Bruk av kjemiske modifikasjoner på RNA-molekyler for å diagnostisere og behandle hjernekreft (EPIGLIO)

Diffuse gliomer er blant de vanligste svulstene i sentralnervesystemet, med høy sykelighet og dødelighet og svært begrensede terapeutiske muligheter. Diffuse gliomer er preget av stor variasjon når det gjelder alder ved diagnose, histologiske og molekylære egenskaper, klassifisering, evne til å utvikle seg til en høyere grad og/eller spre seg i hjernen, respons på behandling og pasientresultat. En av de største utfordringene i håndteringen av diffuse gliomer er relatert til heterogeniteten til tumoratferd innenfor samme tumorundergruppe. Selv om det har blitt gjort anstrengelser de siste tiårene for å forbedre tumorkarakterisering og klassifisering, med integrasjon av molekylære markører (f. Isocitrate DeHydrogenase (IDH) mutasjon), er det fortsatt vanskelig å forutsi behandlingsrespons og pasientresultat på individnivå. Likevel er nøyaktig svulstklassifisering av største betydning for valg av personlig behandling eller unngåelse av unødvendige behandlinger. For tiden er de viktigste diagnostiske metodene for å oppdage gliomer basert på histopatologiske trekk, mutasjonsdeteksjon eller variasjon av kromosomkopinummer.

Imidlertid gjenstår vanskeligheter, spesielt med tumorklassifisering, på grunn av tumorheterogenitet og prøvetakingsskjevhet for tumorer hentet fra små biopsier. Spesielt grad 2 ("lavgradig") og grad 3 ("høygradig") gliomer kan ikke lett skilles, da intratumoral tumorgrad heterogenitet ikke er uvanlig hos pasienter behandlet med omfattende kirurgisk reseksjon. En annen utfordring som gliomer utgjør, er longitudinell overvåking av sykdomsprogresjon, som for tiden hovedsakelig er avhengig av gjentatte MR-skanninger av hjernen, uten tilbakevending til selve svulsten på grunn av vanskeligheten med å få nye tumorprøver i denne innstillingen. Nye verktøy for å oppdage tumorforandringer i plasma, før avbildningsendringer oppstår, ville være nyttige. Imidlertid utgjør sirkulerende markører en reell utfordring, ettersom påvisningen av markører som lett brukes i andre krefttyper (f. sirkulerende fritt DNA og sirkulerende tumorceller) hemmes av mangel på følsomhet i gliomer.

Flere genetiske, epigenetiske, metabolske og immunologiske profiler er etablert i gliomer, noe som i betydelig grad utvider kunnskapen om de biologiske egenskapene til disse svulstene og hjelper til med å identifisere potensielle behandlinger. Nylig har RNA-verdenen dukket opp som et lovende område å utforske for kreftterapi, spesielt siden (gjen)oppdagelsen av kjemiske modifikasjoner av RNA (epitranscriptomics). Til dags dato har over 150 typer post-transkripsjonell modifikasjon blitt rapportert på forskjellige RNA-molekyler. Dette landskapskomplekset av kjemiske merker legemliggjør en ny, usynlig kode som styrer den post-transkripsjonelle skjebnen til RNA: stabilitet, spleising, lagring, oversettelse. Det er viktig at RNA-epigenetikk har dukket opp som et nytt lag av genuttrykksregulering i friskt vev så vel som i andre patologier som kreft.

Kjemiske markører er assosiert med kreftutvikling og -tilpasning, så vel som med respons på konvensjonelle terapier. Basert på disse observasjonene, er det tenkt at: (1) det epigenetiske RNA-landskapet utvikler seg med kreftprogresjon, og etablerer en "kjemisk signatur" som kan utnyttes for diagnostiske, prognostiske og behandlingsresponsforutsigelser; (2) flere kjemiske merker er ikke bare "forbigående" endringer, men snarere "drivende" endringer av den tumorigene prosessen; (3) i motsetning til umodifiserte nukleosider, utskilles modifiserte nukleosider fortrinnsvis som metabolske sluttprodukter i urinen etter å ha sirkulert i blodet. Følgelig kan endrede RNA-markører i kreftvev påvises i urin og blod og utnyttes til diagnostiske formål. En original tilnærming som nylig ble publisert kombinerer multipleksanalyse av RNA-merker ved massespektrometri med bioinformatikk og maskinlæring. Ved å bruke totale RNA-prøver ekstrahert fra en eksisterende gruppe pasienter (59 grad 2, 3 og 4 gliomer; 19 ikke-kreftkontrollprøver), er det etablert en første "kjemisk signatur" som er i stand til å forutsi gliomgrad med bemerkelsesverdig effektivitet og nøyaktighet.

N6, 2'-O-dimetyladenosin (m6Am), den mest oppregulerte markøren i glioblastom (GBM), er en pådriver for aggressivitet av kolorektal kreft. Plassert i 5'-enden av messenger RiboNucleic Acid (mRNA), kan m6Am påvirke mRNA-stabilitet og translasjonseffektivitet. Denne kjemiske taggen avsettes av det fosforylerte karboksylterminale domenet Interacting Factor 1 (PCIF1), også kjent som CAPAM (PCIF1/CAPAM) metyltransferase (skriver) og fjernet av fettmassen og fedmeassosiert protein (FTO) demetylase (viskere). FTO er nedregulert i kolorektale kreftstamceller (CSC), i samsvar med m6Am-akkumulering. Høye nivåer av m6Am forbedrer CSC-egenskaper betydelig som in vivo tumorinitiering og kjemoresistens, uten signifikante endringer i transkriptomet. Denne aggressive fenotypen kan reverseres ved hemming av PCIF1, noe som viser potensialet til å målrette mot epigenetiske RNA-effektorer. De foreløpige dataene om pasientavledede gliomcellelinjer antyder en lignende mekanisme i gliom, der nedregulering av FTO fremmer kuledannende kapasitet i suspensjonskultur av GBM-stamceller.

(3) Det er etablert en metode for å påvise RNA-markører i plasmaprøver som ga gunstige resultater etter analyse av plasmaprøver fra en kohort med kolorektal kreft. Den samme prosessen ble brukt for å innhente foreløpige data ved å analysere plasmaprøver fra grad 2 gliompasienter vs. friske givere. Dette eksperimentet bekreftet muligheten for å oppdage og kvantifisere 20 sirkulerende nukleosider i blod. Signifikante endringer ble påvist mellom friske givere og gliompasientprøver for noen av de sirkulerende nukleosidene. Noen ble oppregulert (f.eks. n6,2'-O-dimetyladenosin (m6Am), 1-metylguanosin (m1G)), mens andre ble nedregulert (f.eks. adenosin (A), 5-metoksykarbonylmetyl-2-tiouridin (mcm5s2U)). Viktigere, ikke alle merkede RNA-er som ble oppdaget ble endret (f.eks. Nl-metyladenosin (mlA); 5-metylcytosin (m5C)). Hvis de bekreftes av en større kohort, kan disse endringene utgjøre en epitranskriptomikk-basert sirkulerende signatur for tidlig sykdomsdeteksjon. Denne foreløpige erfaringen forsterker interessen for m6Am.

Til slutt ble det også observert endringer i serumet til de samme pasientene sammenlignet med friske donorer, men fra andre nukleosider. Dette understreker viktigheten av å studere sirkulerende markører i blod for diagnostisering av gliomer.