Použití chemických modifikací přítomných na molekulách RNA k diagnostice a léčbě rakoviny mozku (EPIGLIO)

Difuzní gliomy patří mezi nejčastější nádory centrálního nervového systému s vysokou morbiditou a mortalitou a velmi omezenými terapeutickými možnostmi. Difuzní gliomy se vyznačují velkou variabilitou, pokud jde o věk v době diagnózy, histologické a molekulární znaky, klasifikaci, schopnost postupovat do vyššího stupně a/nebo diseminovat v mozku, odpověď na léčbu a výsledek pacienta. Jedna z hlavních výzev v léčbě difuzních gliomů souvisí s heterogenitou chování nádorů v rámci stejné podskupiny nádorů. Ačkoli bylo v posledních desetiletích vynaloženo úsilí na zlepšení charakterizace a klasifikace nádoru, s integrací molekulárních markerů (např. mutace isocitrátdehydrogenázy (IDH), zůstává obtížné předvídat odpověď na léčbu a výsledek pacienta na individuální úrovni. Přesná klasifikace nádorů má však prvořadý význam při výběru personalizované terapie nebo při vyhýbání se zbytečné léčbě. V současnosti jsou hlavní diagnostické metody pro detekci gliomů založeny na histopatologických rysech, detekci mutací nebo variaci počtu kopií chromozomů.

Přetrvávají však potíže, zejména s klasifikací nádorů, v důsledku heterogenity nádoru a zkreslení vzorků pro nádory získané z malých biopsií. Zejména gliomy 2. stupně ("low-grade") a 3. stupně ("high-grade") nelze snadno odlišit, protože heterogenita stupně intratumorálního tumoru není u pacientů léčených rozsáhlou chirurgickou resekcí neobvyklá. Další výzvou, kterou gliomy představují, je longitudinální sledování progrese onemocnění, které se v současnosti opírá především o opakovaná vyšetření mozku magnetickou rezonancí, bez návratu k samotnému nádoru kvůli obtížnosti získávání nových vzorků nádoru v tomto prostředí. Užitečné by byly nové nástroje pro detekci nádorových změn v plazmě, než dojde ke změnám zobrazení. Cirkulující markery však představují skutečnou výzvu, protože detekce markerů snadno používaných u jiných typů rakoviny (např. cirkulující volná DNA a cirkulující nádorové buňky) je omezován nedostatkem citlivosti u gliomů.

U gliomů bylo stanoveno několik genetických, epigenetických, metabolických a imunologických profilů, které značně rozšiřují znalosti o biologických charakteristikách těchto nádorů a pomáhají identifikovat potenciální způsoby léčby. Nedávno se svět RNA ukázal jako slibná oblast k prozkoumání pro léčbu rakoviny, zejména po (znovu)objevení chemických modifikací RNA (epitranscriptomika). K dnešnímu dni bylo popsáno více než 150 typů post-transkripčních modifikací na různých molekulách RNA. Tento krajinný komplex chemických značek ztělesňuje nový, neviditelný kód, který řídí post-transkripční osud RNA: stabilita, sestřih, skladování, translace. Důležité je, že epigenetika RNA se objevila jako nová vrstva regulace genové exprese ve zdravých tkáních i v jiných patologiích, jako je rakovina.

Chemické markery jsou spojeny s vývojem a adaptací rakoviny, stejně jako s reakcí na konvenční terapie. Na základě těchto pozorování se předpokládá, že: (1) epigenetická krajina RNA se vyvíjí s progresí rakoviny a vytváří "chemický podpis", který by mohl být využit pro účely diagnostické, prognostické a léčebné predikce; (2) několik chemických značek není pouhými „přechodnými“ změnami, ale spíše „hybnými“ změnami tumorigenního procesu; (3) na rozdíl od nemodifikovaných nukleosidů jsou modifikované nukleosidy přednostně vylučovány jako konečné produkty metabolismu močí po cirkulaci v krvi. V důsledku toho mohou být změněné RNA markery v rakovinných tkáních detekovány v moči a krvi a využity pro diagnostické účely. Nedávno publikovaný originální přístup kombinuje multiplexní analýzu značek RNA pomocí hmotnostní spektrometrie s bioinformatikou a strojovým učením. Pomocí vzorků celkové RNA extrahovaných ze stávající kohorty pacientů (59 gliomů 2., 3. a 4. stupně; 19 nerakovinných kontrolních vzorků) byl vytvořen první „chemický podpis“ schopný předpovídat stupeň gliomu s pozoruhodnou účinností a přesností.

N6, 2'-O-dimethyladenosin (m6Am), nejvíce upregulovaný marker u glioblastomu (GBM), je hnacím motorem agresivity kolorektálního karcinomu. Nachází se na 5' konci messengeru RiboNucleic Acid (mRNA), m6Am může ovlivnit stabilitu mRNA a účinnost translace. Tato chemická značka je uložena faktorem 1 interagujícím s fosforylovanou karboxylovou koncovou doménou (PCIF1), také známým jako CAPAM (PCIF1/CAPAM) methyltransferáza (zapisovač) a odstraněna demethylázou (mazací) demethylázou s tukem a obezitou (FTO). FTO je down-regulován v kmenových buňkách kolorektálního karcinomu (CSC), což je v souladu s akumulací m6Am. Vysoké hladiny m6Am významně zvyšují vlastnosti CSC, jako je in vivo iniciace nádoru a chemorezistence, bez významných změn v transkriptomu. Tento agresivní fenotyp lze zvrátit inhibicí PCIF1, což prokazuje potenciál zacílení epigenetických efektorů RNA. Předběžné údaje o buněčných liniích gliomu pocházejících od pacienta naznačují podobný mechanismus u gliomu, kde down-regulace FTO podporuje schopnost tvořit sféry v suspenzní kultuře kmenových buněk GBM.

(3) Byla zavedena metoda pro detekci RNA markerů ve vzorcích plazmy, která poskytla příznivé výsledky po analýze vzorků plazmy z kohorty kolorektálního karcinomu. Stejný proces byl použit k získání předběžných dat analýzou vzorků plazmy od pacientů s gliomem 2. stupně oproti zdravým dárcům. Tento experiment potvrdil možnost detekce a kvantifikace 20 cirkulujících nukleosidů v krvi. U některých cirkulujících nukleosidů byly prokázány významné změny mezi zdravými dárci a vzorky pacientů s gliomem. Některé byly regulovány (např. n6,2'-O-dimethyladenosin (m6Am), 1-methylguanosin (m1G)), zatímco jiné byly down-regulovány (např. adenosin (A), 5-methoxykarbonylmethyl-2-thiouridin (mcm5s2U)). Důležité je, že ne všechny detekované označené RNA byly změněny (např. N1-methyladenosin (mlA); 5-methylcytosin (m5C)). Pokud by tyto změny potvrdila větší kohorta, mohly by představovat cirkulující signaturu založenou na epitranskriptomice pro včasnou detekci onemocnění. Tato předběžná zkušenost posiluje zájem o m6Am.

Nakonec byly také pozorovány změny v séru stejných pacientů ve srovnání se zdravými dárci, ale od jiných nukleosidů. To podtrhuje důležitost studia cirkulujících markerů v krvi pro diagnostiku gliomů.