Μύκητες έχουν ανιχνευθεί σε 35 τύπους καρκίνου, συχνά ενδοκυτταρικά

Μύκητες έχουν ανιχνευθεί σε 35 τύπους καρκίνου, συχνά ενδοκυτταρικά

Σε πρόσφατο άρθρο που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό κύτταρο Οι ερευνητές βρήκαν μυκητιακό δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) και κύτταρα σε χαμηλά επίπεδα σε πολλούς ανθρώπινους καρκίνους, με παραλλαγές που εξαρτώνται από τον τύπο του καρκίνου στη σύνθεση της μυκητιακής κοινότητας και τις αλληλεπιδράσεις μυκήτων-βακτηριδίων.

Μαθαίνω: Οι πανκαρκινικές αναλύσεις αποκαλύπτουν ειδικές για τον τύπο καρκίνου οικολογίες μυκήτων και αλληλεπιδράσεις βακτηρίων. Φωτογραφία: Κατερίνα Κων / Shutterstock

φόντο

Μελέτες έχουν δείξει ότι οι όγκοι εμφανίζουν χωρικά ετερογενείς, ενδοκυτταρικές και πολυμικροβιακές κοινότητες. Οι Sepich-Poore et al. έδειξε ότι ο περιορισμός των θρεπτικών ουσιών στο μικροπεριβάλλον του όγκου (TME) και τα αντιβιοτικά προκαλούν πιέσεις επιλογής που επηρεάζουν τη σύνθεση των μυκητιασικών-βακτηριακών-καρκινικών ανοσοκυττάρων.

Οι μύκητες φαίνεται να είναι σημαντικά ευκαιριακά παθογόνα που διαμορφώνουν την ανοσία του ξενιστή και μολύνουν τους καρκινοπαθείς. Ωστόσο, είναι υποστελεχωμένοι. Παραμένει επίσης άγνωστο εάν θα μπορούσαν να αποτελούν μέρος πολυμορφικών μικροβιωμάτων που αντιπροσωπεύουν καρκίνο. Αυτό παρείχε επαρκή κίνητρα για τη μελέτη της εξέλιξης του κλωνικού καρκίνου ως διαδικασία πολλαπλών ειδών και για τον χαρακτηρισμό του πανκαρκινικού μυκοβιώματος. Επιπλέον, δεδομένου ότι τα βακτήρια και οι μύκητες μοιράζονται συμβιωτικές και ανταγωνιστικές σχέσεις στη φύση, η μελέτη των αλληλεπιδράσεών τους στους όγκους θα μπορούσε δυνητικά να προσφέρει συνεργιστική διαγνωστική απόδοση για ορισμένους καρκίνους.

Σχετικά με τη μελέτη

Στην παρούσα μελέτη, οι ερευνητές ανέπτυξαν το προφίλ του μυκητιακού DNA σε δύο μεγάλες ομάδες δειγμάτων καρκίνου, τις κοόρτες Weizmann (WIS) και Cancer Genome Atlas (TCGA). They studied patients with 35 different types of cancer, obtained tissue, blood and plasma samples from 17,401 patients and proceeded to characterize their cancer mycobiome.

Η κοόρτη WIS περιελάμβανε 1.183 δείγματα όγκου σταθεροποιημένα με φορμαλίνη, ενσωματωμένα σε παραφίνη (FFPE) ή κατεψυγμένα και φυσιολογικό παρακείμενο ιστό [(NAT). συχνά ζευγαρώνονται)] από οκτώ τύπους ιστών που λαμβάνονται από πνεύμονα, μελάνωμα, ωοθήκες, μαστό, κόλον, εγκέφαλο, οστά και πάγκρεας, καθώς και από φυσιολογικό ιστό μαστού που δεν είναι καρκίνος. Η δεύτερη κοόρτη περιελάμβανε δεδομένα αλληλουχίας ολόκληρου του γονιδιώματος (WGS) και προσδιορισμού αλληλουχίας ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA-seq).

Η ομάδα εξέτασε όλα τα δείγματα καρκίνου για την παρουσία μυκήτων και τα χαρακτήρισε χρησιμοποιώντας εσωτερική μεταγραφή αλληλουχίας ενισχυτικού διαχωριστή 2 (ITS2). Επιπλέον, ποσοτικοποίησαν το μυκητιακό DNA χρησιμοποιώντας ποσοτική αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (qPCR) του ριβοσωμικού γονιδίου 5.8S σε ένα τυχαίο υποσύνολο της κοόρτης WIS, το οποίο περιελάμβανε 261 δείγματα όγκου και 137 αρνητικά δείγματα ελέγχου. Επιπλέον, η ομάδα συνέκρινε τα δεδομένα σχετικά με την παρουσία (ή την απουσία) μυκήτων σε διαφορετικά ταξινομικά επίπεδα για να εκτιμήσει τις κανονικοποιημένες αμοιβαίες πληροφορίες ενδοτομέα για την κοόρτη WIS.

Μελέτες έχουν δείξει ότι τα βακτηρίδια, τα ανοσώματα και τα μυκοβιώματα παρουσιάζουν ειδικότητα τύπου καρκίνου. Είναι επομένως πιθανό ότι οι συστάδες μυκήτων πολλαπλών τομέων ποικίλλουν ανάλογα με τον τύπο καρκίνου. Η ομάδα συνέκρινε τα επικαλυπτόμενα γένη μυκήτων και βακτηρίων WIS στο TCGA χρησιμοποιώντας μια μέθοδο νευρωνικού δικτύου που αναπτύχθηκε προηγουμένως για την εκτίμηση της ταυτόχρονης εμφάνισης μικροβιώματος και μεταβολίτη.

Η ομάδα εξέτασε επίσης εάν οι μυκοτύποι συσχετίστηκαν με ανοσοαποκρίσεις, C1 έως C6, που είχαν προηγουμένως αναγνωριστεί σε ασθενείς με TCGA και επιβίωση ασθενών. Επιπλέον, προσδιόρισαν εάν η μηχανική μάθηση (ML) διέκρινε τα μυκοβιώματα μεταξύ και εντός των τύπων καρκίνου. Τέλος, οι ερευνητές εφάρμοσαν διαφορικό έλεγχο αφθονίας (DA) και ML μεταξύ των μυκοβιωμάτων του όγκου σταδίου Ι και IV.

Αποτελέσματα μελέτης

Όλοι οι όγκοι που δοκιμάστηκαν είχαν υψηλότερα μυκητιακά φορτία από τους αρνητικούς μάρτυρες, αλλά τα μυκητιακά φορτία διέφεραν μεταξύ των τύπων όγκων, με τα υψηλότερα φορτία μυκητιακού DNA να εμφανίζονται σε καρκίνους του μαστού και των οστών. Το αμπλικόνιο και η αλληλουχία του ITS2 εντόπισαν επίσης περισσότερες αναγνώσεις μυκήτων σε όλους τους τύπους όγκων παρά στους αρνητικούς μάρτυρες. Συγκεκριμένα, οι όγκοι του παχέος εντέρου και του πνεύμονα είχαν σημαντικά υψηλότερα μυκητιακά φορτία από το NAT. Οι ερευνητές βρήκαν παρόμοια τάση στους όγκους του μαστού σε σύγκριση με το NAT και τον φυσιολογικό ιστό.

Αντισώματα ηλεκτρονικού βιβλίου

Συγκέντρωση των κορυφαίων συνεντεύξεων, άρθρων και ειδήσεων του περασμένου έτους. Κατεβάστε ένα δωρεάν αντίγραφο

Σε σύγκριση με τα ταιριαστά βακτηρίδια, οι ειδικοί για όγκο μύκητες εμφάνισαν μικρότερη ποικιλομορφία και αφθονία. Είναι ενδιαφέρον ότι αν και οι μύκητες ήταν παρόντες σε όλους τους καρκίνους που εξετάστηκαν, δεν έδειξαν όλοι οι όγκοι θετικό μυκητιακό σήμα. Ωστόσο, η απεικόνιση έδειξε ότι οι περισσότεροι μύκητες ήταν ενδοκυτταρικοί, όπως τα ενδοκαρκινικά βακτήρια. Επιπλέον, ο πλούτος του μυκοβιώματος ήταν χαμηλότερος για την κοόρτη WIS (amplicon) από ό,τι για την κοόρτη TCGA (μεταγονιδιωματικό όπλο). Είναι ενδιαφέρον ότι τέσσερις από τους επτά καρκίνους που μοιράζονταν το WIS και το TCGA έδειξαν σημαντικές θετικές συσχετίσεις μεταξύ του ενδοογκικού μυκητιακού και βακτηριακού πλούτου.

Σε αντίθεση με τα βακτήρια, υπάρχει έλλειψη δημοσιευμένων γονιδιωμάτων μυκήτων, περιορίζοντας την εξαγωγή συμπερασμάτων για το περιεχόμενο γονιδίων από δεδομένα αμπλικονίου. Επιπλέον, η χαμηλή αφθονία μυκήτων στους όγκους καθιστά δύσκολο τον λειτουργικό χαρακτηρισμό τους. Ωστόσο, τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν το Malassezia globosa, ένα είδος μύκητα που προάγει την παγκρεατική ογκογένεση. Οι ερευνητές βρήκαν επίσης σημαντικές συσχετίσεις μεταξύ ορισμένων ειδών μυκήτων και άλλων παραμέτρων όπως η ηλικία, οι υποτύποι όγκων και η ανταπόκριση στην ανοσοθεραπεία. Ωστόσο, οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να προσδιορίσουν την ακριβή φύση αυτών των συσχετίσεων.

Οι ερευνητές παρατήρησαν θετικές συσχετίσεις μεταξύ μικροβιωμάτων και μυκοβιωμάτων σε διάφορους τύπους καρκίνου. Ωστόσο, η ποικιλομορφία, η συχνότητα και η συν-εμφάνισή τους διέφεραν ανάλογα με τον τύπο του καρκίνου. Αυτό αυξάνει την πιθανότητα ότι, σε αντίθεση με το έντερο, οι TMEs είναι ένας μη ανταγωνιστικός χώρος για μικροβιακό αποικισμό, τον οποίο οι ερευνητές ονόμασαν «επιτρεπτικό» φαινότυπο. Αναφέρθηκαν σε αυτά τα διακριτά μυκητιακά-βακτηριακά-άνοσα συμπλέγματα που οδηγούνται από την ταυτόχρονη εμφάνιση μυκήτων ως μυκοτύπους. Για παράδειγμα, ο καρκίνος του μαστού είχε τις πιο σημαντικές συν-εμφανίσεις μυκήτων και βακτηρίων (96,5%), με κόμβους τους Aspergillus και Malassezia.

Οι αναλύσεις χωρίς επίβλεψη αποκάλυψαν τρεις μυκοτύπους, δηλαδή F1 (Malassezia-Ramularia-Trichosporon), F2 (Aspergillus-Candida) και F3 (πολλαπλά γένη, συμπεριλαμβανομένου του Yarrowia). Είναι ενδιαφέρον ότι οι αναλογίες καταγραφής μυκοτύπου διέφεραν μεταξύ των τύπων καρκίνου TCGA και WIS. Έξι από εννέα αναλογίες καταγραφής TCGA μεταξύ τομέων συσχετίστηκαν σημαντικά (π.χ. μυκητιακό F1/F2 έναντι βακτηριακού F1/F2), υποδηλώνοντας παρόμοιες μετατοπίσεις σε οικολογίες πολλαπλών τομέων σε διαφορετικούς ανθρώπινους καρκίνους και επικυρώνοντας συνεπαγόμενες συνεμφανίσεις. Επιπλέον, οι λογαριθμικές αναλογίες των ανοσοκυττάρων που συνυπάρχουν με μύκητες συστάδας F1, F2 ή F3 διέκρινε τους υποτύπους ανοσοαπόκρισης.

Οι προκαλούμενοι από μύκητες πανκαρκινικοί μυκότυποι εμφάνισαν διακριτές ανοσολογικές αποκρίσεις που στρωματοποίησαν την επιβίωση των ασθενών. Αν και αραιοί, αυτοί οι μύκητες ήταν ανοσολογικά ισχυροί, ανάλογοι με τα κύτταρα προγραμματισμένου θανάτου (PD)1+ στην ανοσοθεραπεία. Οι συσχετίσεις των μυκήτων με τις κλινικές παραμέτρους θα μπορούσαν να επιτρέψουν την ανίχνευση καρκίνων πρώιμου σταδίου και να υποστηρίξουν την κλινική τους χρησιμότητα ως πιθανούς βιοδείκτες και θεραπευτικούς στόχους. Τέλος, οι δοκιμές DA αποκάλυψαν μύκητες ειδικούς σε στάδιο καρκίνου για καρκίνους του στομάχου, του ορθού και των νεφρών μεταξύ των δειγμάτων RNA-seq, ενώ τα δεδομένα ML υποστήριξαν τη διαφοροποίηση σταδίων καρκίνου του στομάχου και του νεφρού.

συμπεράσματα

Η μελέτη παρείχε την πρώτη ανάλυση των μυκοβιωμάτων του πλάσματος σε πρώιμο στάδιο καρκίνου. Οι ερευνητές ανακάλυψαν μύκητες σε 35 τύπους καρκίνου και οι περισσότεροι μύκητες εντοπίστηκαν ενδοκυτταρικά σε καρκινικά και ανοσοποιητικά κύτταρα, ανάλογα με τα ενδοκαρκινικά βακτήρια. Αν και δεν ήταν σε θέση να εντοπίσουν τις πηγές των μυκήτων από το πλάσμα χωρίς κύτταρα, αυτά τα είδη θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη διάγνωση του καρκίνου στα αρχικά του στάδια. Επιπλέον, ανακάλυψαν πολλαπλές μυκητιασικές-βακτηριακές ανοσοοικολογίες σε όγκους. Είναι ενδιαφέρον ότι οι ενδοογκικοί μύκητες στρωματοποίησαν κλινικά αποτελέσματα, συμπεριλαμβανομένης της ανταπόκρισης στην ανοσοθεραπεία.

Αναφορά:

• Pan-Krebs-Analysen zeigen krebstypspezifische Pilzökologien und Bakteriom-Interaktionen, Lian Narunsky-Haziza, Gregory D. Sepich-Poore, Ilana Livyatan, Omer Asraf, Cameron Martino, Deborah Nejman, Nancy Gavert, Jason E. Stajich, Guy Amit , Antonio González, Stephen Wandro, Gili Perry, Ruthie Ariel, Arnon Meltser, Justin P. Shaffer, Qiyun Zhu, Nora Balint-Lahat, Iris Barshack, Maya Dadiani, Einav N. Gal-Yam, Sandip Pravin Patel, Amir Bashan, Austin D. Swafford, Yitzhak Pilpel, Rob Knight, Ravid Straussman, Cell 2022, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.09.005, https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)01127-8

.