Gebruik van de chemische modificaties die aanwezig zijn op RNA-moleculen om hersenkanker te diagnosticeren en te behandelen (EPIGLIO)

Diffuse gliomen behoren tot de meest voorkomende tumoren van het centrale zenuwstelsel, met een hoge morbiditeit en mortaliteit en zeer beperkte therapeutische mogelijkheden. Diffuse gliomen worden gekenmerkt door grote variabiliteit in termen van leeftijd bij diagnose, histologische en moleculaire kenmerken, classificatie, vermogen om naar een hogere graad te evolueren en/of zich in de hersenen te verspreiden, reactie op de behandeling en het resultaat voor de patiënt. Een van de grootste uitdagingen bij de behandeling van diffuse gliomen houdt verband met de heterogeniteit van tumorgedrag binnen dezelfde tumorsubgroep. Hoewel er de afgelopen decennia pogingen zijn gedaan om de karakterisering en classificatie van tumoren te verbeteren, met de integratie van moleculaire markers (bijv. Isocitraat DeHydrogenase (IDH)-mutatie), blijft het moeilijk om de behandelingsrespons en de uitkomst van de patiënt op individueel niveau te voorspellen. Toch is nauwkeurige tumorclassificatie van het allergrootste belang bij het kiezen van gepersonaliseerde therapie of het vermijden van onnodige behandelingen. Momenteel zijn de belangrijkste diagnostische methoden voor het detecteren van gliomen gebaseerd op histopathologische kenmerken, mutatiedetectie of variatie in het aantal chromosomenkopieën.

Er blijven echter problemen bestaan, vooral bij de classificatie van tumoren, vanwege de heterogeniteit van de tumor en de bias van de bemonstering voor tumoren verkregen uit kleine biopsieën. Met name graad 2 ("laaggradige") en graad 3 ("hooggradige") gliomen kunnen niet gemakkelijk van elkaar worden onderscheiden, aangezien intratumorale heterogeniteit van de tumor niet ongewoon is bij patiënten die worden behandeld met uitgebreide chirurgische resectie. Een andere uitdaging die gliomen met zich meebrengen is de longitudinale monitoring van ziekteprogressie, die momenteel voornamelijk afhankelijk is van herhaalde MRI-scans van de hersenen, zonder terugkeer naar de tumor zelf vanwege de moeilijkheid om in deze setting nieuwe tumormonsters te verkrijgen. Nieuwe hulpmiddelen om tumorveranderingen in plasma te detecteren, voordat beeldvormingsveranderingen optreden, zouden nuttig zijn. Circulerende markers vormen echter een echte uitdaging, omdat de detectie van markers die gemakkelijk bij andere soorten kanker kunnen worden gebruikt (bijv. circulerend vrij DNA en circulerende tumorcellen) wordt belemmerd door een gebrek aan gevoeligheid bij gliomen.

Bij gliomen zijn verschillende genetische, epigenetische, metabolische en immunologische profielen vastgesteld, waardoor de kennis van de biologische kenmerken van deze tumoren aanzienlijk is uitgebreid en mogelijke behandelingen zijn helpen identificeren. Onlangs is de wereld van RNA naar voren gekomen als een veelbelovend gebied om te verkennen voor kankertherapie, vooral sinds de (her)ontdekking van chemische modificaties van RNA (epitranscriptomics). Tot op heden zijn er meer dan 150 soorten post-transcriptionele modificatie gerapporteerd op verschillende RNA-moleculen. Dit landschapscomplex van chemische markeringen belichaamt een nieuwe, onzichtbare code die het post-transcriptionele lot van RNA regelt: stabiliteit, splitsing, opslag, vertaling. Belangrijk is dat RNA-epigenetica naar voren is gekomen als een nieuwe laag van genexpressieregulatie in gezonde weefsels en ook in andere pathologieën zoals kanker.

Chemische markers worden geassocieerd met de evolutie en aanpassing van kanker, evenals met de respons op conventionele therapieën. Gebaseerd op deze observaties wordt verwacht dat: (1) het epigenetische RNA-landschap evolueert met de progressie van kanker, waardoor een "chemische signatuur" ontstaat die kan worden benut voor diagnostische, prognostische en behandelingsresponsvoorspellingsdoeleinden; (2) verschillende chemische kenmerken zijn niet louter "voorbijgaande" veranderingen, maar eerder "aandrijvende" veranderingen in het tumorverwekkende proces; (3) In tegenstelling tot ongemodificeerde nucleosiden worden gemodificeerde nucleosiden bij voorkeur als metabolische eindproducten in de urine uitgescheiden nadat ze in het bloed zijn gecirculeerd. Bijgevolg kunnen veranderde RNA-markers in kankerweefsel worden gedetecteerd in urine en bloed en worden benut voor diagnostische doeleinden. Een onlangs gepubliceerde originele benadering combineert multiplexanalyse van RNA-markeringen door massaspectrometrie met bio-informatica en machinaal leren. Met behulp van totaal RNA-monsters die zijn geëxtraheerd uit een bestaand cohort patiënten (59 gliomen van graad 2, 3 en 4; 19 niet-kankerachtige controlemonsters), is een eerste "chemische signatuur" vastgesteld die in staat is om de graad van glioom met opmerkelijke efficiëntie en nauwkeurigheid te voorspellen.

N6, 2'-O-dimethyladenosine (m6Am), de meest opwaarts gereguleerde marker bij glioblastoom (GBM), is een aanjager van de agressiviteit van colorectale kanker. Gelegen aan het 5'-uiteinde van messenger RiboNucleic Acid (mRNA), kan m6Am de mRNA-stabiliteit en translatie-efficiëntie beïnvloeden. Deze chemische tag wordt afgezet door het gefosforyleerde carboxyl-terminale domein Interacting Factor 1 (PCIF1), ook bekend als CAPAM (PCIF1/CAPAM) methyltransferase (schrijver) en verwijderd door de Fat mass and Obesity-associated Protein (FTO) demethylase (gum). FTO wordt gedownreguleerd in stamcellen van colorectale kanker (CSC's), consistent met de accumulatie van m6Am. Hoge niveaus van m6Am verbeteren de CSC-eigenschappen aanzienlijk, zoals in vivo tumorinitiatie en chemoresistentie, zonder significante veranderingen aan het transcriptoom. Dit agressieve fenotype kan worden teruggedraaid door remming van PCIF1, wat het potentieel aantoont van het richten op epigenetische RNA-effectoren. De voorlopige gegevens over van de patiënt afkomstige glioomcellijnen suggereren een soortgelijk mechanisme bij glioom, waarbij neerwaartse regulatie van FTO het bolvormende vermogen in de suspensiekweek van GBM-stamcellen bevordert.

(3) Er is een methode ontwikkeld om RNA-markers in plasmamonsters te detecteren die gunstige resultaten opleverden na analyse van plasmamonsters uit een cohort van colorectale kanker. Hetzelfde proces werd gebruikt om voorlopige gegevens te verkrijgen door plasmamonsters van graad 2 glioompatiënten versus gezonde donoren te analyseren. Dit experiment bevestigde de mogelijkheid om 20 circulerende nucleosiden in bloed te detecteren en te kwantificeren. Er werden significante veranderingen aangetoond tussen monsters van gezonde donoren en glioompatiënten voor enkele van de circulerende nucleosiden. Sommige waren opwaarts gereguleerd (bijv. n6,2'-O-dimethyladenosine (m6Am), 1-methylguanosine (m1G)), terwijl andere naar beneden werden gereguleerd (bijv. adenosine (A), 5-methoxycarbonylmethyl-2-thiouridine (mcm5s2U)). Belangrijk is dat niet alle gedetecteerde gelabelde RNA's veranderd waren (bijv. N1-methyladenosine (m1A); 5-methylcytosine (m5C)). Indien bevestigd door een groter cohort, zouden deze veranderingen een op epitranscriptomics gebaseerde circulerende signatuur kunnen vormen voor vroege ziektedetectie. Deze eerste ervaring versterkt de interesse in m6Am.

Ten slotte werden er ook veranderingen waargenomen in het serum van dezelfde patiënten vergeleken met gezonde donorpersonen, maar dan van andere nucleosiden. Dit onderstreept het belang van het bestuderen van circulerende markers in het bloed voor de diagnose van gliomen.