नेट मेड | एकीकृत ट्यूमर की मैपिंग के लिए एक मल्टी-ओमिक्स दृष्टिकोण

नेट मेड | कोलोरेक्टल कैंसर के एकीकृत ट्यूमर, प्रतिरक्षा और माइक्रोबियल परिदृश्य को मैप करने के लिए एक बहु-ओमिक्स दृष्टिकोण से प्रतिरक्षा प्रणाली के साथ माइक्रोबायोम की बातचीत का पता चलता है।
यद्यपि प्राथमिक कोलन कैंसर के लिए बायोमार्कर का हाल के वर्षों में बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है, वर्तमान नैदानिक ​​​​दिशानिर्देश केवल ट्यूमर-लिम्फ नोड-मेटास्टेसिस स्टेजिंग और डीएनए बेमेल मरम्मत (एमएमआर) दोष या माइक्रोसैटेलाइट अस्थिरता (एमएसआई) का पता लगाने पर निर्भर करते हैं (मानक पैथोलॉजी परीक्षण के अलावा) ) उपचार की सिफ़ारिशें निर्धारित करने के लिए। शोधकर्ताओं ने कैंसर जीनोम एटलस (टीसीजीए) कोलोरेक्टल कैंसर समूह और रोगी के जीवित रहने में जीन अभिव्यक्ति-आधारित प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं, माइक्रोबियल प्रोफाइल और ट्यूमर स्ट्रोमा के बीच संबंध की कमी देखी है।

जैसे-जैसे अनुसंधान आगे बढ़ा है, प्राथमिक कोलोरेक्टल कैंसर की मात्रात्मक विशेषताएं, जिनमें कैंसर की सेलुलर, प्रतिरक्षा, स्ट्रोमल या माइक्रोबियल प्रकृति शामिल है, को नैदानिक ​​​​परिणामों के साथ महत्वपूर्ण रूप से सहसंबद्ध बताया गया है, लेकिन अभी भी इस बात की सीमित समझ है कि उनकी बातचीत रोगी के परिणामों को कैसे प्रभावित करती है। .
फेनोटाइपिक जटिलता और परिणाम के बीच संबंधों का विश्लेषण करने के लिए, कतर में सिदरा इंस्टीट्यूट ऑफ मेडिकल रिसर्च के शोधकर्ताओं की एक टीम ने हाल ही में एक एकीकृत स्कोर (mICRoScore) विकसित और मान्य किया है जो माइक्रोबायोम विशेषताओं और प्रतिरक्षा अस्वीकृति के संयोजन से अच्छी जीवित रहने की दर वाले रोगियों के एक समूह की पहचान करता है। स्थिरांक (आईसीआर)। टीम ने प्राथमिक कोलोरेक्टल कैंसर वाले 348 रोगियों के ताजा जमे हुए नमूनों का एक व्यापक जीनोमिक विश्लेषण किया, जिसमें ट्यूमर के आरएनए अनुक्रमण और स्वस्थ कोलोरेक्टल ऊतक, पूरे एक्सोम अनुक्रमण, गहरे टी-सेल रिसेप्टर और 16 एस बैक्टीरियल आरआरएनए जीन अनुक्रमण, पूरे ट्यूमर द्वारा पूरक शामिल थे। माइक्रोबायोम को और अधिक चिह्नित करने के लिए जीनोम अनुक्रमण। अध्ययन को नेचर मेडिसिन में "कोलन कैंसर का एक एकीकृत ट्यूमर, प्रतिरक्षा और माइक्रोबायोम एटलस" के रूप में प्रकाशित किया गया था।

नेचर मेडिसिन में प्रकाशित लेख

एसी-आईसीएएम अवलोकन

शोधकर्ताओं ने ताजा जमे हुए ट्यूमर के नमूनों का विश्लेषण करने के लिए एक ऑर्थोगोनल जीनोमिक प्लेटफॉर्म का उपयोग किया और प्रणालीगत चिकित्सा के बिना कोलन कैंसर के हिस्टोलॉजिकल निदान वाले रोगियों से आसन्न स्वस्थ कोलन ऊतक (ट्यूमर-सामान्य जोड़े) का मिलान किया। संपूर्ण-एक्सोम अनुक्रमण (डब्ल्यूईएस), आरएनए-सीक्यू डेटा गुणवत्ता नियंत्रण और समावेशन मानदंड स्क्रीनिंग के आधार पर, 348 रोगियों के जीनोमिक डेटा को बनाए रखा गया और 4.6 वर्षों के औसत अनुवर्ती के साथ डाउनस्ट्रीम विश्लेषण के लिए उपयोग किया गया। शोध दल ने इस संसाधन को सिड्रा-एलयूएमसी एसी-आईसीएएम नाम दिया है: प्रतिरक्षा-कैंसर-माइक्रोबायोम इंटरैक्शन के लिए एक मानचित्र और मार्गदर्शिका (चित्र 1)।

आईसीआर का उपयोग करके आणविक वर्गीकरण

निरंतर कैंसर प्रतिरक्षा निगरानी के लिए प्रतिरक्षा आनुवंशिक मार्करों के एक मॉड्यूलर सेट को कैप्चर करना, जिसे अस्वीकृति की प्रतिरक्षा स्थिरांक (आईसीआर) कहा जाता है, अनुसंधान टीम ने मेलेनोमा, मूत्राशय कैंसर और सहित विभिन्न कैंसर प्रकारों को कवर करने वाले 20-जीन पैनल में संघनित करके आईसीआर को अनुकूलित किया। स्तन कैंसर। आईसीआर स्तन कैंसर सहित विभिन्न प्रकार के कैंसर में इम्यूनोथेरेपी प्रतिक्रिया से भी जुड़ा हुआ है।

सबसे पहले, शोधकर्ताओं ने एसी-आईसीएएम समूह के आईसीआर हस्ताक्षर को मान्य किया, आईसीआर जीन-आधारित सह-वर्गीकरण दृष्टिकोण का उपयोग करके समूह को तीन समूहों/प्रतिरक्षा उपप्रकारों में वर्गीकृत किया: उच्च आईसीआर (गर्म ट्यूमर), मध्यम आईसीआर और निम्न आईसीआर (ठंडा) ट्यूमर) (चित्र 1बी)। शोधकर्ताओं ने आम सहमति आणविक उपप्रकार (सीएमएस) से जुड़ी प्रतिरक्षा प्रवृत्ति की विशेषता बताई, जो कोलन कैंसर का एक ट्रांसक्रिपटोम-आधारित वर्गीकरण है। सीएमएस श्रेणियों में सीएमएस1/इम्यून, सीएमएस2/कैनोनिकल, सीएमएस3/मेटाबॉलिक और सीएमएस4/मेसेनकाइमल शामिल हैं। विश्लेषण से पता चला कि आईसीआर स्कोर सभी सीएमएस उपप्रकारों में कुछ कैंसर कोशिका मार्गों के साथ नकारात्मक रूप से सहसंबद्ध थे, और इम्यूनोस्प्रेसिव और स्ट्रोमल-संबंधित मार्गों के साथ सकारात्मक सहसंबंध केवल सीएमएस4 ट्यूमर में देखे गए थे।

सभी सीएमएस में, प्राकृतिक किलर (एनके) सेल और टी सेल उपसमूहों की प्रचुरता आईसीआर उच्च प्रतिरक्षा उपप्रकारों में सबसे अधिक थी, अन्य ल्यूकोसाइट उपसमूहों में अधिक परिवर्तनशीलता के साथ (चित्र 1सी)। आईसीआर प्रतिरक्षा उपप्रकारों में प्रगतिशील वृद्धि के साथ अलग-अलग ओएस और पीएफएस थे। आईसीआर में निम्न से उच्च की ओर (चित्र 1डी), कोलोरेक्टल कैंसर में आईसीआर की पूर्वानुमानित भूमिका को मान्य करता है।

चित्र 1. एसी-आईसीएएम अध्ययन डिजाइन, प्रतिरक्षा-संबंधित जीन हस्ताक्षर, प्रतिरक्षा और आणविक उपप्रकार और अस्तित्व।
आईसीआर ट्यूमर-समृद्ध, क्लोन रूप से प्रवर्धित टी कोशिकाओं को पकड़ता है
ट्यूमर ऊतक में घुसपैठ करने वाली केवल कुछ टी कोशिकाओं को ट्यूमर एंटीजन (10% से कम) के लिए विशिष्ट बताया गया है। इसलिए, अधिकांश इंट्रा-ट्यूमर टी कोशिकाओं को बाईस्टैंडर टी कोशिकाएं (बीस्टैंडर टी कोशिकाएं) कहा जाता है। उत्पादक टीसीआर के साथ पारंपरिक टी कोशिकाओं की संख्या के साथ सबसे मजबूत सहसंबंध स्ट्रोमल सेल और ल्यूकोसाइट उप-जनसंख्या (आरएनए-सीक्यू द्वारा पता लगाया गया) में देखा गया था, जिसका उपयोग टी सेल उप-जनसंख्या (चित्रा 2 ए) का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है। आईसीआर समूहों (समग्र और सीएमएस वर्गीकरण) में, प्रतिरक्षा एसईक्यू टीसीआर की उच्चतम क्लोनलिटी आईसीआर-उच्च और सीएमएस उपप्रकार सीएमएस1/प्रतिरक्षा समूहों (चित्र 2सी) में देखी गई, जिसमें आईसीआर-उच्च ट्यूमर का अनुपात सबसे अधिक था। संपूर्ण प्रतिलेख (18,270 जीन) का उपयोग करते हुए, छह आईसीआर जीन (आईएफएनजी, एसटीएटी1, आईआरएफ1, सीसीएल5, जीजेडएमए, और सीएक्ससीएल10) शीर्ष दस जीनों में से थे जो सकारात्मक रूप से टीसीआर प्रतिरक्षा एसईक्यू क्लोनैलिटी (चित्र 2डी) से जुड़े थे। ट्यूमर-उत्तरदायी CD8+ मार्करों (चित्र 2f और 2g) का उपयोग करके देखे गए सहसंबंधों की तुलना में ImmunoSEQ TCR क्लोनैलिटी अधिकांश ICR जीनों के साथ अधिक मजबूती से सहसंबद्ध है। निष्कर्ष में, उपरोक्त विश्लेषण से पता चलता है कि आईसीआर हस्ताक्षर ट्यूमर-समृद्ध, क्लोन रूप से प्रवर्धित टी कोशिकाओं की उपस्थिति को दर्शाता है और इसके पूर्वानुमान संबंधी प्रभावों की व्याख्या कर सकता है।

चित्र 2. टीसीआर मेट्रिक्स और प्रतिरक्षा-संबंधित जीन, प्रतिरक्षा और आणविक उपप्रकारों के साथ सहसंबंध।
स्वस्थ और कोलन कैंसर ऊतकों में माइक्रोबायोम संरचना
शोधकर्ताओं ने 246 रोगियों से मेल खाने वाले ट्यूमर और स्वस्थ कोलन ऊतक से निकाले गए डीएनए का उपयोग करके 16 एस आरआरएनए अनुक्रमण किया (चित्रा 3 ए)। सत्यापन के लिए, शोधकर्ताओं ने अतिरिक्त 42 ट्यूमर नमूनों से 16S rRNA जीन अनुक्रमण डेटा का विश्लेषण किया जो विश्लेषण के लिए उपलब्ध सामान्य डीएनए से मेल नहीं खाता था। सबसे पहले, शोधकर्ताओं ने मेल खाते ट्यूमर और स्वस्थ बृहदान्त्र ऊतक के बीच वनस्पतियों की सापेक्ष प्रचुरता की तुलना की। स्वस्थ नमूनों की तुलना में ट्यूमर में क्लॉस्ट्रिडियम परफ्रेंजेंस में काफी वृद्धि हुई थी (चित्र 3ए-3डी)। ट्यूमर और स्वस्थ नमूनों के बीच अल्फा विविधता (एकल नमूने में प्रजातियों की विविधता और प्रचुरता) में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं था, और आईसीआर-कम ट्यूमर के सापेक्ष आईसीआर-उच्च ट्यूमर में माइक्रोबियल विविधता में मामूली कमी देखी गई।
माइक्रोबियल प्रोफाइल और नैदानिक ​​​​परिणामों के बीच नैदानिक ​​​​रूप से प्रासंगिक संबंधों का पता लगाने के लिए, शोधकर्ताओं ने जीवित रहने की भविष्यवाणी करने वाले माइक्रोबायोम विशेषताओं की पहचान करने के लिए 16 एस आरआरएनए जीन अनुक्रमण डेटा का उपयोग करने का लक्ष्य रखा। AC-ICAM246 में, शोधकर्ताओं ने एक OS कॉक्स रिग्रेशन मॉडल चलाया, जिसमें गैर-शून्य गुणांक (विभेदक मृत्यु दर जोखिम से जुड़े) के साथ 41 विशेषताओं का चयन किया गया, जिन्हें MBR क्लासिफायर (चित्र 3f) कहा जाता है।
इस प्रशिक्षण समूह (आईसीएएम246) में, कम एमबीआर स्कोर (एमबीआर<0, कम एमबीआर) मृत्यु के काफी कम जोखिम (85%) से जुड़ा था। शोधकर्ताओं ने दो स्वतंत्र रूप से मान्य समूहों (ICAM42 और TCGA-COAD) में कम एमबीआर (जोखिम) और लंबे समय तक चलने वाले ओएस के बीच संबंध की पुष्टि की। (चित्र 3) अध्ययन में एंडोगैस्ट्रिक कोक्सी और एमबीआर स्कोर के बीच एक मजबूत संबंध दिखाया गया, जो ट्यूमर और स्वस्थ बृहदान्त्र ऊतक में समान था।

चित्र 3. ट्यूमर और स्वस्थ ऊतकों में माइक्रोबायोम और आईसीआर और रोगी के जीवित रहने के साथ संबंध।
निष्कर्ष
इस अध्ययन में प्रयुक्त मल्टी-ओमिक्स दृष्टिकोण कोलोरेक्टल कैंसर में प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के आणविक हस्ताक्षर का गहन पता लगाने और विश्लेषण करने में सक्षम बनाता है और माइक्रोबायोम और प्रतिरक्षा प्रणाली के बीच बातचीत का खुलासा करता है। ट्यूमर और स्वस्थ ऊतकों की गहरी टीसीआर अनुक्रमण से पता चला कि आईसीआर का पूर्वानुमानित प्रभाव ट्यूमर-समृद्ध और संभवतः ट्यूमर एंटीजन-विशिष्ट टी सेल क्लोन को पकड़ने की क्षमता के कारण हो सकता है।

एसी-आईसीएएम नमूनों में 16एस आरआरएनए जीन अनुक्रमण का उपयोग करके ट्यूमर माइक्रोबायोम संरचना का विश्लेषण करके, टीम ने मजबूत पूर्वानुमानित मूल्य के साथ एक माइक्रोबायोम हस्ताक्षर (एमबीआर जोखिम स्कोर) की पहचान की। हालाँकि यह हस्ताक्षर ट्यूमर के नमूनों से लिया गया था, लेकिन स्वस्थ कोलोरेक्टम और ट्यूमर एमबीआर जोखिम स्कोर के बीच एक मजबूत संबंध था, जिससे पता चलता है कि यह हस्ताक्षर रोगियों की आंत माइक्रोबायोम संरचना को पकड़ सकता है। आईसीआर और एमबीआर स्कोर को मिलाकर, एक मल्टी-ओमिक छात्र बायोमार्कर की पहचान करना और मान्य करना संभव था जो कोलन कैंसर के रोगियों में जीवित रहने की भविष्यवाणी करता है। अध्ययन का मल्टी-ओमिक डेटासेट कोलन कैंसर जीव विज्ञान को बेहतर ढंग से समझने और व्यक्तिगत चिकित्सीय दृष्टिकोण खोजने में मदद करने के लिए एक संसाधन प्रदान करता है।

संदर्भ:
रोएलैंड्स, जे., कुप्पेन, पीजेके, अहमद, ईआई एट अल। कोलन कैंसर का एक एकीकृत ट्यूमर, प्रतिरक्षा और माइक्रोबायोम एटलस। नेट मेड 29, 1273-1286 (2023)।