Pilze bei 35 Krebsarten nachgewiesen, oft intrazellulär
In einem kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Zellefanden Forscher pilzliche Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Zellen in geringen Mengen bei vielen menschlichen Krebsarten, mit krebstypabhängigen Variationen in der Zusammensetzung der Pilzgemeinschaft und den Wechselwirkungen zwischen Pilz und Bakteriom.
Hintergrund
Studien haben gezeigt, dass Tumore räumlich heterogene, intrazelluläre und polymikrobielle Gemeinschaften aufweisen. Sepich-Poore et al. zeigten, dass Nährstoffbeschränkungen in der Tumormikroumgebung (TME) und Antibiotika einen Selektionsdruck induzieren, der die Zusammensetzung von Pilz-Bakterien-Krebs-Immunzellen beeinflusst.
Pilze scheinen bedeutende opportunistische Krankheitserreger zu sein, die die Immunität des Wirts prägen und Krebspatienten infizieren; Sie sind jedoch unterbesetzt. Es bleibt auch unbekannt, ob sie Teil polymorpher Mikrobiome sein könnten, die Krebs darstellen. Dies lieferte genügend Motivation, um die klonale Krebsevolution als Multispezies-Prozess zu untersuchen und das Pan-Krebs-Mykobiom zu charakterisieren. Da Bakterien und Pilze in der Natur symbiotische und antagonistische Beziehungen teilen, könnte die Untersuchung ihrer Wechselwirkungen in Tumoren außerdem möglicherweise eine synergistische diagnostische Leistung für bestimmte Krebsarten bieten.
Über das Studium
In der vorliegenden Studie profilierten die Forscher Pilz-DNA in zwei großen Kohorten von Krebsproben, den Kohorten Weizmann (WIS) und Cancer Genome Atlas (TCGA). Sie untersuchten Patienten mit 35 verschiedenen Krebsarten, erhielten Gewebe-, Blut- und Plasmaproben von 17.401 Patienten und fuhren mit der Charakterisierung ihres Krebs-Mykobioms fort.
Die WIS-Kohorte umfasste 1.183 formalinfixierte, paraffineingebettete (FFPE) oder gefrorene Tumorproben und normales angrenzendes Gewebe [(NAT); often paired)] aus acht Arten von Geweben, die aus Lunge, Melanom, Eierstock, Brust, Dickdarm, Gehirn, Knochen und Bauchspeicheldrüse gewonnen wurden, sowie aus normalem Brustgewebe, das kein Krebs ist. Die zweite Kohorte umfasste Daten zur Gesamtgenomsequenzierung (WGS) und Ribonukleinsäuresequenzierung (RNA-seq).
Das Team untersuchte alle Krebsproben auf das Vorhandensein von Pilzen und charakterisierte sie mithilfe der Amplikonsequenzierung des internen transkribierten Spacer 2 (ITS2). Darüber hinaus quantifizierten sie die Pilz-DNA mithilfe der quantitativen Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) des ribosomalen 5.8S-Pilzgens in einer zufälligen Untergruppe der WIS-Kohorte, die 261 Tumor- und 137 negative Kontrollproben umfasste. Darüber hinaus verglich das Team die Daten zum Vorhandensein (oder Fehlen) von Pilzen auf verschiedenen taxonomischen Ebenen, um die normalisierten gegenseitigen Intradomäneninformationen für die WIS-Kohorte abzuschätzen.
Studien haben gezeigt, dass Bakteriome, Immunome und Mykobiome eine Krebstyp-Spezifität aufweisen. Es ist daher wahrscheinlich, dass Pilzcluster mit mehreren Domänen je nach Krebsart variieren. Das Team verglich WIS-überlappende Pilz- und Bakteriengattungen in TCGA unter Verwendung einer neuronalen Netzwerkmethode, die zuvor entwickelt wurde, um das gleichzeitige Auftreten von Mikrobiom und Metaboliten abzuschätzen.
Das Team testete auch, ob Mykotypen mit Immunantworten, C1 bis C6, die zuvor bei TCGA-Patienten und dem Überleben der Patienten identifiziert wurden, assoziiert waren. Darüber hinaus bestimmten sie, ob maschinelles Lernen (ML) Mykobiome zwischen und innerhalb von Krebsarten diskriminierte. Abschließend wendeten die Forscher differenzielle Häufigkeitstests (DA) und ML zwischen Tumormykobiomen im Stadium I und IV an.
Studienergebnisse
Alle getesteten Tumore hatten eine höhere Pilzlast als die Negativkontrollen, aber die Pilzlast unterschied sich zwischen den Tumortypen, wobei die höchsten Pilz-DNA-Belastungen bei Brust- und Knochenkrebs auftraten. ITS2-Amplikon und Sequenzierung fanden auch mehr Pilz-Reads bei allen Tumorarten als bei Negativkontrollen. Bemerkenswerterweise hatten Dickdarm- und Lungentumore eine deutlich höhere Pilzlast als NAT. Die Forscher stellten einen ähnlichen Trend bei Brusttumoren im Vergleich zu NAT und normalem Gewebe fest.
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Im Vergleich zu übereinstimmenden Bakteriomen wiesen tumorspezifische Pilze eine geringere Diversität und Häufigkeit auf. Obwohl bei allen untersuchten Krebsarten Pilze vorhanden waren, zeigten interessanterweise nicht alle Tumoren ein positives Pilzsignal. Die Bildgebung zeigte jedoch, dass die meisten Pilze intrazellulär waren, wie intratumorale Bakterien. Darüber hinaus war der Mycobiome-Reichtum für die WIS (Amplikon)-Kohorte geringer als für die TCGA (shotgun metagenomic)-Kohorte. Interessanterweise zeigten vier von sieben Krebserkrankungen, die WIS und TCGA gemeinsam hatten, signifikante positive Korrelationen zwischen intratumoralem Pilz- und Bakterienreichtum.
Im Gegensatz zu Bakterien gibt es einen Mangel an veröffentlichten Pilzgenomen, die den Rückschluss auf den Gengehalt aus Amplikondaten einschränken. Darüber hinaus erschweren geringe Pilzhäufigkeiten in Tumoren deren funktionelle Charakterisierung. Die Studienergebnisse deuteten jedoch auf Malassezia globosa hin, eine Pilzart, die die Onkogenese der Bauchspeicheldrüse fördert. Die Forscher stellten auch erhebliche Korrelationen zwischen einigen Pilzarten und anderen Parametern wie Alter, Tumorsubtypen und Ansprechen auf Immuntherapie fest. Die genaue Natur dieser Assoziationen konnten die Forscher jedoch nicht bestimmen.
Die Forscher beobachteten bei mehreren Krebsarten positive Korrelationen zwischen Mikro- und Mykobiomen. Ihre Vielfalt, Häufigkeit und das gleichzeitige Auftreten variierten jedoch je nach Krebsart. Dies wirft die Möglichkeit auf, dass TMEs im Gegensatz zum Darm ein nicht kompetitiver Raum für die mikrobielle Besiedlung sind, was die Forscher als „permissiven“ Phänotyp bezeichneten. Sie bezeichneten diese unterschiedlichen Pilz-Bakterien-Immun-Cluster, die durch gemeinsames Auftreten von Pilzen angetrieben werden, als Mykotypen. Zum Beispiel hatte Brustkrebs die signifikantesten gleichzeitigen Vorkommen von Pilzen und Bakterien (96,5 %), mit Aspergillus und Malassezia als Drehscheiben.
Unbeaufsichtigte Analysen ergaben drei Mykotypen, nämlich F1 (Malassezia-Ramularia-Trichosporon), F2 (Aspergillus-Candida) und F3 (Multigattungen, einschließlich Yarrowia). Interessanterweise variierten die Mykotyp-Log-Verhältnisse zwischen den TCGA- und WIS-Krebstypen. Sechs von neun TCGA-Log-Verhältnissen zwischen Domänen korrelierten signifikant (z. B. Pilz-F1/F2 vs. Bakterien-F1/F2), was auf ähnliche Verschiebungen innerhalb von Multidomänenökologien bei verschiedenen menschlichen Krebsarten hindeutet und abgeleitete gemeinsame Vorkommen validiert. Darüber hinaus unterschieden die Log-Verhältnisse von Immunzellen, die gemeinsam mit F1-, F2- oder F3-Cluster-Pilzen auftreten, Subtypen der Immunantwort.
Durch Pilze ausgelöste Pankrebs-Mykotypen zeigten unterschiedliche Immunantworten, die das Überleben der Patienten stratifizierten. Obwohl spärlich, waren diese Pilze immunologisch potent, analog zu den programmierten Todeszellen (PD)1+ in der Immuntherapie. Die Assoziationen von Pilzen mit klinischen Parametern könnten die Erkennung von Krebs im Frühstadium ermöglichen und ihren klinischen Nutzen als potenzielle Biomarker und therapeutische Ziele unterstützen. Schließlich zeigten DA-Tests Krebsstadien-spezifische Pilze für Magen-, Rektal- und Nierenkrebs unter RNA-seq-Proben, während ML-Daten die Differenzierung von Magen- und Nierenkrebsstadien unterstützten.
Schlussfolgerungen
Die Studie lieferte die erste Analyse von Plasma-Mykobiomen bei Krebs im Frühstadium. Die Forscher entdeckten Pilze bei 35 Krebsarten, und die meisten Pilze befanden sich intrazellulär in Krebs- und Immunzellen, analog zu intratumoralen Bakterien. Obwohl sie die Quellen von Pilzen aus zellfreiem Plasma nicht lokalisieren konnten, könnten diese Arten bei der Diagnose von Krebs in seinen frühen Stadien helfen. Darüber hinaus entdeckten sie mehrere Pilz-Bakterien-Immunökologien über Tumore hinweg. Interessanterweise stratifizierten intratumorale Pilze die klinischen Ergebnisse, einschließlich des Ansprechens auf die Immuntherapie.
Referenz:
- 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
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