Grzyby wykryto w 35 rodzajach nowotworów, często wewnątrzkomórkowo

Grzyby wykryto w 35 rodzajach nowotworów, często wewnątrzkomórkowo

W niedawnym artykule opublikowanym w czasopiśmie komórka Naukowcy odkryli niski poziom kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) i komórek grzybów w wielu nowotworach u ludzi, z zależnymi od typu nowotworu zmianami w składzie społeczności grzybów i interakcjach grzyb-bakteriomy.

Uczyć się: Analizy panrakowe ujawniają specyficzne dla typu nowotworu ekologie grzybów i interakcje z bakteriami. Źródło zdjęcia: Kateryna Kon / Shutterstock

tło

Badania wykazały, że nowotwory wykazują przestrzennie heterogeniczne zbiorowiska wewnątrzkomórkowe i wielobakteryjne. Sepich-Poore i in. wykazali, że ograniczenie składników odżywczych w mikrośrodowisku nowotworu (TME) i antybiotyki wywołują presję selekcyjną, która wpływa na skład komórek odpornościowych grzybów, bakterii i nowotworów.

Grzyby wydają się być ważnymi patogenami oportunistycznymi, które kształtują odporność gospodarza i zakażają pacjentów chorych na raka; Jednak brakuje im personelu. Nie wiadomo również, czy mogą być częścią polimorficznych mikrobiomów reprezentujących raka. Zapewniło to wystarczającą motywację do badania ewolucji raka klonalnego jako procesu wielogatunkowego i scharakteryzowania mykobiomu panrakowego. Co więcej, ponieważ bakterie i grzyby w przyrodzie dzielą symbiotyczne i antagonistyczne relacje, badanie ich interakcji w nowotworach mogłoby potencjalnie zapewnić synergiczną skuteczność diagnostyczną niektórych nowotworów.

O studiowaniu

W niniejszym badaniu naukowcy profilowali DNA grzybów w dwóch dużych kohortach próbek nowotworów, kohortach Weizmanna (WIS) i atlasu genomu raka (TCGA). Przebadali pacjentów z 35 różnymi typami nowotworów, pozyskali próbki tkanek, krwi i osocza od 17 401 pacjentów, a następnie przystąpili do charakteryzowania ich mikobiomu nowotworowego.

Kohorta WIS obejmowała 1183 utrwalone w formalinie, zatopione w parafinie (FFPE) lub zamrożone próbki nowotworu i prawidłową sąsiadującą tkankę [(NAT); często łączone w pary)] z ośmiu rodzajów tkanek uzyskanych z płuc, czerniaka, jajnika, piersi, okrężnicy, mózgu, kości i trzustki, a także normalnej tkanki piersi, która nie jest nowotworem. Druga kohorta obejmowała dane z sekwencjonowania całego genomu (WGS) i sekwencjonowania kwasu rybonukleinowego (seq RNA).

Zespół zbadał wszystkie próbki nowotworu pod kątem obecności grzybów i scharakteryzował je za pomocą sekwencjonowania amplikonu z wewnętrznym transkrybowanym odstępnikiem 2 (ITS2). Ponadto określili ilościowo DNA grzybów za pomocą ilościowej reakcji łańcuchowej polimerazy (qPCR) rybosomalnego genu grzyba 5.8S w losowym podzbiorze kohorty WIS, która obejmowała 261 próbek nowotworu i 137 próbek kontroli negatywnej. Ponadto zespół porównał dane dotyczące obecności (lub braku) grzybów na różnych poziomach taksonomicznych, aby oszacować znormalizowane wzajemne informacje wewnątrzdomenowe dla kohorty WIS.

Badania wykazały, że bakteriomy, immunomy i mykobiomy wykazują specyficzność względem typu nowotworu. Jest zatem prawdopodobne, że wielodomenowe skupiska grzybów różnią się w zależności od typu nowotworu. Zespół porównał nakładające się rodzaje grzybów i bakterii WIS w TCGA, korzystając z metody sieci neuronowej opracowanej wcześniej w celu szacowania współwystępowania mikrobiomu i metabolitów.

Zespół zbadał także, czy mikotypy są powiązane z odpowiedziami immunologicznymi C1 do C6, zidentyfikowanymi wcześniej u pacjentów z TCGA i przeżyciem pacjentów. Ponadto ustalili, czy uczenie maszynowe (ML) rozróżnia mykobiomy pomiędzy typami nowotworów i w ich obrębie. Na koniec badacze zastosowali testy różnicowej liczebności (DA) i ML pomiędzy mykobiomami nowotworowymi w stadium I i IV.

Wyniki badań

Wszystkie badane nowotwory miały wyższe obciążenie grzybami niż kontrole negatywne, ale obciążenie grzybami różniło się w zależności od typu nowotworu, przy czym najwyższe obciążenie grzybiczym DNA występowało w przypadku raka piersi i kości. Amplikon i sekwencjonowanie ITS2 również wykazały więcej odczytów grzybów we wszystkich typach nowotworów niż w kontrolach negatywnych. Warto zauważyć, że nowotwory okrężnicy i płuc charakteryzowały się znacznie większym obciążeniem grzybami niż NAT. Naukowcy odkryli podobną tendencję w przypadku nowotworów piersi w porównaniu z NAT i prawidłową tkanką.

Przeciwciała w e-booku

Zestawienie najważniejszych wywiadów, artykułów i aktualności z ostatniego roku. Pobierz bezpłatną kopię

W porównaniu z dopasowanymi bakteriomami, grzyby specyficzne dla nowotworu wykazywały mniejszą różnorodność i liczebność. Co ciekawe, chociaż grzyby były obecne we wszystkich badanych nowotworach, nie wszystkie nowotwory wykazywały pozytywny sygnał grzybiczy. Jednak obrazowanie wykazało, że większość grzybów ma charakter wewnątrzkomórkowy, podobnie jak bakterie wewnątrznowotworowe. Co więcej, bogactwo mykobiomu było niższe w przypadku kohorty WIS (amplikon) niż w przypadku kohorty TCGA (metogenomika shotgun). Co ciekawe, cztery z siedmiu nowotworów, które mają wspólne WIS i TCGA, wykazały istotne dodatnie korelacje między bogactwem grzybów i bakterii wewnątrz guza.

W przeciwieństwie do bakterii brak opublikowanych genomów grzybów, co ogranicza wnioskowanie o zawartości genów na podstawie danych dotyczących amplikonu. Ponadto niska liczebność grzybów w nowotworach utrudnia ich charakterystykę funkcjonalną. Wyniki badania wskazały jednak na Malassezia globosa, gatunek grzyba sprzyjający onkogenezie trzustki. Naukowcy odkryli także istotne korelacje między niektórymi gatunkami grzybów a innymi parametrami, takimi jak wiek, podtypy nowotworu i odpowiedź na immunoterapię. Jednak badaczom nie udało się określić dokładnego charakteru tych powiązań.

Naukowcy zaobserwowali pozytywne korelacje między mikrobiomami i mykobiomami w przypadku kilku typów nowotworów. Jednak ich różnorodność, częstość i współwystępowanie różniły się w zależności od rodzaju nowotworu. Rodzi to możliwość, że w przeciwieństwie do jelit TME stanowią niekonkurencyjną przestrzeń dla kolonizacji drobnoustrojów, co naukowcy nazwali fenotypem „permisywnym”. Te odrębne skupiska grzybo-bakteryjno-odporne, których przyczyną jest współwystępowanie grzybów, nazwali mikotypami. Na przykład w przypadku raka piersi najbardziej znaczące współwystępowanie grzybów i bakterii (96,5%), z Aspergillus i Malassezia jako ośrodkami.

Analizy prowadzone bez nadzoru ujawniły trzy mikotypy, mianowicie F1 (Malassezia-Ramularia-Trichosporon), F2 (Aspergillus-Candida) i F3 (multigenera, w tym Yarrowia). Co ciekawe, współczynniki log mykotypów różniły się między typami nowotworów TCGA i WIS. Sześć z dziewięciu współczynników log TCGA między domenami było istotnie skorelowanych (np. grzybowy F1/F2 vs. bakteryjny F1/F2), co sugeruje podobne zmiany w ekologiach wielodomenowych w przypadku różnych ludzkich nowotworów i potwierdza wywnioskowane współwystępowania. Co więcej, stosunki logarytmiczne komórek odpornościowych współwystępujących z grzybami klastrowymi F1, F2 lub F3 pozwoliły rozróżnić podtypy odpowiedzi immunologicznej.

Mikotypy raka trzustki wywołane przez grzyby wykazywały odrębną odpowiedź immunologiczną, która wpływała na przeżycie pacjentów. Chociaż grzyby te były nieliczne, miały silne działanie immunologiczne, analogicznie do komórek zaprogramowanej śmierci (PD)1+ w immunoterapii. Powiązanie grzybów z parametrami klinicznymi mogłoby umożliwić wykrywanie nowotworów we wczesnym stadium i wspierać ich użyteczność kliniczną jako potencjalnych biomarkerów i celów terapeutycznych. Wreszcie, testy DA ujawniły grzyby specyficzne dla stadium raka w przypadku raka żołądka, odbytnicy i nerek w próbkach o sekwencji RNA, podczas gdy dane ML potwierdziły różnicowanie stadiów raka żołądka i nerek.

Wnioski

Badanie dostarczyło pierwszej analizy mykobiomów osocza we wczesnym stadium raka. Naukowcy odkryli grzyby w 35 rodzajach nowotworów, a większość grzybów zlokalizowana była wewnątrzkomórkowo w komórkach nowotworowych i odpornościowych, analogicznie do bakterii wewnątrznowotworowych. Chociaż nie byli w stanie wskazać źródeł grzybów w osoczu bezkomórkowym, gatunki te mogą pomóc w diagnozowaniu raka we wczesnym stadium. Ponadto odkryli liczne immunoekologie grzybiczo-bakteryjne w nowotworach. Co ciekawe, grzyby wewnątrznowotworowe stratyfikowały wyniki kliniczne, w tym odpowiedź na immunoterapię.

Odniesienie:

• 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

.