Plesne boli zistené pri 35 typoch rakoviny, často intracelulárne

Plesne boli zistené pri 35 typoch rakoviny, často intracelulárne

V nedávnom článku uverejnenom v časopise bunka Výskumníci našli hubovú deoxyribonukleovú kyselinu (DNA) a bunky v nízkych hladinách v mnohých ľudských rakovinách, s variáciami závislými od typu rakoviny v zložení hubovej komunity a interakciami huba-bakterióm.

Naučte sa: Pan-rakovinové analýzy odhaľujú plesňové ekológie špecifické pre typ rakoviny a interakcie bakteriómov. Fotografický kredit: Kateryna Kon / Shutterstock

pozadia

Štúdie ukázali, že nádory vykazujú priestorovo heterogénne, intracelulárne a polymikrobiálne spoločenstvá. Sepich-Poore a kol. ukázali, že obmedzenie živín v mikroprostredí nádoru (TME) a ​​antibiotiká vyvolávajú selekčné tlaky, ktoré ovplyvňujú zloženie imunitných buniek plesňových-bakteriálnych nádorov.

Huby sa javia ako dôležité oportúnne patogény, ktoré formujú imunitu hostiteľa a infikujú pacientov s rakovinou; Sú však personálne poddimenzovaní. Zostáva tiež neznáme, či by mohli byť súčasťou polymorfných mikrobiómov, ktoré predstavujú rakovinu. To poskytlo dostatočnú motiváciu na štúdium klonálnej evolúcie rakoviny ako viacdruhového procesu a na charakterizáciu pan-rakovinového mykobiómu. Okrem toho, keďže baktérie a huby zdieľajú v prírode symbiotické a antagonistické vzťahy, štúdium ich interakcií v nádoroch by mohlo potenciálne poskytnúť synergický diagnostický výkon pre určité druhy rakoviny.

O štúdiu

V tejto štúdii výskumníci profilovali hubovú DNA v dvoch veľkých kohortách vzoriek rakoviny, kohortách Weizmann (WIS) a Cancer Genome Atlas (TCGA). Študovali pacientov s 35 rôznymi typmi rakoviny, získali vzorky tkaniva, krvi a plazmy od 17 401 pacientov a pristúpili k charakterizácii ich rakovinového mykobiómu.

WIS kohorta zahŕňala 1 183 vzoriek nádorov fixovaných vo formalíne, zaliatych v parafíne (FFPE) alebo zmrazených vzoriek a normálne susedné tkanivo [(NAT); často spárované)] z ôsmich typov tkanív získaných z pľúc, melanómu, vaječníkov, prsníka, hrubého čreva, mozgu, kostí a pankreasu, ako aj z normálneho tkaniva prsníka, ktoré nie je rakovinou. Druhá kohorta zahŕňala údaje o sekvenovaní celého genómu (WGS) a sekvenovaní ribonukleovej kyseliny (RNA-seq).

Tím skúmal všetky vzorky rakoviny na prítomnosť húb a charakterizoval ich pomocou interného transkribovaného spacera 2 (ITS2) amplikónového sekvenovania. Okrem toho kvantifikovali DNA huby pomocou kvantitatívnej polymerázovej reťazovej reakcie (qPCR) 5.8S hubového ribozomálneho génu v náhodnej podskupine kohorty WIS, ktorá zahŕňala 261 nádorových a 137 negatívnych kontrolných vzoriek. Okrem toho tím porovnal údaje o prítomnosti (alebo neprítomnosti) húb na rôznych taxonomických úrovniach, aby odhadol normalizované vzájomné intradoménové informácie pre kohortu WIS.

Štúdie ukázali, že bakteriómy, imunomy a mykobiómy vykazujú špecifickosť typu rakoviny. Je preto pravdepodobné, že multidoménové zhluky húb sa líšia podľa typu rakoviny. Tím porovnal WIS prekrývajúce sa plesňové a bakteriálne rody v TCGA pomocou metódy neurónovej siete, ktorá bola predtým vyvinutá na odhad spoločného výskytu mikrobiómov a metabolitov.

Tím tiež testoval, či sú mykotypy spojené s imunitnými odpoveďami, C1 až C6, predtým identifikovanými u pacientov s TCGA a prežitím pacientov. Okrem toho zistili, či strojové učenie (ML) rozlišuje mykobiómy medzi typmi rakoviny a v rámci nich. Nakoniec výskumníci aplikovali diferenciálne testovanie hojnosti (DA) a ML medzi nádorovými mykobiómami štádia I a IV.

Výsledky štúdie

Všetky testované nádory mali vyššiu hubovú záťaž ako negatívne kontroly, ale hubová záťaž sa medzi typmi nádorov líšila, pričom najvyššie záťaže hubovej DNA sa vyskytli pri rakovine prsníka a kostí. ITS2 amplikón a sekvenovanie tiež našli viac húb vo všetkých typoch nádorov ako v negatívnych kontrolách. Je pozoruhodné, že nádory hrubého čreva a pľúc mali významne vyššie množstvo plesní ako NAT. Vedci zistili podobný trend u nádorov prsníka v porovnaní s NAT a normálnym tkanivom.

E-Book Protilátky

Kompilácia top rozhovorov, článkov a noviniek za posledný rok. Stiahnite si bezplatnú kópiu

V porovnaní so zodpovedajúcimi bakteriómami vykazovali nádorovo špecifické huby nižšiu diverzitu a abundanciu. Je zaujímavé, že hoci boli huby prítomné vo všetkých skúmaných rakovinách, nie všetky nádory vykazovali pozitívny hubový signál. Zobrazovanie však ukázalo, že väčšina húb bola intracelulárna, ako napríklad intratumorálne baktérie. Okrem toho, bohatstvo mykobiómov bolo nižšie pre kohortu WIS (amplicon) ako pre kohortu TCGA (shotgun metagenomic). Je zaujímavé, že štyri zo siedmich rakovín, ktoré zdieľali WIS a TCGA, vykazovali významné pozitívne korelácie medzi intratumorálnou hubovou a bakteriálnou bohatosťou.

Na rozdiel od baktérií je nedostatok publikovaných genómov húb, čo obmedzuje odvodzovanie obsahu génov z údajov o amplikónoch. Okrem toho nízky výskyt húb v nádoroch sťažuje ich funkčnú charakterizáciu. Výsledky štúdie však poukázali na Malassezia globosa, druh huby, ktorá podporuje onkogenézu pankreasu. Vedci tiež našli významné korelácie medzi niektorými druhmi húb a inými parametrami, ako je vek, podtypy nádorov a odpoveď na imunoterapiu. Vedci však nedokázali určiť presnú povahu týchto asociácií.

Vedci pozorovali pozitívne korelácie medzi mikrobiómami a mykobiómami pri niekoľkých typoch rakoviny. Ich rôznorodosť, frekvencia a spoločný výskyt sa však líšili v závislosti od typu rakoviny. To zvyšuje možnosť, že na rozdiel od čreva sú TME nekonkurenčným priestorom pre mikrobiálnu kolonizáciu, ktorú vedci nazvali „permisívny“ fenotyp. Označili tieto odlišné fungálne-bakteriálne-imunitné zhluky riadené spoločným výskytom húb ako mykotypy. Napríklad rakovina prsníka mala najvýznamnejší spoločný výskyt húb a baktérií (96,5 %), pričom huby boli Aspergillus a Malassezia.

Analýzy bez dozoru odhalili tri mykotypy, a to F1 (Malassezia-Ramularia-Trichosporon), F2 (Aspergillus-Candida) a F3 (multigenera, vrátane Yarrowia). Je zaujímavé, že logaritmické pomery mykotypov sa medzi typmi rakoviny TCGA a WIS líšili. Šesť z deviatich logaritmických pomerov TCGA medzi doménami významne korelovalo (napr. hubové F1/F2 vs. bakteriálne F1/F2), čo naznačuje podobné posuny v rámci multidoménových ekológií naprieč rôznymi ľudskými rakovinami a potvrdzujúce odvodené spoločné výskyty. Okrem toho logaritmické pomery imunitných buniek, ktoré sa vyskytujú spoločne s klastrovými hubami F1, F2 alebo F3, rozlišovali podtypy imunitnej odpovede.

Mykotypy pankancerózy vyvolané hubami vykazovali odlišné imunitné reakcie, ktoré stratifikovali prežitie pacientov. Aj keď sú tieto huby riedke, boli imunologicky silné, podobne ako bunky programovanej smrti (PD)1+ v imunoterapii. Spojenie húb s klinickými parametrami by mohlo umožniť detekciu rakoviny v ranom štádiu a podporiť ich klinickú užitočnosť ako potenciálne biomarkery a terapeutické ciele. Nakoniec testy DA odhalili huby špecifické pre rakovinové štádium rakoviny žalúdka, konečníka a obličiek medzi vzorkami RNA-seq, zatiaľ čo údaje ML podporovali diferenciáciu štádií rakoviny žalúdka a obličiek.

Závery

Štúdia poskytla prvú analýzu plazmatických mykobiómov v ranom štádiu rakoviny. Vedci objavili huby v 35 typoch rakoviny a väčšina húb sa nachádzala intracelulárne v rakovinových a imunitných bunkách, podobne ako pri intratumorálnych baktériách. Hoci nedokázali presne určiť zdroje húb z bezbunkovej plazmy, tieto druhy by mohli pomôcť diagnostikovať rakovinu v jej skorých štádiách. Okrem toho objavili viaceré fungálne-bakteriálne imunoekológie naprieč nádormi. Je zaujímavé, že intratumorálne huby stratifikovali klinické výsledky, vrátane odpovede na imunoterapiu.

Referencia:

• 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

.