नेट मेड | एकीकृत ट्यूमर का मानचित्रण करने के लिए एक मल्टी-ओमिक्स दृष्टिकोण

Nat Med | कोलोरेक्टल कैंसर के एकीकृत ट्यूमर, प्रतिरक्षा और सूक्ष्मजीवीय परिदृश्य को मैप करने के लिए एक मल्टी-ओमिक्स दृष्टिकोण माइक्रोबायोम और प्रतिरक्षा प्रणाली के बीच परस्पर क्रिया को उजागर करता है
यद्यपि हाल के वर्षों में प्राथमिक कोलोन कैंसर के बायोमार्करों का व्यापक अध्ययन किया गया है, फिर भी वर्तमान नैदानिक ​​दिशानिर्देश उपचार संबंधी अनुशंसाओं को निर्धारित करने के लिए केवल ट्यूमर-लिम्फ नोड-मेटास्टेसिस स्टेजिंग और डीएनए मिसमैच रिपेयर (एमएमआर) दोषों या माइक्रोसेटेलाइट अस्थिरता (एमएसआई) का पता लगाने (मानक पैथोलॉजी परीक्षण के अतिरिक्त) पर निर्भर करते हैं। शोधकर्ताओं ने कैंसर जीनोम एटलस (टीसीजीए) कोलोरेक्टल कैंसर समूह में जीन अभिव्यक्ति-आधारित प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं, माइक्रोबियल प्रोफाइल और ट्यूमर स्ट्रोमा तथा रोगी के जीवित रहने की दर के बीच संबंध का अभाव पाया है।

जैसे-जैसे अनुसंधान आगे बढ़ा है, प्राथमिक कोलोरेक्टल कैंसर की मात्रात्मक विशेषताओं, जिनमें कैंसर की कोशिकीय, प्रतिरक्षात्मक, स्ट्रोमल या सूक्ष्मजीवी प्रकृति शामिल है, को नैदानिक ​​परिणामों के साथ महत्वपूर्ण रूप से सहसंबंधित पाया गया है, लेकिन अभी भी इस बात की सीमित समझ है कि उनकी परस्पर क्रियाएं रोगी के परिणामों को कैसे प्रभावित करती हैं।
फेनोटाइपिक जटिलता और परिणाम के बीच संबंध का विश्लेषण करने के लिए, कतर के सिद्रा इंस्टीट्यूट ऑफ मेडिकल रिसर्च के शोधकर्ताओं की एक टीम ने हाल ही में एक एकीकृत स्कोर (mICRoScore) विकसित और मान्य किया है। यह स्कोर माइक्रोबायोम विशेषताओं और प्रतिरक्षा अस्वीकृति स्थिरांक (ICR) को मिलाकर बेहतर उत्तरजीविता दर वाले रोगियों के समूह की पहचान करता है। टीम ने प्राथमिक कोलोरेक्टल कैंसर के 348 रोगियों के ताजे जमे हुए नमूनों का व्यापक जीनोमिक विश्लेषण किया, जिसमें ट्यूमर और मिलान किए गए स्वस्थ कोलोरेक्टल ऊतक की RNA सीक्वेंसिंग, संपूर्ण एक्सोम सीक्वेंसिंग, डीप टी-सेल रिसेप्टर और 16S बैक्टीरियल rRNA जीन सीक्वेंसिंग शामिल थी। माइक्रोबायोम को और अधिक स्पष्ट करने के लिए संपूर्ण ट्यूमर जीनोम सीक्वेंसिंग भी की गई। यह अध्ययन "कोलन कैंसर का एक एकीकृत ट्यूमर, प्रतिरक्षा और माइक्रोबायोम एटलस" शीर्षक से नेचर मेडिसिन में प्रकाशित हुआ था।

यह लेख नेचर मेडिसिन में प्रकाशित हुआ था।

एसी-आईसीएएम अवलोकन

शोधकर्ताओं ने प्रणालीगत उपचार के बिना कोलन कैंसर के हिस्टोलॉजिकल निदान वाले रोगियों से प्राप्त ताजे जमे हुए ट्यूमर के नमूनों और उनसे मेल खाने वाले स्वस्थ कोलन ऊतक (ट्यूमर-सामान्य जोड़े) का विश्लेषण करने के लिए एक ऑर्थोगोनल जीनोमिक प्लेटफॉर्म का उपयोग किया। होल-एक्सोम सीक्वेंसिंग (डब्ल्यूईएस), आरएनए-सीक्वेंसिंग डेटा गुणवत्ता नियंत्रण और समावेशन मानदंड स्क्रीनिंग के आधार पर, 348 रोगियों के जीनोमिक डेटा को रखा गया और 4.6 वर्षों के औसत फॉलो-अप के साथ आगे के विश्लेषण के लिए उपयोग किया गया। शोध टीम ने इस संसाधन को सिड्रा-एलयूएमसी एसी-आईसीएएम नाम दिया: प्रतिरक्षा-कैंसर-माइक्रोबायोम अंतःक्रियाओं का एक मानचित्र और मार्गदर्शिका (चित्र 1)।

आईसीआर का उपयोग करके आणविक वर्गीकरण

कैंसर की निरंतर प्रतिरक्षा निगरानी के लिए प्रतिरक्षा आनुवंशिक मार्करों के एक मॉड्यूलर सेट को कैप्चर करते हुए, जिसे अस्वीकृति का प्रतिरक्षा स्थिरांक (ICR) कहा जाता है, शोध दल ने मेलेनोमा, मूत्राशय कैंसर और स्तन कैंसर सहित विभिन्न प्रकार के कैंसर को कवर करने वाले 20-जीन पैनल में ICR को संघनित करके इसे अनुकूलित किया। ICR को स्तन कैंसर सहित विभिन्न प्रकार के कैंसर में प्रतिरक्षा चिकित्सा प्रतिक्रिया से भी जोड़ा गया 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 (ठंडे ट्यूमर) (चित्र 1बी)। शोधकर्ताओं ने सर्वसम्मत आणविक उपप्रकारों (सीएमएस) से जुड़ी प्रतिरक्षा प्रवृत्ति का लक्षण वर्णन किया, जो कोलन कैंसर का एक ट्रांसक्रिप्टोम-आधारित वर्गीकरण है। सीएमएस श्रेणियों में सीएमएस1/प्रतिरक्षा, सीएमएस2/कैनोनिकल, सीएमएस3/मेटाबोलिक और सीएमएस4/मेसेनकाइमल शामिल थे। विश्लेषण से पता चला कि सभी सीएमएस उपप्रकारों में आईसीआर स्कोर कुछ कैंसर कोशिका मार्गों के साथ नकारात्मक रूप से सहसंबंधित थे, और प्रतिरक्षादमनकारी और स्ट्रोमल-संबंधित मार्गों के साथ सकारात्मक सहसंबंध केवल सीएमएस4 ट्यूमर में देखे गए।

सभी सीएमएस में, प्राकृतिक हत्यारा (एनके) कोशिका और टी कोशिका उपसमूहों की प्रचुरता आईसीआर उच्च प्रतिरक्षा उपप्रकारों में सबसे अधिक थी, जबकि अन्य ल्यूकोसाइट उपसमूहों में अधिक भिन्नता देखी गई (चित्र 1सी)। आईसीआर प्रतिरक्षा उपप्रकारों में अलग-अलग ओएस और पीएफएस थे, जिनमें आईसीआर में निम्न से उच्च की ओर क्रमिक वृद्धि देखी गई (चित्र 1डी), जो कोलोरेक्टल कैंसर में आईसीआर की पूर्वानुमान भूमिका को प्रमाणित करता है।

चित्र 1. एसी-आईसीएएम अध्ययन डिजाइन, प्रतिरक्षा-संबंधी जीन हस्ताक्षर, प्रतिरक्षा और आणविक उपप्रकार और उत्तरजीविता।
आईसीआर ट्यूमर-समृद्ध, क्लोनली रूप से प्रवर्धित टी कोशिकाओं को कैप्चर करता है।
ट्यूमर ऊतक में घुसपैठ करने वाली टी कोशिकाओं में से केवल एक अल्पसंख्यक (10% से कम) को ट्यूमर प्रतिजनों के लिए विशिष्ट बताया गया है। इसलिए, ट्यूमर के भीतर मौजूद अधिकांश टी कोशिकाओं को बाईस्टैंडर टी कोशिकाएं कहा जाता है। उत्पादक टीसीआर वाली पारंपरिक टी कोशिकाओं की संख्या के साथ सबसे मजबूत सहसंबंध स्ट्रोमल कोशिका और ल्यूकोसाइट उपसमूहों (आरएनए-सीक्वेंसिंग द्वारा पता लगाया गया) में देखा गया, जिसका उपयोग टी कोशिका उपसमूहों का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है (चित्र 2ए)। आईसीआर समूहों (समग्र और सीएमएस वर्गीकरण) में, प्रतिरक्षा एसईक्यू टीसीआर की उच्चतम क्लोनैलिटी आईसीआर-उच्च और सीएमएस उपप्रकार सीएमएस1/प्रतिरक्षा समूहों में देखी गई (चित्र 2सी), जिसमें आईसीआर-उच्च ट्यूमर का अनुपात सबसे अधिक था। संपूर्ण ट्रांसक्रिप्टोम (18,270 जीन) का उपयोग करते हुए, छह ICR जीन (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA और CXCL10) शीर्ष दस जीनों में शामिल थे जो TCR इम्यून SEQ क्लोनैलिटी से सकारात्मक रूप से जुड़े थे (चित्र 2d)। इम्यूनोSEQ TCR क्लोनैलिटी का अधिकांश ICR जीनों के साथ सहसंबंध ट्यूमर-प्रतिक्रियाशील CD8+ मार्करों का उपयोग करके देखे गए सहसंबंधों की तुलना में अधिक मजबूत था (चित्र 2f और 2g)। निष्कर्षतः, उपरोक्त विश्लेषण से पता चलता है कि ICR सिग्नेचर ट्यूमर-समृद्ध, क्लोनली रूप से प्रवर्धित T कोशिकाओं की उपस्थिति को दर्शाता है और इसके रोगनिदान संबंधी निहितार्थों की व्याख्या कर सकता है।

चित्र 2. टीसीआर मेट्रिक्स और प्रतिरक्षा-संबंधी जीन, प्रतिरक्षा और आणविक उपप्रकारों के साथ सहसंबंध।
स्वस्थ और कोलोन कैंसर ऊतकों में माइक्रोबायोम संरचना
शोधकर्ताओं ने 246 रोगियों से लिए गए ट्यूमर और स्वस्थ बृहदान्त्र ऊतकों से निकाले गए डीएनए का उपयोग करके 16S rRNA अनुक्रमण किया (चित्र 3a)। सत्यापन के लिए, शोधकर्ताओं ने अतिरिक्त रूप से 42 ट्यूमर नमूनों से 16S rRNA जीन अनुक्रमण डेटा का विश्लेषण किया, जिनके लिए विश्लेषण हेतु सामान्य डीएनए उपलब्ध नहीं था। सबसे पहले, शोधकर्ताओं ने ट्यूमर और स्वस्थ बृहदान्त्र ऊतकों के बीच सूक्ष्मजीवों की सापेक्ष प्रचुरता की तुलना की। स्वस्थ नमूनों की तुलना में ट्यूमर में क्लोस्ट्रीडियम परफ्रिंजेंस की मात्रा में उल्लेखनीय वृद्धि देखी गई (चित्र 3a-3d)। ट्यूमर और स्वस्थ नमूनों के बीच अल्फा विविधता (एक नमूने में प्रजातियों की विविधता और प्रचुरता) में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं था, और ICR-उच्च ट्यूमर में ICR-निम्न ट्यूमर की तुलना में सूक्ष्मजीव विविधता में मामूली कमी देखी गई।
माइक्रोबियल प्रोफाइल और नैदानिक ​​परिणामों के बीच चिकित्सकीय रूप से प्रासंगिक संबंधों का पता लगाने के लिए, शोधकर्ताओं ने 16S rRNA जीन अनुक्रमण डेटा का उपयोग करके माइक्रोबायोम विशेषताओं की पहचान करने का लक्ष्य रखा जो उत्तरजीविता की भविष्यवाणी करते हैं। AC-ICAM246 में, शोधकर्ताओं ने एक OS कॉक्स रिग्रेशन मॉडल चलाया जिसने गैर-शून्य गुणांक (विभेदक मृत्यु दर जोखिम से जुड़े) वाली 41 विशेषताओं का चयन किया, जिन्हें MBR क्लासिफायर कहा जाता है (चित्र 3f)।
इस प्रशिक्षण समूह (ICAM246) में, कम MBR स्कोर (MBR<0, कम MBR) मृत्यु के काफी कम जोखिम (85%) से जुड़ा था। शोधकर्ताओं ने दो स्वतंत्र रूप से मान्य समूहों (ICAM42 और TCGA-COAD) में कम MBR (जोखिम) और लंबे समय तक चलने वाले OS के बीच संबंध की पुष्टि की। (चित्र 3) अध्ययन में एंडोगैस्ट्रिक कोक्सी और MBR स्कोर के बीच एक मजबूत सहसंबंध दिखाया गया, जो ट्यूमर और स्वस्थ बृहदान्त्र ऊतक में समान था।

चित्र 3. ट्यूमर और स्वस्थ ऊतकों में माइक्रोबायोम और आईसीआर तथा रोगी के जीवित रहने की दर के साथ इसका 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 परस्पर क्रिया को उजागर करता है। ट्यूमर और स्वस्थ ऊतकों के डीप टीसीआर अनुक्रमण से पता चला कि आईसीआर का रोगनिदान संबंधी प्रभाव संभवतः ट्यूमर-समृद्ध और संभवतः ट्यूमर एंटीजन-विशिष्ट टी सेल क्लोन को पकड़ने की इसकी क्षमता के कारण है।

AC-ICAM नमूनों में 16S rRNA जीन अनुक्रमण का उपयोग करके ट्यूमर माइक्रोबायोम संरचना का विश्लेषण करके, टीम ने एक मजबूत रोगनिदान मूल्य वाला माइक्रोबायोम सिग्नेचर (MBR जोखिम स्कोर) पहचाना। हालांकि यह सिग्नेचर ट्यूमर नमूनों से प्राप्त किया गया था, स्वस्थ कोलोरेक्टम और ट्यूमर MBR जोखिम स्कोर के बीच एक मजबूत सहसंबंध था, जो यह दर्शाता है कि यह सिग्नेचर रोगियों की आंत माइक्रोबायोम संरचना को प्रतिबिंबित कर सकता है। ICR और MBR स्कोर को मिलाकर, एक मल्टी-ओमिक स्टूडेंट बायोमार्कर की पहचान और सत्यापन करना संभव हुआ जो कोलन कैंसर के रोगियों में जीवित रहने की संभावना का पूर्वानुमान लगाता है। अध्ययन का मल्टी-ओमिक डेटासेट कोलन कैंसर जीव विज्ञान को बेहतर ढंग से समझने और व्यक्तिगत चिकित्सीय दृष्टिकोणों की खोज 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)।