Использование химических модификаций, присутствующих в молекулах РНК, для диагностики и лечения рака головного мозга (EPIGLIO)

Диффузные глиомы относятся к числу наиболее распространенных опухолей центральной нервной системы, характеризуются высокой заболеваемостью и смертностью и весьма ограниченными терапевтическими возможностями. Диффузные глиомы характеризуются большой вариабельностью с точки зрения возраста на момент постановки диагноза, гистологических и молекулярных особенностей, классификации, способности прогрессировать до более высокой степени и/или диссеминации в головном мозге, реакции на лечение и исходов заболевания. Одна из основных проблем в лечении диффузных глиом связана с неоднородностью поведения опухоли в пределах одной и той же подгруппы опухолей. Хотя в последние десятилетия были предприняты усилия по улучшению характеристики и классификации опухолей за счет интеграции молекулярных маркеров (например, Мутация изоцитратдегидрогеназы (IDH)), по-прежнему трудно предсказать ответ на лечение и исход пациента на индивидуальном уровне. Тем не менее, точная классификация опухолей имеет первостепенное значение для выбора персонализированной терапии или предотвращения ненужного лечения. В настоящее время основные методы диагностики глиом основаны на гистопатологических особенностях, обнаружении мутаций или изменении числа копий хромосом.

Однако остаются трудности, особенно с классификацией опухолей, из-за гетерогенности опухолей и систематической ошибки выборки опухолей, полученных из небольших биопсий. В частности, трудно отличить глиомы 2-й степени («низкой степени злокачественности») и 3-й степени («высокой степени злокачественности»), поскольку внутриопухолевая гетерогенность опухоли нередко встречается у пациентов, которым была проведена обширная хирургическая резекция. Еще одной проблемой, связанной с глиомами, является продольный мониторинг прогрессирования заболевания, который в настоящее время опирается в основном на повторные МРТ головного мозга без возврата к самой опухоли из-за сложности получения новых образцов опухоли в этих условиях. Были бы полезны новые инструменты для обнаружения опухолевых изменений в плазме до того, как произойдут изменения в визуализации. Однако циркулирующие маркеры представляют собой реальную проблему, поскольку обнаружение маркеров, легко используемых при других типах рака (например, циркулирующая свободная ДНК и циркулирующие опухолевые клетки) затруднена из-за отсутствия чувствительности в глиомах.

При глиомах было установлено несколько генетических, эпигенетических, метаболических и иммунологических профилей, что значительно расширяет знания о биологических характеристиках этих опухолей и помогает определить потенциальные методы лечения. В последнее время мир РНК стал многообещающей областью для изучения терапии рака, особенно после (повторного) открытия химических модификаций РНК (эпитранскриптомики). На сегодняшний день описано более 150 типов посттранскрипционных модификаций различных молекул РНК. Этот ландшафтный комплекс химических меток воплощает новый, невидимый код, который управляет посттранскрипционной судьбой РНК: стабильность, сплайсинг, хранение, трансляция. Важно отметить, что эпигенетика РНК стала новым уровнем регуляции экспрессии генов в здоровых тканях, а также при других патологиях, таких как рак.

Химические маркеры связаны с эволюцией и адаптацией рака, а также с реакцией на традиционные методы лечения. На основании этих наблюдений предполагается, что: (1) эпигенетический ландшафт РНК развивается по мере прогрессирования рака, устанавливая «химическую сигнатуру», которую можно использовать в диагностических, прогностических целях и целях прогнозирования ответа на лечение; (2) некоторые химические метки являются не просто «временными» изменениями, а скорее «движущими» изменениями онкогенного процесса; (3) в отличие от немодифицированных нуклеозидов, модифицированные нуклеозиды преимущественно выводятся в виде конечных продуктов метаболизма с мочой после циркуляции в крови. Следовательно, измененные маркеры РНК в раковых тканях можно обнаружить в моче и крови и использовать в диагностических целях. Недавно опубликованный оригинальный подход сочетает в себе мультиплексный анализ меток РНК с помощью масс-спектрометрии с биоинформатикой и машинным обучением. Используя образцы тотальной РНК, извлеченные из существующей когорты пациентов (59 глиом 2, 3 и 4 степени; 19 нераковых контрольных образцов), была установлена ​​первая «химическая сигнатура», способная предсказать степень глиомы с поразительной эффективностью и точностью.

N6, 2'-O-диметиладенозин (m6Am), наиболее активный маркер при глиобластоме (ГБМ), является фактором агрессивности колоректального рака. Расположенный на 5'-конце рибонуклеиновой кислоты (мРНК), m6Am может влиять на стабильность мРНК и эффективность трансляции. Эта химическая метка наносится метилтрансферазой (писатель) фосфорилированного карбоксильного концевого домена (PCIF1), также известной как CAPAM (PCIF1/CAPAM), и удаляется деметилазой (ластиком) жировой массы и белка, ассоциированного с ожирением (FTO). Уровень FTO снижается в стволовых клетках колоректального рака (CSC), что соответствует накоплению m6Am. Высокие уровни m6Am значительно улучшают свойства РСК, такие как инициация опухоли in vivo и химиорезистентность, без существенных изменений в транскриптоме. Этот агрессивный фенотип можно обратить вспять путем ингибирования PCIF1, демонстрируя потенциал воздействия на эпигенетические эффекторы РНК. Предварительные данные о линиях клеток глиомы, полученных от пациентов, предполагают аналогичный механизм в глиоме, где подавление FTO способствует формированию сфер в суспензионной культуре стволовых клеток GBM.

(3) Был разработан метод обнаружения маркеров РНК в образцах плазмы, который дал положительные результаты после анализа образцов плазмы из когорты колоректального рака. Тот же процесс использовался для получения предварительных данных путем анализа образцов плазмы пациентов с глиомой 2 степени по сравнению со здоровыми донорами. Этот эксперимент подтвердил возможность обнаружения и количественного определения 20 циркулирующих нуклеозидов в крови. Значительные изменения были продемонстрированы между образцами здоровых доноров и пациентов с глиомой для некоторых циркулирующих нуклеозидов. Некоторые из них были подвергнуты повышенному регулированию (например, n6,2'-O-диметиладенозин (m6Am), 1-метилгуанозин (m1G)), в то время как уровень других был снижен (например, аденозин (А), 5-метоксикарбонилметил-2-тиоуридин (mcm5s2U)). Важно отметить, что не все обнаруженные меченые РНК были изменены (например, N1-метиладенозин (m1A); 5-метилцитозин (m5C)). Если эти изменения подтвердятся более крупной когортой, эти изменения могут стать циркулирующим признаком на основе эпитранскриптомики для раннего выявления заболеваний. Этот предварительный опыт усиливает интерес к m6Am.

Наконец, изменения также наблюдались в сыворотке тех же пациентов по сравнению со здоровыми донорами, но от других нуклеозидов. Это подчеркивает важность изучения циркулирующих в крови маркеров для диагностики глиом.