Potilaan johdetut organoidit huumeiden seulontaa varten glioblastoomassa (GlioPDO)

Kasvaimen kirurgisista biopsioista saadut potilaasta johdetut organoidit (PDO) ovat innovatiivinen työkalu yksittäisten potilaiden vasteen testaamiseen tiettyihin hoitostrategioihin. Organoidit ovat kolmiulotteisia (3D) rakenteita, jotka koostuvat elinspesifisistä ja itseorganisoituvista soluista, joita voidaan ylläpitää ja lisätä viljelmässä. Tähän mennessä suojattuja alkuperänimityksiä on perustettu useista syöpätyypeistä, mukaan lukien eturauhas-, munasarja- ja rintasyöpä. Glioblastooma-PDO:ita on myös tuotettu, ja niiden on osoitettu säilyttävän vanhempiensa kasvainten ominaisuudet sekä mutaatiotasolla että geeniekspressioprofiilien ja solujen heterogeenisyyden suhteen. Koska ne toistavat alkuperäisen kasvaimen ominaisuudet paremmin kuin GBM-solulinjat, ne ovat tärkeä edistysaskel henkilökohtaisessa lääketieteessä. Siten glioblastooman PDO:t edustavat hyödyllisiä prekliinisiä malleja lääkeseulonnassa, CAR-T-solutestauksessa ja aivojen ortotooppisten ksenograftien muodostamisessa mallimalleissa. Tästä näkökulmasta suojatut alkuperänimitykset tarjoavat mahdollisuuden karakterisoida paremmin glioblastoomapotilaiden molekyylien heterogeenisyyttä ja testata uusia terapeuttisia strategioita kontekstissa, joka jäljittelee vanhemman kasvaimen geneettisiä ominaisuuksia.

Immunoterapia on nousemassa tehokkaaksi syövänvastaiseksi lähestymistavaksi joissakin syöpätyypeissä. Immunoterapia hyödyntää immuunijärjestelmän kykyä tunnistaa ei-itse-antigeenejä syöpäsolujen kohdistamiseksi ja tuhoamiseksi. Immuunitarkistuspisteiden estäjät (esim. monoklonaaliset anti-PD-1- ja anti-CTLA-4-vasta-aineet) osoittautuivat tehokkaiksi kasvaimissa, joilla on suuri mutaatiotaakka, kuten melanoomassa. Valitettavasti glioblastoomalla on alhainen mutaatiotaakka, mikä johtaa pieneen määrään neoantigeenejä. Lisäksi glioblastooma on erittäin heterogeeninen, mikä tarkoittaa, että kaikki potilaat eivät tuota samoja antigeenejä. Siten suurempia etuja voitaisiin saavuttaa kehittämällä immunoterapioita, jotka kohdistuvat useisiin neoantigeeneihin, ja yhdistämällä neoantigeenin tunnistusstrategiat immuunitarkistuspisteen salpauksen estäjiin. Tästä näkökulmasta epigeneettinen säätely normaalisti hiljaisten transposoituvien elementtien (TE:iden) transkription aktivoimiseksi glioblastoomassa DNA:ta demetyloivilla aineilla voi tehostaa neoantigeenien tuotantoa ja laukaista spesifisen immuunivasteen.

TE:iden transkriptio on vähäistä tai puuttuu useimmista aikuisista soluista, kun taas se on aktiivisempaa alkionkehityksen aikana, kantasoluissa ja, kiehtovaa, kasvaimissa. TE:iden derepressio kasvaimissa tapahtuu useiden epigeneettisten muutosten kautta TE-lokuksiin, mukaan lukien DNA-demetylaatio ja histonin deasetylaatio. Molemmat epigeneettiset muutokset voivat liittyä onkogeneesiin, mikä johtaa erilaisiin epigeneettisen desäätelyn tasoihin. TE:iden yli-ilmentyminen kasvaimissa terveeseen kudokseen verrattuna on kannustanut etsimään anti-TE T-soluvasteita syövässä. Proteogenomiset lähestymistavat ovat tunnistaneet kasvainspesifiset, ei-kanoniset avoimet lukukehykset (ORF:t), jotka koodaavat peptidejä, joita ihmisen leukosyyttiantigeeni (HLA)-I -molekyylit esittelevät kasvainsoluissa. Suurin osa tunnistetuista peptideistä on peräisin ei-koodaavista genomialueista. Mielenkiintoista on, että joitain näistä mahdollisista kasvainspesifisistä antigeeneistä löytyy useilta potilailta ja ne voivat indusoida immuunivasteita in vitro tai hiirimalleissa. Hiljattain karakterisoimme pitkän ei-koodaavan RNA:n (lncRNA) SOD1-geenilokuksen (SOD1-DT) antisense-suunnassa, joka sisältää useita transponoitavia elementtejä. Jotkut näistä (LTR ja Alu) sisältävät ORF:itä ja voivat mahdollisesti koodata erilaisia ​​epitooppeja. Näiden elementtien in silico -translaatiolla tunnistimme peptidejä, jotka vastasivat epitooppeja, jotka on jo testattu GBM-spesifisiksi kohteiksi syövän immunoterapiassa. Näiden transposoituvien elementtien DNA-sekvenssi on kuitenkin voimakkaasti metyloitunut hermokudoksessa ja U87 GBM -solulinjassa (tiedot Genome Browserista). Keskitymme LTR12C-perheeseen kuuluvien TE:iden tutkimukseen, koska niiden on osoitettu toimivan tehostaja- ja promoottorimaisina elementteinä, jotka muokkaavat transkriptiikkamaisemaa kudosspesifisellä tavalla. On jo osoitettu, että DNMTi- ja HDACi-hoidot eivät muuta kanonisten geenien ilmentymistä, mutta indusoivat LTR:ien de novo transkriptiota, mikä puolestaan ​​​​ohjaa spesifisten geenien ilmentymistä. Sen lisäksi, että tuotetaan epitooppi, aktivoimalla spesifisiä LTR:itä on mahdollista aktivoida niihin liittyvät geenit. Erityisesti LTR12C tunnistettiin proapoptoottisten geenien, kuten TP63:n ja TNFRSF10B:n, säätelijäksi. Siten ehdotettu strategia voisi edustaa yleisesti sovellettavaa keinoa proapoptoottisten geenien ja immunogeenisten epitooppien tuottamiseksi kontrolloidulla tavalla, mikä varmistaa hyvin spesifisen lopputuloksen.

Toinen mahdollinen neoepitooppien lähde on viallinen silmukointi. Silmukointi on perustavanlaatuinen vaihe pre-messenger RNA:n (mRNA) kypsymisessä, jota ohjaa suuri makromolekyylikoneisto, nimeltään silmukointi. Spliceosomi poistaa intronit ja ligatoi pre-mRNA:iden viereiset eksonit, jolloin saadaan kypsät mRNA:t. Solut hyödyntävät monien eksonien säädeltyä vaihtoehtoista silmukointia (AS) useiden proteiini-isoformien tuottamiseksi yhdestä geenistä. Muuttunut silmukointiohjelma on kuitenkin usein vapautettu syöpäsoluista, mikä luo toiminnallisen haavoittuvuuden kasvaimille, mukaan lukien aivokasvaimet. Primaaristen ja toistuvien GBM- ja ei-pahanlaatuisten aivokudosten datajoukkojen profilointi on tunnistanut AS-tapahtumia, joita säädellään eri tavalla GBM:ssä ja jotka voidaan muuntaa neoepitoopeiksi. Nämä tulokset viittaavat siihen, että silmukointimodulaatio voisi edustaa pätevää terapeuttista strategiaa glioblastooman hoidossa. Todellakin, arginiinimetyylitransferaasin PRMT5 esto GBM-soluissa häiritsee silmukointia ja johtaa lisääntyneeseen introniretentioon ja solujen vanhenemiseen sekä in vitro että in vivo. Lisäksi PRMT5:llä on rooli GSC:iden säilyttämisessä, jotka ovat välttämättömiä kasvaimen itsensä uusiutumiseen. Äskettäin osoitettiin, että silmukoinnin farmakologinen esto tuottaa silmukoitumisesta johdettuja immunogeenisiä neoepitooppeja, joita MHC-I esittelee kasvainsoluissa ja indusoi T-soluimmuunivasteen in vivo. Toinen mahdollinen terapeuttinen kohde on silmukointitekijä 3b -alayksikkö 1 (SF3B1), joka on silmukointikoneiston ydinkomponentti, joka yliekspressoituu GBM:ssä. Yhdessä nämä tulokset tukevat perustetta tutkia DNA:ta demetyloivien aineiden ja silmukoinnin estäjien vaikutuksia glioblastooman SAN- ja GSC:issä sopivien ehdokkaiden tunnistamiseksi kehittämään uusia terapeuttisia strategioita tälle taudille.

Yllä kuvattuja lähestymistapoja sovelletaan mahdollisiin potilaisiin, joille tehdään neurokirurgia glioblastooman vuoksi. Neurosfääriviljelmät ja suojattu alkuperänimitys muodostetaan primaarisesta kasvainkudoksesta. Käytetään lääkeseulontaa ja solumanipulaatiota TE-ilmentymisen indusoimiseksi ja silmukoinnin moduloimiseksi. In vitro -testien tulokset korreloivat kasvaimen molekyyliprofiilin, hoitovasteen ja potilaiden kokonaistuloksen kanssa.