Utilizzo delle modifiche chimiche presenti sulle molecole di RNA per diagnosticare e trattare il cancro al cervello (EPIGLIO)

I gliomi diffusi sono tra i tumori più comuni del sistema nervoso centrale, con elevata morbilità e mortalità e possibilità terapeutiche molto limitate. I gliomi diffusi sono caratterizzati da una grande variabilità in termini di età alla diagnosi, caratteristiche istologiche e molecolari, classificazione, capacità di progredire a un grado superiore e/o di disseminarsi nel cervello, risposta al trattamento ed esito del paziente. Una delle maggiori sfide nella gestione dei gliomi diffusi è legata all’eterogeneità del comportamento del tumore all’interno dello stesso sottogruppo di tumori. Sebbene negli ultimi decenni siano stati compiuti sforzi per migliorare la caratterizzazione e la classificazione dei tumori, con l’integrazione di marcatori molecolari (ad es. Mutazione dell'isocitrato deidrogenasi (IDH), rimane difficile prevedere la risposta al trattamento e l'esito del paziente a livello individuale. Tuttavia, una classificazione accurata del tumore è di fondamentale importanza nella scelta della terapia personalizzata o nell’evitare trattamenti non necessari. Attualmente, i principali metodi diagnostici per rilevare i gliomi si basano sulle caratteristiche istopatologiche, sul rilevamento di mutazioni o sulla variazione del numero di copie cromosomiche.

Tuttavia, permangono difficoltà, in particolare con la classificazione dei tumori, a causa dell'eterogeneità del tumore e degli errori di campionamento per i tumori ottenuti da piccole biopsie. In particolare, i gliomi di grado 2 ("basso grado") e di grado 3 ("alto grado") non possono essere facilmente distinti, poiché l'eterogeneità del grado del tumore intratumorale non è rara nei pazienti trattati con resezione chirurgica estesa. Un’altra sfida posta dai gliomi è il monitoraggio longitudinale della progressione della malattia, che attualmente si basa principalmente su ripetute scansioni MRI cerebrali, senza ritorno al tumore stesso a causa della difficoltà di ottenere nuovi campioni tumorali in questo contesto. Sarebbero utili nuovi strumenti per rilevare i cambiamenti tumorali nel plasma, prima che si verifichino i cambiamenti nell’imaging. Tuttavia, i marcatori circolanti rappresentano una vera sfida, poiché il rilevamento di marcatori facilmente utilizzabili in altri tipi di cancro (ad es. DNA libero circolante e cellule tumorali circolanti) è ostacolato da una mancanza di sensibilità nei gliomi.

Sono stati stabiliti diversi profili genetici, epigenetici, metabolici e immunologici nei gliomi, ampliando notevolmente la conoscenza delle caratteristiche biologiche di questi tumori e aiutando a identificare potenziali trattamenti. Recentemente, il mondo dell’RNA è emerso come un’area promettente da esplorare per la terapia del cancro, in particolare dopo la (ri)scoperta delle modificazioni chimiche dell’RNA (epitrascrittomica). Ad oggi, sono stati segnalati oltre 150 tipi di modificazioni post-trascrizionali su varie molecole di RNA. Questo complesso paesaggistico di segni chimici incarna un nuovo codice invisibile che governa il destino post-trascrizionale dell’RNA: stabilità, splicing, conservazione, traduzione. È importante sottolineare che l’epigenetica dell’RNA è emersa come un nuovo livello di regolazione dell’espressione genica nei tessuti sani e in altre patologie come il cancro.

I marcatori chimici sono associati all’evoluzione e all’adattamento del cancro, nonché alla risposta alle terapie convenzionali. Sulla base di queste osservazioni, si prevede che: (1) il panorama epigenetico dell'RNA si evolva con la progressione del cancro, stabilendo una "firma chimica" che potrebbe essere sfruttata per scopi diagnostici, prognostici e di previsione della risposta al trattamento; (2) diversi segni chimici non sono semplici alterazioni "transitori" ma piuttosto alterazioni "guidanti" del processo tumorigenico; (3) a differenza dei nucleosidi non modificati, i nucleosidi modificati vengono preferenzialmente escreti come prodotti finali metabolici nelle urine dopo aver circolato nel sangue. Di conseguenza, marcatori RNA alterati nei tessuti cancerosi possono essere rilevati nelle urine e nel sangue e utilizzati a fini diagnostici. Un approccio originale recentemente pubblicato combina l’analisi multiplex dei segni di RNA mediante spettrometria di massa con la bioinformatica e l’apprendimento automatico. Utilizzando campioni di RNA totale estratti da una coorte esistente di pazienti (59 gliomi di grado 2, 3 e 4; 19 campioni di controllo non cancerosi), è stata stabilita una prima "firma chimica" in grado di predire il grado di glioma con notevole efficienza e accuratezza.

N6, 2'-O-dimetiladenosina (m6Am), il marcatore più regolato nel glioblastoma (GBM), è un fattore determinante nell'aggressività del cancro del colon-retto. Situato all'estremità 5' dell'acido ribonucleico messaggero (mRNA), m6Am può influenzare la stabilità dell'mRNA e l'efficienza della traduzione. Questa etichetta chimica viene depositata dal fattore interagente 1 (PCIF1) del dominio terminale carbossilico fosforilato, noto anche come metiltransferasi (scrittore) CAPAM (PCIF1/CAPAM) e rimossa dalla demetilasi (gomma) della massa grassa e della proteina associata all'obesità (FTO). L'FTO è sottoregolato nelle cellule staminali del cancro del colon-retto (CSC), in linea con l'accumulo di m6Am. Alti livelli di m6Am migliorano significativamente le proprietà delle CSC come l'inizio del tumore in vivo e la chemioresistenza, senza modifiche significative al trascrittoma. Questo fenotipo aggressivo può essere invertito mediante l'inibizione di PCIF1, dimostrando il potenziale di prendere di mira gli effettori epigenetici dell'RNA. I dati preliminari sulle linee cellulari di glioma derivate dai pazienti suggeriscono un meccanismo simile nel glioma, dove la down-regolazione dell'FTO promuove la capacità di formare sfere nella coltura in sospensione delle cellule staminali GBM.

(3) È stato stabilito un metodo per rilevare marcatori di RNA in campioni di plasma che hanno prodotto risultati favorevoli dopo l'analisi di campioni di plasma provenienti da una coorte di tumori del colon-retto. Lo stesso processo è stato utilizzato per ottenere dati preliminari analizzando campioni di plasma di pazienti con glioma di grado 2 rispetto a donatori sani. Questo esperimento ha confermato la possibilità di rilevare e quantificare 20 nucleosidi circolanti nel sangue. Sono stati dimostrati cambiamenti significativi tra donatori sani e campioni di pazienti affetti da glioma per alcuni dei nucleosidi circolanti. Alcuni erano sovra-regolamentati (ad es. n6,2'-O-dimetiladenosina (m6Am), 1-metilguanosina (m1G)) mentre altri erano sottoregolati (ad es. adenosina (A), 5-metossicarbonilmetil-2-tiouridina (mcm5s2U)). È importante sottolineare che non tutti gli RNA marcati rilevati sono stati alterati (ad es. N1-metiladenosina (m1A); 5-metilcitosina (m5C)). Se confermati da una coorte più ampia, questi cambiamenti potrebbero costituire una firma circolante basata sull’epitrascrittomica per il rilevamento precoce della malattia. Questa esperienza preliminare rafforza l'interesse per m6Am.

Infine, sono state osservate variazioni anche nel siero degli stessi pazienti rispetto ai soggetti donatori sani, ma provenienti da altri nucleosidi. Ciò sottolinea l’importanza dello studio dei marcatori circolanti nel sangue per la diagnosi dei gliomi.