16S బాక్టీరియల్ rRNA జన్యు సీక్వెన్సింగ్ ఉన్నాయి, ఇవి మైక్రోబయోమ్‌ను మరింత వర్గీకరించడానికి మొత్తం కణితి జన్యు శ్రేణితో అనుబంధించబడ్డాయి. ఈ అధ్యయనం నేచర్ మెడిసిన్‌లో "ఒక ఇంటిగ్రేటెడ్ ట్యూమర్, రోగనిరోధక మరియు మైక్రోబయోమ్ అట్లాస్ ఆఫ్ కోలన్ క్యాన్సర్"గా ప్రచురించబడింది.

నేచర్ మెడిసిన్‌లో ప్రచురించబడిన వ్యాసం

AC-ICAM అవలోకనం

దైహిక చికిత్స లేకుండా పెద్దప్రేగు క్యాన్సర్ యొక్క హిస్టోలాజిక్ నిర్ధారణ ఉన్న రోగుల నుండి తాజా ఘనీభవించిన కణితి నమూనాలను మరియు సరిపోలిన ప్రక్కనే ఉన్న ఆరోగ్యకరమైన పెద్దప్రేగు కణజాలం (కణితి-సాధారణ జతలు) విశ్లేషించడానికి పరిశోధకులు ఒక ఆర్తోగోనల్ జెనోమిక్ ప్లాట్‌ఫామ్‌ను ఉపయోగించారు. హోల్-ఎక్సోమ్ సీక్వెన్సింగ్ (WES), RNA-seq డేటా నాణ్యత నియంత్రణ మరియు చేరిక ప్రమాణాల స్క్రీనింగ్ ఆధారంగా, 348 మంది రోగుల నుండి జన్యు డేటాను నిలుపుకున్నారు మరియు 4.6 సంవత్సరాల మధ్యస్థ ఫాలో-అప్‌తో దిగువ విశ్లేషణ కోసం ఉపయోగించారు. పరిశోధన బృందం ఈ వనరుకు సిద్రా-LUMC AC-ICAM: రోగనిరోధక-క్యాన్సర్-సూక్ష్మజీవుల పరస్పర చర్యలకు ఒక మ్యాప్ మరియు గైడ్ (మూర్తి 1) అని పేరు పెట్టింది.

ICR ఉపయోగించి పరమాణు వర్గీకరణ

నిరంతర క్యాన్సర్ ఇమ్యునోసర్విలెన్స్ కోసం రోగనిరోధక జన్యు గుర్తుల మాడ్యులర్ సెట్‌ను సంగ్రహించి, దీనిని రోగనిరోధక తిరస్కరణ స్థిరాంకం (ICR) అని పిలుస్తారు, పరిశోధనా బృందం మెలనోమా, మూత్రాశయ క్యాన్సర్ మరియు రొమ్ము క్యాన్సర్‌తో సహా వివిధ క్యాన్సర్ రకాలను కవర్ చేసే 20-జన్యు ప్యానెల్‌గా సంగ్రహించడం ద్వారా ICR ను ఆప్టిమైజ్ చేసింది. రొమ్ము క్యాన్సర్‌తో సహా వివిధ రకాల క్యాన్సర్‌లలో ICR ఇమ్యునోథెరపీ ప్రతిస్పందనతో కూడా సంబంధం కలిగి ఉంది.

మొదట, పరిశోధకులు AC-ICAM కోహోర్ట్ యొక్క ICR సంతకాన్ని ధృవీకరించారు, ICR జన్యు-ఆధారిత సహ-వర్గీకరణ విధానాన్ని ఉపయోగించి కోహోర్ట్‌ను మూడు క్లస్టర్‌లు/రోగనిరోధక ఉప రకాలుగా వర్గీకరించారు: అధిక ICR (వేడి కణితులు), మధ్యస్థ ICR మరియు తక్కువ ICR (చల్లని కణితులు) (మూర్తి 1b). పరిశోధకులు ఏకాభిప్రాయ పరమాణు ఉప రకాలు (CMS)తో అనుబంధించబడిన రోగనిరోధక ప్రవృత్తిని వర్గీకరించారు, ఇది పెద్దప్రేగు క్యాన్సర్ యొక్క ట్రాన్స్‌క్రిప్టోమ్-ఆధారిత వర్గీకరణ. CMS వర్గాలలో CMS1/ఇమ్యూన్, CMS2/కానానికల్, CMS3/మెటబాలిక్ మరియు CMS4/మెసెన్‌చైమల్ ఉన్నాయి. అన్ని CMS ఉప రకాల్లోని కొన్ని క్యాన్సర్ కణ మార్గాలతో ICR స్కోర్‌లు ప్రతికూలంగా సంబంధం కలిగి ఉన్నాయని మరియు రోగనిరోధక శక్తిని తగ్గించే మరియు స్ట్రోమల్-సంబంధిత మార్గాలతో సానుకూల సహసంబంధాలు CMS4 కణితుల్లో మాత్రమే గమనించబడ్డాయని విశ్లేషణలో తేలింది.

అన్ని CMSలలో, సహజ కిల్లర్ (NK) సెల్ మరియు T సెల్ సబ్‌సెట్‌ల సమృద్ధి ICR హై ఇమ్యూన్ సబ్‌టైప్‌లలో అత్యధికంగా ఉంది, ఇతర ల్యూకోసైట్ సబ్‌సైట్‌లలో ఎక్కువ వైవిధ్యం ఉంది (మూర్తి 1c). ICR ఇమ్యూన్ సబ్‌టైప్‌లు వేర్వేరు OS మరియు PFSలను కలిగి ఉన్నాయి, ICRలో తక్కువ నుండి ఎక్కువకు ప్రగతిశీల పెరుగుదలతో (మూర్తి 1d), కొలొరెక్టల్ క్యాన్సర్‌లో ICR యొక్క ప్రోగ్నోస్టిక్ పాత్రను ధృవీకరిస్తుంది.

చిత్రం 1. AC-ICAM అధ్యయన రూపకల్పన, రోగనిరోధక సంబంధిత జన్యు సంతకం, రోగనిరోధక మరియు పరమాణు ఉప రకాలు మరియు మనుగడ.
కణితి-సుసంపన్నమైన, క్లోనల్లీ యాంప్లిఫైడ్ టి కణాలను ICR సంగ్రహిస్తుంది
కణితి కణజాలంలోకి చొరబడిన కొద్దిపాటి T కణాలు మాత్రమే కణితి యాంటిజెన్‌లకు (10% కంటే తక్కువ) ప్రత్యేకమైనవిగా నివేదించబడ్డాయి. అందువల్ల, ఇంట్రా-ట్యూమర్ T కణాలలో ఎక్కువ భాగాన్ని బైస్టాండర్ T కణాలు (బైస్టాండర్ T కణాలు) అని పిలుస్తారు. ఉత్పాదక TCR లతో సాంప్రదాయ T కణాల సంఖ్యతో బలమైన సహసంబంధం స్ట్రోమల్ సెల్ మరియు ల్యూకోసైట్ సబ్‌పోపులేషన్‌లలో (RNA-seq ద్వారా కనుగొనబడింది) గమనించబడింది, వీటిని T సెల్ సబ్‌పోపులేషన్‌లను అంచనా వేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు (మూర్తి 2a). ICR క్లస్టర్‌లలో (మొత్తం మరియు CMS వర్గీకరణ), ICR-హై మరియు CMS సబ్‌టైప్ CMS1/ఇమ్యూన్ గ్రూపులలో (మూర్తి 2c) రోగనిరోధక SEQ TCR ల యొక్క అత్యధిక క్లోనాలిటీ గమనించబడింది, ICR-హై ట్యూమర్‌ల అత్యధిక నిష్పత్తితో. మొత్తం ట్రాన్స్క్రిప్టోమ్ (18,270 జన్యువులు) ఉపయోగించి, ఆరు ICR జన్యువులు (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA, మరియు CXCL10) TCR రోగనిరోధక SEQ క్లోనాలిటీతో సానుకూలంగా సంబంధం ఉన్న మొదటి పది జన్యువులలో ఉన్నాయి (మూర్తి 2d). కణితి-ప్రతిస్పందించే CD8+ మార్కర్లను (మూర్తి 2f మరియు 2g) ఉపయోగించి గమనించిన సహసంబంధాల కంటే ఇమ్యునోSEQ TCR క్లోనాలిటీ చాలా ICR జన్యువులతో మరింత బలంగా సంబంధం కలిగి ఉంది. ముగింపులో, పైన పేర్కొన్న విశ్లేషణ ICR సంతకం కణితి-సుసంపన్నమైన, క్లోనల్లీ విస్తరించిన T కణాల ఉనికిని సంగ్రహిస్తుందని మరియు దాని రోగనిర్ధారణ చిక్కులను వివరించవచ్చని సూచిస్తుంది.

చిత్రం 2. TCR మెట్రిక్స్ మరియు రోగనిరోధక సంబంధిత జన్యువులు, రోగనిరోధక మరియు పరమాణు ఉపరకాలతో సహసంబంధం.
ఆరోగ్యకరమైన మరియు పెద్దప్రేగు క్యాన్సర్ కణజాలాలలో సూక్ష్మజీవుల కూర్పు
పరిశోధకులు 246 మంది రోగుల నుండి సరిపోలిన కణితి మరియు ఆరోగ్యకరమైన పెద్దప్రేగు కణజాలం నుండి సేకరించిన DNA ఉపయోగించి 16S rRNA సీక్వెన్సింగ్‌ను నిర్వహించారు (మూర్తి 3a). ధ్రువీకరణ కోసం, పరిశోధకులు అదనంగా విశ్లేషణకు అందుబాటులో ఉన్న సాధారణ DNAతో సరిపోలని అదనపు 42 కణితి నమూనాల నుండి 16S rRNA జన్యు సీక్వెన్సింగ్ డేటాను విశ్లేషించారు. మొదట, సరిపోలిన కణితులు మరియు ఆరోగ్యకరమైన పెద్దప్రేగు కణజాలం మధ్య వృక్షజాలం యొక్క సాపేక్ష సమృద్ధిని పరిశోధకులు పోల్చారు. ఆరోగ్యకరమైన నమూనాలతో పోలిస్తే కణితుల్లో క్లోస్ట్రిడియం పెర్ఫ్రింజెన్స్ గణనీయంగా పెరిగింది (మూర్తి 3a-3d). కణితి మరియు ఆరోగ్యకరమైన నమూనాల మధ్య ఆల్ఫా వైవిధ్యంలో (ఒకే నమూనాలో జాతుల వైవిధ్యం మరియు సమృద్ధి) గణనీయమైన తేడా లేదు మరియు ICR-తక్కువ కణితులకు సంబంధించి ICR-అధిక కణితుల్లో సూక్ష్మజీవుల వైవిధ్యంలో స్వల్ప తగ్గింపు గమనించబడింది.
సూక్ష్మజీవుల ప్రొఫైల్స్ మరియు క్లినికల్ ఫలితాల మధ్య క్లినికల్‌గా సంబంధిత అనుబంధాలను గుర్తించడానికి, మనుగడను అంచనా వేసే మైక్రోబయోమ్ లక్షణాలను గుర్తించడానికి 16S rRNA జన్యు శ్రేణి డేటాను ఉపయోగించాలని పరిశోధకులు లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నారు. AC-ICAM246 వద్ద, పరిశోధకులు MBR వర్గీకరణదారులు (మూర్తి 3f) అని పిలువబడే నాన్-జీరో కోఎఫీషియంట్స్ (డిఫరెన్షియల్ మోర్టాలిటీ రిస్క్‌తో సంబంధం కలిగి ఉన్న) 41 లక్షణాలను ఎంచుకున్న OS కాక్స్ రిగ్రెషన్ మోడల్‌ను అమలు చేశారు.
ఈ శిక్షణ కోహోర్ట్ (ICAM246)లో, తక్కువ MBR స్కోరు (MBR<0, తక్కువ MBR) మరణ ప్రమాదాన్ని గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది (85%). రెండు స్వతంత్రంగా ధృవీకరించబడిన కోహోర్ట్‌లలో (ICAM42 మరియు TCGA-COAD) తక్కువ MBR (రిస్క్) మరియు దీర్ఘకాలిక OS మధ్య సంబంధాన్ని పరిశోధకులు నిర్ధారించారు. (మూర్తి 3) ఈ అధ్యయనం ఎండోగాస్ట్రిక్ కోకి మరియు MBR స్కోర్‌ల మధ్య బలమైన సహసంబంధాన్ని చూపించింది, ఇవి కణితి మరియు ఆరోగ్యకరమైన పెద్దప్రేగు కణజాలంలో సమానంగా ఉన్నాయి.

చిత్రం 3. కణితి మరియు ఆరోగ్యకరమైన కణజాలాలలో మైక్రోబయోమ్ మరియు ICR మరియు రోగి మనుగడతో సంబంధం.
ముగింపు
ఈ అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన మల్టీ-ఓమిక్స్ విధానం కొలొరెక్టల్ క్యాన్సర్‌లో రోగనిరోధక ప్రతిస్పందన యొక్క పరమాణు సంతకం యొక్క క్షుణ్ణంగా గుర్తింపు మరియు విశ్లేషణను అనుమతిస్తుంది మరియు మైక్రోబయోమ్ మరియు రోగనిరోధక వ్యవస్థ మధ్య పరస్పర చర్యను వెల్లడిస్తుంది. కణితి మరియు ఆరోగ్యకరమైన కణజాలాల యొక్క లోతైన TCR క్రమం, కణితి-సుసంపన్నమైన మరియు బహుశా కణితి యాంటిజెన్-నిర్దిష్ట T సెల్ క్లోన్‌లను సంగ్రహించే సామర్థ్యం వల్ల ICR యొక్క ప్రోగ్నోస్టిక్ ప్రభావం ఉండవచ్చని వెల్లడించింది.

AC-ICAM నమూనాలలో 16S rRNA జన్యు శ్రేణిని ఉపయోగించి కణితి మైక్రోబయోమ్ కూర్పును విశ్లేషించడం ద్వారా, బృందం బలమైన రోగనిర్ధారణ విలువ కలిగిన మైక్రోబయోమ్ సంతకం (MBR రిస్క్ స్కోర్)ను గుర్తించింది. ఈ సంతకం కణితి నమూనాల నుండి తీసుకోబడినప్పటికీ, ఆరోగ్యకరమైన కొలొరెక్టమ్ మరియు కణితి MBR రిస్క్ స్కోర్ మధ్య బలమైన సంబంధం ఉంది, ఈ సంతకం రోగుల గట్ మైక్రోబయోమ్ కూర్పును సంగ్రహించవచ్చని సూచిస్తుంది. ICR మరియు MBR స్కోర్‌లను కలపడం ద్వారా, పెద్దప్రేగు క్యాన్సర్ ఉన్న రోగులలో మనుగడను అంచనా వేసే బహుళ-ఓమిక్ విద్యార్థి బయోమార్కర్‌ను గుర్తించడం మరియు ధృవీకరించడం సాధ్యమైంది. అధ్యయనం యొక్క బహుళ-ఓమిక్ డేటాసెట్ పెద్దప్రేగు క్యాన్సర్ జీవశాస్త్రాన్ని బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు వ్యక్తిగతీకరించిన చికిత్సా విధానాలను కనుగొనడంలో సహాయపడటానికి ఒక వనరును అందిస్తుంది.

సూచన:
రోలాండ్స్, J., కుప్పెన్, PJK, అహ్మద్, EI మరియు ఇతరులు. పెద్దప్రేగు క్యాన్సర్ యొక్క సమీకృత కణితి, రోగనిరోధక మరియు మైక్రోబయోమ్ అట్లాస్. నాట్ మెడ్ 29, 1273–1286 (2023).