교모세포종의 약물 스크리닝을 위한 환자 유래 오가노이드 (GlioPDO)

종양 수술 생검에서 얻은 환자 유래 오가노이드(PDO)는 특정 치료 전략에 대한 개별 환자의 반응을 테스트하는 혁신적인 도구입니다. 오가노이드는 배양에서 유지되고 증식될 수 있는 기관 특이적 및 자가 조직 세포로 만들어진 3차원(3D) 구조입니다. 현재까지 PDO는 전립선암, 난소암, 유방암을 포함한 수많은 암 유형에서 확립되었습니다. 교모세포종 PDO도 생산되었으며 돌연변이 수준과 유전자 발현 프로필 및 세포 이질성 측면에서 모종양의 특성을 유지하는 것으로 나타났습니다. 이는 GBM 세포주보다 원래 종양의 특성을 더 잘 요약하므로 맞춤형 의학 접근법에 대한 중요한 발전을 나타냅니다. 따라서 교모세포종 PDO는 약물 스크리닝, CAR-T 세포 테스트 및 모델 모델에서 뇌 정위 이종 이식편 생성에 유용한 전임상 모델을 나타냅니다. 이러한 관점에서 PDO는 교모세포종 환자의 분자 이질성을 더 잘 특성화하고 모종양 유전적 특성을 모방하는 맥락에서 새로운 치료 전략을 테스트할 수 있는 기회를 제공합니다.

면역요법은 일부 암 유형에서 강력한 항암 접근법으로 떠오르고 있습니다. 면역요법은 비자기항원을 인식하여 암세포를 표적으로 삼아 파괴하는 면역체계의 능력을 활용합니다. 면역 체크포인트 억제제(예: 항PD-1 및 항CTLA-4 단클론 항체)는 흑색종과 같이 돌연변이 부담이 높은 종양에 효과적인 것으로 나타났습니다. 불행하게도 교모세포종은 돌연변이 부담이 낮아 소량의 신생항원을 생성합니다. 더욱이 교모세포종은 매우 이질적이어서 모든 환자가 동일한 항원을 생성하지 않는다는 의미입니다. 따라서 여러 신생항원을 표적으로 하는 면역요법을 개발하고 신생항원 인식 전략과 면역 체크포인트 차단 억제제를 결합하면 더 높은 이점을 얻을 수 있습니다. 이러한 관점에서, DNA 탈메틸화제에 의해 교모세포종에서 일반적으로 침묵하는 전이 요소(TE)의 전사를 활성화하는 후생적 조절은 신생항원의 생성을 강화하고 특정 면역 반응을 유발할 수 있습니다.

TE의 전사는 대부분의 성체 세포에서 낮거나 없는 반면, 배아 발달 과정, 줄기 세포 및 흥미롭게도 종양에서는 더욱 활성화됩니다. 종양에서의 TE 억제 해제는 DNA 탈메틸화 및 히스톤 탈아세틸화를 포함하여 TE 유전자좌에 대한 다중 후성유전학적 변화를 통해 발생합니다. 두 후성유전학적 변화 모두 종양 발생과 연관될 수 있으며, 그 결과 후성유전적 탈조절 수준이 달라집니다. 건강한 조직과 비교하여 종양에서 TE의 과발현은 암에서 항-TE T 세포 반응에 대한 검색을 촉발시켰습니다. 단백질유전체학 접근법은 종양 세포의 인간 백혈구 항원(HLA)-I 분자에 의해 제시된 펩티드를 코딩하는 종양 특이적 비정규 개방형 판독 프레임(ORF)을 확인했습니다. 확인된 펩타이드의 대부분은 비코딩 게놈 영역에서 유래되었습니다. 흥미롭게도 이러한 잠재적인 종양 특이적 항원 중 일부는 여러 환자에서 발견되며 시험관 내 또는 마우스 모델에서 면역 반응을 유도할 수 있습니다. 우리는 최근 여러 전이 가능한 요소를 포함하는 SOD1 유전자좌(SOD1-DT)의 안티센스 방향에서 긴 비코딩 RNA(lncRNA)를 특성화했습니다. 이들 중 일부(LTR 및 Alu)에는 ORF가 포함되어 있으며 잠재적으로 다른 에피토프를 인코딩할 수 있습니다. 이러한 요소의 in silico 번역을 통해 우리는 암 면역 요법에 대한 GBM 특정 표적으로 이미 테스트된 에피토프에 해당하는 펩타이드를 식별했습니다. 그러나 이러한 전이 요소의 DNA 서열은 신경 조직과 U87 GBM 세포주에서 고도로 메틸화되어 있습니다(Genome Browser의 데이터). 우리는 LTR12C 제품군에 속하는 TE에 대한 연구에 중점을 둘 것입니다. 왜냐하면 TE가 인핸서 유사 및 프로모터 유사 요소로 작용하여 조직별 방식으로 전사체학 환경을 형성하는 것으로 나타났기 때문입니다. DNMTi 및 HDACi를 사용한 치료는 표준 유전자의 발현을 변경하지 않지만 LTR의 새로운 전사를 유도하여 결과적으로 특정 유전자의 발현을 유도한다는 것이 이미 입증되었습니다. 따라서 특정 LTR을 활성화함으로써 에피토프를 생성하는 것 외에도 이에 연결된 유전자를 활성화하는 것이 가능합니다. 특히, LTR12C는 TP63 및 TNFRSF10B와 같은 proapoptotic 유전자의 조절인자로 확인되었습니다. 따라서 제안된 전략은 제어된 방식으로 세포사멸 촉진 유전자와 면역원성 에피토프를 생성하여 매우 구체적인 결과를 보장하는 일반적으로 적용 가능한 수단을 나타낼 수 있습니다.

네오에피토프의 또 다른 잠재적인 원인은 접합 결함입니다. 스플라이싱은 스플라이시오솜이라는 대형 거대분자 기계에 의해 작동되는 전령자 RNA(mRNA) 성숙의 기본 단계입니다. 스플라이스솜은 인트론을 제거하고 pre-mRNA의 측면 엑손을 결찰하여 성숙한 mRNA를 생성합니다. 많은 엑손의 조절된 대체 스플라이싱(AS)은 세포에 의해 단일 유전자로부터 여러 단백질 이소형을 생성하는 데 활용됩니다. 그러나 변경된 접합 프로그램은 종종 암세포에서 규제가 완화되어 뇌종양을 포함한 종양에 대해 실행 가능한 취약성을 생성합니다. 원발성 및 재발성 GBM 및 비악성 뇌 조직 데이터 세트의 프로파일링을 통해 GBM에서 서로 다르게 조절되고 신생 에피토프로 변환될 수 있는 AS 사건이 확인되었습니다. 이러한 결과는 접합 조절이 교모세포종에 대한 유효한 치료 전략을 나타낼 수 있음을 시사합니다. 실제로, GBM 세포에서 아르기닌 메틸 트랜스퍼라제 PRMT5의 억제는 스플라이싱을 조절하지 못하고 시험관 내 및 생체 내 모두에서 인트론 유지 및 세포 노화를 증가시킵니다. 또한, PRMT5는 종양 자가 재생에 필요한 GSC 보존에 역할을 합니다. 최근에는 스플라이싱의 약리학적 억제가 스플라이싱 유래 면역원성 네오에피토프를 생성하는 것으로 나타났으며, 이는 MHC-I에 의해 종양 세포에 제시되고 생체 내에서 T 세포 면역 반응을 유도합니다. 또 다른 잠재적인 치료 목표는 GBM에서 과발현되는 접합 기계의 핵심 구성 요소인 Splicing Factor 3b Subunit 1(SF3B1)입니다. 종합하면, 이러한 결과는 교모세포종 PDO 및 GSC에서 DNA 탈메틸화제 및 스플라이싱 억제제의 효과를 연구하여 이 질병에 대한 새로운 치료 전략을 개발하는 데 적합한 후보를 식별하는 근거를 뒷받침합니다.

위에서 설명한 접근법은 교모세포종에 대한 신경외과 수술을 받는 전향적으로 등록된 환자에게 적용될 것입니다. 신경구 배양 및 PDO는 원발성 종양 조직으로부터 확립됩니다. TE 발현을 유도하고 스플라이싱을 조절하기 위한 약물 스크리닝 및 세포 조작이 적용됩니다. 시험관 내 테스트 결과는 종양 분자 프로필, 치료에 대한 반응 및 전반적인 환자 결과와 상관관계가 있습니다.