Wykorzystanie modyfikacji chemicznych obecnych w cząsteczkach RNA do diagnozowania i leczenia raka mózgu (EPIGLIO)

Glejaki rozsiane należą do najczęstszych nowotworów ośrodkowego układu nerwowego, charakteryzujących się dużą zachorowalnością i śmiertelnością oraz bardzo ograniczonymi możliwościami terapeutycznymi. Glejaki rozsiane charakteryzują się dużą zmiennością pod względem wieku w chwili rozpoznania, cech histologicznych i molekularnych, klasyfikacji, zdolności do progresji do wyższego stopnia i/lub szerzenia się w mózgu, reakcji na leczenie i wyników leczenia. Jedno z głównych wyzwań w leczeniu glejaków rozlanych wiąże się z niejednorodnością zachowania nowotworu w tej samej podgrupie nowotworów. Chociaż w ostatnich dziesięcioleciach podjęto wysiłki w celu poprawy charakterystyki i klasyfikacji nowotworów, wraz z integracją markerów molekularnych (np. mutacja dehydrogenazy izocytrynowej (IDH)), trudno jest przewidzieć odpowiedź na leczenie i wynik leczenia na poziomie indywidualnym. Jednak dokładna klasyfikacja nowotworu ma ogromne znaczenie przy wyborze spersonalizowanej terapii lub uniknięciu niepotrzebnego leczenia. Obecnie główne metody diagnostyczne wykrywające glejaki opierają się na cechach histopatologicznych, wykrywaniu mutacji lub zmienności liczby kopii chromosomów.

Jednakże nadal istnieją trudności, szczególnie w przypadku klasyfikacji nowotworów, ze względu na niejednorodność guza i błąd w pobieraniu próbek w przypadku guzów uzyskanych z małych biopsji. W szczególności nie można łatwo rozróżnić glejaków stopnia 2 („niskiego stopnia”) i stopnia 3 („wysokiego stopnia”), ponieważ heterogeniczność stopnia guza wewnątrz guza nie jest rzadkością u pacjentów leczonych rozległą resekcją chirurgiczną. Kolejnym wyzwaniem, jakie stwarzają glejaki, jest podłużne monitorowanie postępu choroby, które obecnie opiera się głównie na powtarzanych obrazach MRI mózgu, bez możliwości powrotu do samego guza ze względu na trudności w uzyskaniu w tym przypadku nowych próbek nowotworu. Przydatne byłyby nowe narzędzia do wykrywania zmian nowotworowych w osoczu, zanim pojawią się zmiany w obrazowaniu. Jednak krążące markery stanowią prawdziwe wyzwanie, ponieważ wykrycie markerów łatwo stosowanych w innych typach nowotworów (np. krążącego wolnego DNA i krążących komórek nowotworowych) jest utrudnione przez brak czułości w przypadku glejaków.

Ustalono kilka profili genetycznych, epigenetycznych, metabolicznych i immunologicznych glejaków, co znacznie poszerza wiedzę na temat cech biologicznych tych nowotworów i pomaga w identyfikacji potencjalnych metod leczenia. Ostatnio świat RNA stał się obiecującym obszarem badań pod kątem terapii nowotworów, szczególnie od czasu (ponownego) odkrycia chemicznych modyfikacji RNA (epittranskryptomika). Do chwili obecnej opisano ponad 150 rodzajów modyfikacji potranskrypcyjnych różnych cząsteczek RNA. Ten krajobrazowy kompleks znaków chemicznych ucieleśnia nowy, niewidzialny kod, który rządzi potranskrypcyjnym losem RNA: stabilność, składanie, przechowywanie, translacja. Co ważne, epigenetyka RNA wyłoniła się jako nowy poziom regulacji ekspresji genów w zdrowych tkankach, a także w innych patologiach, takich jak rak.

Markery chemiczne są powiązane z ewolucją i adaptacją nowotworu, a także z reakcją na konwencjonalne terapie. Na podstawie tych obserwacji przewiduje się, że: (1) krajobraz epigenetyczny RNA ewoluuje wraz z postępem nowotworu, ustanawiając „sygnaturę chemiczną”, którą można wykorzystać do celów diagnostycznych, prognostycznych i przewidywania odpowiedzi na leczenie; (2) kilka znaków chemicznych nie jest zwykłymi zmianami „przejściowymi”, ale raczej zmianami „prowadzącymi” proces nowotworowy; (3) w przeciwieństwie do niezmodyfikowanych nukleozydów, zmodyfikowane nukleozydy są preferencyjnie wydalane jako końcowe produkty metabolizmu z moczem po krążeniu we krwi. W rezultacie zmienione markery RNA w tkankach nowotworowych można wykryć w moczu i krwi i wykorzystać do celów diagnostycznych. Niedawno opublikowane oryginalne podejście łączy analizę multipleksową znaczników RNA metodą spektrometrii mas z bioinformatyką i uczeniem maszynowym. Wykorzystując próbki całkowitego RNA pobrane od istniejącej kohorty pacjentów (59 glejaków stopnia 2, 3 i 4; 19 próbek kontrolnych nienowotworowych), ustalono pierwszą „sygnaturę chemiczną” zdolną do przewidywania stopnia glejaka z niezwykłą skutecznością i dokładnością.

N6, 2'-O-dimetyloadenozyna (m6Am), marker o największej aktywności w glejaku wielopostaciowym (GBM), jest czynnikiem wpływającym na agresywność raka jelita grubego. Znajdujący się na końcu 5' informacyjnego kwasu rybonukleinowego (mRNA), m6Am może wpływać na stabilność mRNA i wydajność translacji. Ten znacznik chemiczny jest osadzany przez czynnik oddziałujący z fosforylowaną karboksylową domeną końcową 1 (PCIF1), znaną również jako metylotransferaza CAPAM (PCIF1/CAPAM) (pisarz) i usuwany przez demetylazę masy tłuszczowej i białka związanego z otyłością (FTO) (gumka). Poziom FTO jest obniżony w komórkach macierzystych raka jelita grubego (CSC), co jest zgodne z akumulacją m6Am. Wysokie poziomy m6Am znacząco poprawiają właściwości CSC, takie jak inicjacja nowotworu in vivo i chemiooporność, bez znaczących zmian w transkryptomie. Ten agresywny fenotyp można odwrócić poprzez hamowanie PCIF1, co wskazuje na potencjał celowania w efektory epigenetycznego RNA. Wstępne dane dotyczące linii komórkowych glejaka pochodzących od pacjentów sugerują podobny mechanizm w przypadku glejaka, gdzie obniżenie poziomu FTO sprzyja zdolności do tworzenia sfer w hodowli zawiesinowej komórek macierzystych GBM.

(3) Opracowano metodę wykrywania markerów RNA w próbkach osocza, która dała korzystne wyniki po analizie próbek osocza od kohorty raka jelita grubego. Ten sam proces zastosowano do uzyskania wstępnych danych poprzez analizę próbek osocza od pacjentów z glejakiem 2. stopnia w porównaniu ze zdrowymi dawcami. Doświadczenie to potwierdziło możliwość wykrycia i oznaczenia ilościowego 20 nukleozydów krążących we krwi. Wykazano znaczące zmiany pomiędzy zdrowymi dawcami a próbkami pacjentów z glejakiem w przypadku niektórych krążących nukleozydów. Niektóre z nich zostały zwiększone (np. n6,2'-O-dimetyloadenozyna (m6Am), 1-metyloguanozyna (m1G)), podczas gdy inne były obniżone (np. adenozyna (A), 5-metoksykarbonylometylo-2-tiourydyna (mcm5s2U)). Co ważne, nie wszystkie wykryte znakowane RNA uległy zmianie (np. N1-metyloadenozyna (m1A); 5-metylocytozyna (m5C)). Jeśli zostaną potwierdzone przez większą kohortę, zmiany te mogą stanowić krążącą sygnaturę opartą na epitranskryptomice do wczesnego wykrywania choroby. To wstępne doświadczenie wzmacnia zainteresowanie m6Am.

Wreszcie zaobserwowano także zmiany w surowicy tych samych pacjentów w porównaniu ze zdrowymi dawcami, ale pod względem innych nukleozydów. Podkreśla to znaczenie badania markerów krążących we krwi w diagnostyce glejaków.