RNA-molekyyleissä olevien kemiallisten modifikaatioiden käyttäminen aivosyövän diagnosoimiseen ja hoitoon (EPIGLIO)

Diffuusi glioomat ovat yleisimpiä keskushermoston kasvaimia, joilla on korkea sairastuvuus ja kuolleisuus ja hyvin rajalliset hoitomahdollisuudet. Diffuseille glioomille on ominaista suuri vaihtelu diagnoosin iän, histologisten ja molekyylien ominaisuuksien, luokituksen, kyvyn edetä korkeampaan luokkaan ja/tai leviämiseen aivoissa, vasteen hoitoon ja potilaan tuloksen suhteen. Yksi suurimmista haasteista diffuusien glioomien hallinnassa liittyy kasvaimen käyttäytymisen heterogeenisyyteen samassa kasvainalaryhmässä. Vaikka viime vuosikymmeninä on pyritty parantamaan kasvainten karakterisointia ja luokittelua, integroimalla molekyylimarkkereita (esim. isositraattidehydrogenaasi (IDH) mutaatio), on edelleen vaikea ennustaa hoitovastetta ja potilaan lopputulosta yksilötasolla. Tarkka kasvainten luokittelu on kuitenkin ensiarvoisen tärkeää yksilöllisen hoidon valinnassa tai tarpeettomien hoitojen välttämisessä. Tällä hetkellä tärkeimmät diagnostiset menetelmät glioomien havaitsemiseksi perustuvat histopatologisiin ominaisuuksiin, mutaatioiden havaitsemiseen tai kromosomien kopiomäärän vaihteluun.

Vaikeuksia on kuitenkin edelleen, erityisesti kasvainten luokittelussa, johtuen kasvaimen heterogeenisyydestä ja pienistä biopsioista saatujen kasvaimien näytteenottoharhaisuudesta. Erityisesti asteen 2 ("matala-aste") ja asteen 3 ("korkea-aste") glioomia ei voida helposti erottaa, koska kasvaimensisäinen kasvaimen asteen heterogeenisyys ei ole harvinaista potilailla, joita hoidetaan laajalla kirurgisella resektiolla. Toinen glioomien aiheuttama haaste on taudin etenemisen pitkittäinen seuranta, joka tällä hetkellä perustuu pääasiassa toistuviin aivojen MRI-skannauksiin, eikä itse kasvaimeen palaudu, koska uusia kasvainnäytteitä on vaikea saada tässä ympäristössä. Uudet työkalut kasvainmuutosten havaitsemiseksi plasmassa ennen kuvantamismuutosten tapahtumista olisivat hyödyllisiä. Verenkierrossa olevat markkerit ovat kuitenkin todellinen haaste, sillä muissa syöpätyypeissä (esim. kiertävää vapaata DNA:ta ja kiertäviä kasvainsoluja) haittaa glioomien herkkyyden puute.

Glioomissa on havaittu useita geneettisiä, epigeneettisiä, metabolisia ja immunologisia profiileja, jotka laajentavat huomattavasti tietämystä näiden kasvainten biologisista ominaisuuksista ja auttavat tunnistamaan mahdollisia hoitomuotoja. Viime aikoina RNA:n maailma on noussut lupaavaksi alueeksi tutkittavaksi syövän hoidossa, erityisesti sen jälkeen, kun RNA:n kemialliset modifikaatiot (epitranskriptomiikka) löydettiin (uudelleen). Tähän mennessä eri RNA-molekyyleissä on raportoitu yli 150 tyyppistä transkription jälkeistä modifikaatiota. Tämä kemiallisten merkkien maisemakompleksi ilmentää uutta, näkymätöntä koodia, joka hallitsee RNA:n transkription jälkeistä kohtaloa: stabiilisuutta, silmukointia, varastointia, translaatiota. Tärkeää on, että RNA-epigenetiikka on noussut uutena kerroksena geeniekspression säätelyssä terveissä kudoksissa sekä muissa patologioissa, kuten syövässä.

Kemialliset markkerit liittyvät syövän evoluutioon ja sopeutumiseen sekä vasteeseen tavanomaisiin hoitoihin. Näiden havaintojen perusteella oletetaan, että: (1) RNA:n epigeneettinen maisema kehittyy syövän etenemisen myötä, mikä muodostaa "kemiallisen allekirjoituksen", jota voitaisiin hyödyntää diagnostisiin, prognostisiin ja hoitovasteen ennustamiseen; (2) useat kemialliset merkit eivät ole pelkkiä "ohimeneviä" muutoksia, vaan pikemminkin kasvaimia aiheuttavan prosessin "ajavia" muutoksia; (3) Toisin kuin modifioimattomat nukleosidit, modifioidut nukleosidit erittyvät ensisijaisesti aineenvaihdunnan lopputuotteina virtsaan verenkierron jälkeen. Tämän seurauksena muuttuneet RNA-markkerit syöpäkudoksissa voidaan havaita virtsasta ja verestä ja käyttää hyväksi diagnostisiin tarkoituksiin. Äskettäin julkaistu alkuperäinen lähestymistapa yhdistää RNA-merkkien multipleksianalyysin massaspektrometrialla bioinformatiikkaan ja koneoppimiseen. Käyttämällä olemassa olevasta potilasjoukosta uutettuja kokonais-RNA-näytteitä (59 asteen 2, 3 ja 4 glioomaa; 19 ei-syöpäkontrollinäytettä) on saatu ensimmäinen "kemiallinen allekirjoitus", joka pystyy ennustamaan gliooman asteen huomattavalla tehokkuudella ja tarkkuudella.

N6, 2'-O-dimetyyliadenosiini (m6Am), glioblastooman (GBM) eniten säädelty markkeri, on kolorektaalisyövän aggressiivisuuden aiheuttaja. M6Am, joka sijaitsee lähetti-ribonukleiinihapon (mRNA) 5'-päässä, voi vaikuttaa mRNA:n stabiilisuuteen ja translaatiotehokkuuteen. Tämän kemiallisen tunnisteen tallentaa fosforyloidun karboksyyliterminaalialueen vuorovaikutteinen tekijä 1 (PCIF1), joka tunnetaan myös nimellä CAPAM (PCIF1/CAPAM) metyylitransferaasi (kirjoittaja), ja sen poistaa rasvamassan ja liikalihavuuteen liittyvän proteiinin (FTO) demetylaasi (eraser). FTO:ta säädellään alaspäin kolorektaalisyövän kantasoluissa (CSC), mikä on yhdenmukainen m6Am:n kertymisen kanssa. Korkeat m6Am-tasot parantavat merkittävästi CSC:n ominaisuuksia, kuten in vivo kasvaimen initiaatiota ja kemoresistenssiä, ilman merkittäviä muutoksia transkriptomissa. Tämä aggressiivinen fenotyyppi voidaan kääntää estämällä PCIF1:tä, mikä osoittaa potentiaalin kohdistaa epigeneettisiin RNA-efektoreihin. Alustavat tiedot potilasperäisistä glioomasolulinjoista viittaavat samanlaiseen mekanismiin glioomassa, jossa FTO:n alasäätely edistää pallonmuodostuskykyä GBM-kantasolujen suspensioviljelmässä.

(3) On kehitetty menetelmä RNA-markkerien havaitsemiseksi plasmanäytteistä, jotka tuottivat suotuisia tuloksia kolorektaalisyövän kohortin plasmanäytteiden analysoinnin jälkeen. Samaa prosessia käytettiin alustavien tietojen saamiseksi analysoimalla 2. asteen glioomapotilaiden plasmanäytteitä terveisiin luovuttajiin verrattuna. Tämä koe vahvisti mahdollisuuden havaita ja määrittää 20 verenkierrossa olevaa nukleosidia. Merkittäviä muutoksia havaittiin terveiden luovuttajien ja glioomapotilaiden näytteiden välillä joidenkin verenkierrossa olevien nukleosidejen osalta. Jotkut olivat säänneltyjä (esim. n6,2'-O-dimetyyliadenosiini (m6Am), 1-metyyliguanosiini (m1G)), kun taas toiset olivat alasäädeltyjä (esim. adenosiini (A), 5-metoksikarbonyylimetyyli-2-tiouridiini (mcm5s2U)). Tärkeää on, että kaikkia havaittuja merkittyjä RNA:ita ei muutettu (esim. N1-metyyliadenosiini (m1A); 5-metyylisytosiini (m5C)). Jos suurempi kohortti vahvistaa, nämä muutokset voivat muodostaa epitranskriptiikkaan perustuvan kiertävän allekirjoituksen taudin varhaiseen havaitsemiseen. Tämä alustava kokemus vahvistaa kiinnostusta m6Amia kohtaan.

Lopuksi muutoksia havaittiin myös samojen potilaiden seerumissa verrattuna terveisiin luovuttajahenkilöihin, mutta muista nukleosideista. Tämä korostaa verenkierrossa olevien merkkiaineiden tutkimisen tärkeyttä glioomien diagnosoinnissa.