नेट मेड | एकीकृत ट्यूमर के मानचित्रण के लिए एक बहु-ओमिक्स दृष्टिकोण

नेट मेड | कोलोरेक्टल कैंसर के एकीकृत ट्यूमर, प्रतिरक्षा और माइक्रोबियल परिदृश्य के मानचित्रण के लिए एक बहु-ओमिक्स दृष्टिकोण, प्रतिरक्षा प्रणाली के साथ माइक्रोबायोम की अंतःक्रिया को प्रकट करता है
यद्यपि हाल के वर्षों में प्राथमिक कोलन कैंसर के बायोमार्करों का व्यापक अध्ययन किया गया है, वर्तमान नैदानिक ​​दिशानिर्देश उपचार संबंधी सुझाव निर्धारित करने के लिए केवल ट्यूमर-लिम्फ नोड-मेटास्टेसिस स्टेजिंग और डीएनए मिसमैच रिपेयर (एमएमआर) दोषों या माइक्रोसैटेलाइट 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 और रोगी के जीवित रहने के बीच संबंध का अभाव देखा है।

जैसे-जैसे अनुसंधान आगे बढ़ा है, प्राथमिक कोलोरेक्टल कैंसर की मात्रात्मक विशेषताएं, जिनमें कैंसर की कोशिकीय, प्रतिरक्षा, स्ट्रोमल या माइक्रोबियल प्रकृति शामिल है, नैदानिक ​​परिणामों के साथ महत्वपूर्ण रूप से सहसंबंधित पाई गई हैं, लेकिन अभी भी इस बात की समझ सीमित है कि उनकी परस्पर क्रियाएं रोगी के परिणामों को कैसे प्रभावित करती हैं।
फेनोटाइपिक जटिलता और परिणाम के बीच संबंधों का विश्लेषण करने के लिए, कतर के 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 स्थिरांक (ICR) को मिलाकर अच्छी उत्तरजीविता दर वाले रोगियों के समूह की पहचान करता है। टीम ने प्राथमिक कोलोरेक्टल कैंसर के 348 रोगियों के ताज़ा जमे हुए नमूनों का एक व्यापक जीनोमिक विश्लेषण किया, जिसमें ट्यूमर के आरएनए अनुक्रमण और स्वस्थ कोलोरेक्टल ऊतक, पूरे एक्सोम अनुक्रमण, डीप टी-सेल रिसेप्टर और 16S बैक्टीरियल rRNA जीन अनुक्रमण, माइक्रोबायोम को और अधिक स्पष्ट करने के लिए पूरे ट्यूमर जीनोम अनुक्रमण द्वारा पूरक शामिल थे। यह अध्ययन नेचर मेडिसिन में "कोलन कैंसर का एक एकीकृत ट्यूमर, प्रतिरक्षा और माइक्रोबायोम एटलस" के रूप में प्रकाशित हुआ था।

नेचर मेडिसिन में प्रकाशित लेख

एसी-आईसीएएम अवलोकन

शोधकर्ताओं ने एक ऑर्थोगोनल जीनोमिक प्लेटफ़ॉर्म का उपयोग करके ताज़ा जमे हुए ट्यूमर के नमूनों का विश्लेषण किया और बिना प्रणालीगत उपचार के कोलन कैंसर के हिस्टोलॉजिकल निदान वाले रोगियों के आसन्न स्वस्थ कोलन ऊतक (ट्यूमर-सामान्य जोड़े) का मिलान किया। संपूर्ण-एक्सोम अनुक्रमण (WES), RNA-seq डेटा गुणवत्ता नियंत्रण और समावेशन मानदंड स्क्रीनिंग के आधार पर, 348 रोगियों के जीनोमिक डेटा को बनाए रखा गया और 4.6 वर्षों की औसत अनुवर्ती अवधि के साथ डाउनस्ट्रीम विश्लेषण के लिए उपयोग किया गया। शोध दल ने इस संसाधन का नाम "सिड्रा-LUMC AC-ICAM: प्रतिरक्षा-कैंसर-माइक्रोबायोम अंतःक्रियाओं का एक मानचित्र और मार्गदर्शिका" (चित्र 1) रखा।

आईसीआर का उपयोग करके आणविक वर्गीकरण

निरंतर कैंसर प्रतिरक्षा निगरानी के लिए प्रतिरक्षा आनुवंशिक मार्करों के एक मॉड्यूलर सेट को एकत्रित करके, जिसे अस्वीकृति का प्रतिरक्षा स्थिरांक (ICR) कहा जाता है, अनुसंधान दल ने ICR को 20-जीन पैनल में संघनित करके अनुकूलित किया, जिसमें मेलेनोमा, मूत्राशय कैंसर और स्तन कैंसर सहित विभिन्न प्रकार के कैंसर शामिल हैं। ICR को स्तन कैंसर सहित विभिन्न प्रकार के कैंसर में प्रतिरक्षा चिकित्सा प्रतिक्रिया से भी जोड़ा गया है।

सबसे पहले, शोधकर्ताओं ने AC-ICAM समूह के ICR चिह्न को सत्यापित किया, और समूह को तीन समूहों/प्रतिरक्षा उपप्रकारों में वर्गीकृत करने के लिए ICR जीन-आधारित सह-वर्गीकरण पद्धति का उपयोग किया: उच्च ICR (गर्म ट्यूमर), मध्यम ICR और निम्न ICR (ठंडे ट्यूमर) (चित्र 1b)। शोधकर्ताओं ने सर्वसम्मति आणविक उपप्रकारों (CMS), जो बृहदान्त्र कैंसर का एक ट्रांसक्रिप्टोम-आधारित वर्गीकरण है, से जुड़ी प्रतिरक्षा प्रवृत्ति का वर्णन किया। CMS श्रेणियों में CMS1/प्रतिरक्षा, CMS2/कैनोनिकल, CMS3/चयापचय और CMS4/मेसेनकाइमल शामिल थे। विश्लेषण से पता चला कि सभी CMS उपप्रकारों में ICR स्कोर कुछ कैंसर कोशिका मार्गों के साथ नकारात्मक रूप से सहसंबद्ध थे, और केवल CMS4 ट्यूमर में प्रतिरक्षादमनकारी और स्ट्रोमल-संबंधी मार्गों के साथ सकारात्मक सहसंबंध देखे गए।

सभी सीएमएस में, प्राकृतिक हत्यारा (एनके) कोशिका और टी कोशिका 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 अलग-अलग ओएस और पीएफएस थे, आईसीआर में निम्न से उच्च तक प्रगतिशील वृद्धि के साथ (चित्र 1डी), जो कोलोरेक्टल कैंसर में आईसीआर की रोगनिदान भूमिका को मान्य करता है।

चित्र 1. एसी-आईसीएएम अध्ययन डिजाइन, प्रतिरक्षा-संबंधी जीन हस्ताक्षर, प्रतिरक्षा और आणविक उपप्रकार और उत्तरजीविता।
आईसीआर ट्यूमर-समृद्ध, क्लोन रूप से प्रवर्धित टी कोशिकाओं को पकड़ता है
ट्यूमर ऊतक में घुसपैठ करने वाली टी कोशिकाओं की केवल एक छोटी संख्या ही ट्यूमर प्रतिजनों (10% से कम) के लिए विशिष्ट पाई गई है। इसलिए, अधिकांश अंतः-ट्यूमर टी कोशिकाओं को बाईस्टैंडर टी कोशिकाएँ (बाईस्टैंडर टी कोशिकाएँ) कहा जाता है। उत्पादक टीसीआर के साथ पारंपरिक टी कोशिकाओं की संख्या के साथ सबसे मजबूत सहसंबंध स्ट्रोमल कोशिका और ल्यूकोसाइट उप-जनसंख्या (आरएनए-सीक्वेंस द्वारा पता लगाया गया) में देखा गया, जिसका उपयोग टी कोशिका उप-जनसंख्या का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है (चित्र 2a)। आईसीआर समूहों (समग्र और सीएमएस वर्गीकरण) में, प्रतिरक्षा एसईक्यू टीसीआर की उच्चतम क्लोनलिटी आईसीआर-उच्च और सीएमएस उपप्रकार सीएमएस1/प्रतिरक्षा समूहों (चित्र 2c) में देखी गई, 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) उन शीर्ष दस जीनों में शामिल थे जो TCR प्रतिरक्षा SEQ क्लोनलिटी (चित्र 2d) से सकारात्मक रूप से जुड़े थे। इम्यूनोSEQ TCR क्लोनलिटी, ट्यूमर-प्रतिक्रियाशील CD8+ मार्करों (चित्र 2f और 2g) का उपयोग करके देखे गए सहसंबंधों की तुलना में अधिकांश ICR जीनों के साथ अधिक मजबूती से सहसंबद्ध थी। निष्कर्षतः, उपरोक्त विश्लेषण से पता चलता है कि ICR हस्ताक्षर ट्यूमर-समृद्ध, क्लोन रूप से प्रवर्धित T कोशिकाओं की उपस्थिति को दर्शाता है और इसके रोगसूचक निहितार्थों की व्याख्या कर सकता है।

चित्र 2. टीसीआर मेट्रिक्स और प्रतिरक्षा-संबंधित जीन, प्रतिरक्षा और आणविक उपप्रकारों के साथ सहसंबंध।
स्वस्थ और बृहदान्त्र कैंसर ऊतकों में माइक्रोबायोम संरचना
शोधकर्ताओं ने 246 रोगियों के मिलान वाले ट्यूमर और स्वस्थ बृहदान्त्र ऊतक से निकाले गए डीएनए का उपयोग करके 16S rRNA अनुक्रमण किया (चित्र 3a)। सत्यापन के लिए, शोधकर्ताओं ने अतिरिक्त 42 ट्यूमर नमूनों से 16S rRNA जीन अनुक्रमण डेटा का विश्लेषण किया, जिनमें विश्लेषण के लिए मिलान वाला सामान्य डीएनए उपलब्ध नहीं था। सबसे पहले, शोधकर्ताओं ने मिलान वाले ट्यूमर और स्वस्थ बृहदान्त्र ऊतक के बीच वनस्पतियों की सापेक्ष प्रचुरता की तुलना की। स्वस्थ नमूनों की तुलना में ट्यूमर में क्लोस्ट्रीडियम परफ़्रिंगेंस की मात्रा उल्लेखनीय रूप से बढ़ी हुई थी (चित्र 3a-3d)। ट्यूमर और स्वस्थ नमूनों के बीच अल्फा विविधता (एक ही नमूने में प्रजातियों की विविधता और प्रचुरता) में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं था, और ICR-कम ट्यूमर की तुलना में ICR-उच्च ट्यूमर में सूक्ष्मजीव 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 16S rRNA जीन अनुक्रमण डेटा का उपयोग करके जीवित रहने की भविष्यवाणी करने वाली माइक्रोबायोम विशेषताओं की पहचान करने का लक्ष्य रखा। AC-ICAM246 में, शोधकर्ताओं ने एक OS कॉक्स रिग्रेशन मॉडल चलाया, जिसमें गैर-शून्य गुणांकों (विभेदक मृत्यु दर जोखिम से जुड़े) वाली 41 विशेषताओं का चयन किया गया, जिन्हें MBR क्लासिफायर कहा जाता है (चित्र 3f)।
इस प्रशिक्षण समूह (ICAM246) में, कम MBR स्कोर (MBR<0, कम MBR) मृत्यु के उल्लेखनीय रूप से 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 OS के बीच संबंध की पुष्टि की। (चित्र 3) अध्ययन ने एंडोगैस्ट्रिक कोक्सी और MBR स्कोर के बीच एक मजबूत संबंध दिखाया, जो ट्यूमर और स्वस्थ बृहदान्त्र ऊतक में समान थे।

चित्र 3. ट्यूमर और स्वस्थ ऊतकों में माइक्रोबायोम और आईसीआर और रोगी के जीवित रहने के साथ संबंध।
निष्कर्ष
इस अध्ययन में प्रयुक्त बहु-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 प्रकट करता है। ट्यूमर और स्वस्थ ऊतकों के गहन टीसीआर अनुक्रमण से पता चला है कि आईसीआर का पूर्वानुमानात्मक प्रभाव ट्यूमर-समृद्ध और संभवतः ट्यूमर प्रतिजन-विशिष्ट टी कोशिका क्लोनों को पकड़ने की इसकी क्षमता के कारण हो सकता है।

AC-ICAM नमूनों में 16S rRNA जीन अनुक्रमण का उपयोग करके ट्यूमर माइक्रोबायोम संरचना का विश्लेषण करके, टीम ने एक मजबूत रोगनिदान मूल्य वाले माइक्रोबायोम हस्ताक्षर (MBR जोखिम स्कोर) की पहचान की। हालाँकि यह हस्ताक्षर ट्यूमर के नमूनों से प्राप्त किया गया था, स्वस्थ कोलोरेक्टम और ट्यूमर MBR जोखिम स्कोर के बीच एक मजबूत संबंध था, जिससे पता चलता है कि यह हस्ताक्षर रोगियों की आंत माइक्रोबायोम संरचना को दर्शा सकता है। ICR और MBR स्कोर को मिलाकर, एक मल्टी-ओमिक स्टूडेंट बायोमार्कर की पहचान और सत्यापन संभव हुआ जो कोलन कैंसर के रोगियों में जीवन रक्षा 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)।