Cel mai important reper pentru tratamentele viitoare ale cancerului: CATALOGUL MUTAȚIILOR

Analiza întregului genom al cancerului sau analiza pan-cancer a genomurilor complete (Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes, PCAWG) este proiectul ai cărui cercetători au publicat date fără precedent, analizând peste 2600 de genomuri canceroase pentru evenimentele de mutație. Au catalogat și integrat un portret amplu și cuprinzător al mutațiilor asociate cancerului din regiunile codante și necodante ale genomului, în 38 de tipuri principale de tumori, și au folosit aceste informații pentru a identifica căile biologice implicate.

Ce este genomul?

Genomul reprezintă totalitatea instrucțiunilor din ADN. În nucleul fiecărei celule există 2 copii de ADN, una de la mamă și una de la tată. ADN-ul nostru este pliat / împachetat într-un mod special, formând cromozomii. În celulele noastre există 46 de cromozomi care conțin spirale de ADN împachetate (23 proveniți de la mamă și 23 de la tată).

Rezumatul proiectului de analiză pan-cancer a genomurilor complete:

• În fiecare genom canceros au fost identificate aproximativ cinci mutații conducătoare (5% nu aveau mutații conducătoare).
• S-a constatat că majoritatea mutațiilor conducătoare se află în regiunea codantă a genomului.
• Un „ceas molecular” poate stabili care mutații au apărut devreme în evoluția cancerului.
• Tiparele mutațiilor genetice pot ajuta la identificarea tipului de cancer (aceasta îi poate ajuta pe medici să identifice un cancer cu sediu primar / origine necunoscută).

Acest efort colectiv, la care au colaborat peste 1300 de oameni de știință și medici din 37 de țări, s-a concretizat în Nature și revistele asociate prin publicarea simultană a 23 de articole științifice.

Setul de date al analizei pan-cancer a genomurilor complete este disponibil tuturor cercetătorilor oncologici din lume. Disponibilitatea largă și calitatea acestor date despre cancer vor genera aproape sigur un val de înțelegere biologică și progrese metodologice.

De exemplu, cercetătorii analizează dacă mutațiile apar mai devreme sau mai târziu prin studierea așa-numitelor ceasurile moleculare , cercetare care ar putea deveni utilă în depistarea precoce a cancerului sau în strategiile de prevenire.

În general, rezultatele studiului arată că, cu ani înainte de diagnosticul cancerului, mutațiile conducătoare pot avea implicații pentru depistarea precoce și dezvoltarea de biomarkeri. Mutațiile conducătoare, esențiale în formarea cancerului, pot apărea cu ani înainte de diagnostic, ceea ce poate fi folosit pentru depistarea precoce.

Trebuie însă amintit că analizele inferențiale, precum analiza întregului genom al cancerului, oferă o înțelegere mai profundă a cancerului, dar sunt în general asociate cu un grad mai mare de complexitate.

Analiza pan-cancer a genomurilor complete – Regiunile ADN codante și necodante

Informațiile și noua înțelegere obținute din studiul analizei pan-cancer a genomurilor complete (PCAWG) diferă de secvențierea întregului exom clasică.

Notă: Exomul este totalitatea regiunilor ADN care codifică proteine, numite exoni , și reprezintă doar 1% din ADN; aceasta corespunde celor 20 de mii de gene codante pentru proteine. Așadar, analiza întregului exom analizează mutațiile din doar 2% din ADN. Intronii sunt regiunile ADN care nu codifică proteine și care, până de curând, erau chiar numite ADN junk (deșeu, neimportant).

Toate medicamentele inteligente țintite împotriva cancerului folosite până acum au fost dezvoltate analizând secvențe ADN rezultate din secvențierea întregului exom, care reprezintă doar 1% din genom. Acum, prin includerea și a regiunilor necodante, acoperirea a crescut la 100%.

Datele brute, prelucrate și interpretate ale proiectului de analiză pan-cancer a genomurilor complete sunt disponibile pe pagina web PCAWG online, astfel încât să continue să ofere date altor cercetători în anii următori.

Analiza pan-cancer

Pentru analiza tuturor cancerelor au fost folosite date de secvențiere a întregului genom din țesut canceros și țesut normal corespunzător, pentru 2605 tumori primare și 173 de metastaze sau recidive locale. Datele au fost analizate pentru 3 grupe principale de mutații: variante somatice ale unui singur nucleotid (SNV); mici inserții și deleții (indeluri); și modificări ale numărului de copii și variante structurale (SV), adică rearanjări ale unor porțiuni mari de ADN.

În mod impresionant, catalogarea a evidențiat > 43 de milioane de SNV, > 400.000 de variante somatice multinucleare, > 2.4 milioane de indeluri somatice, aproape 290.000 de SV somatice, > 19.000 de evenimente de retrotranspoziție somatică și > 8000 de mutații mitocondriale de novo ale ADN-ului. Analiza a raportat o eterogenitate importantă a poverii mutațiilor somatice atât între tipurile de tumori, cât și între pacienți.

Catalogarea și înțelegerea mutațiilor conducătoare au fost un obiectiv major al comunității cercetării oncologice în ultimele două decenii; deși numărul acestor mutații este limitat, există mii sau zeci de mii de combinații ale lor.

Cercetătorii au constatat că 91% dintre cancere aveau cel puțin o mutație conducătoare identificabilă; au fost găsite 4.6 mutații conducătoare per tumoră. Pentru aproximativ 5% dintre cancere nu a fost raportată nicio mutație conducătoare.

Analizate după tipul tumorii, SV conducătoare (variante structurale) erau mai frecvente în adenocarcinoamele de sân și ovar. Mutațiile punctiforme conducătoare au avut un rol important în adenocarcinoamele colorectale și în limfoamele cu celule B mature. Genele supresoare tumorale erau asociate cu multe mutații conducătoare care inactivau ambele alele: în cazul TP53, ambele alele erau mutate la 77% dintre mutații.

La pacienții cu carcinom renal cromofob și cancer neuroendocrin pancreatic – tumori cu aneuploidie cromozomială semnificativă – nu au fost observate mutații conducătoare ale cancerului. Cercetătorii PCAWG au exprimat situația astfel: „Anumite combinații de câștiguri și pierderi de cromozomi întregi pot fi suficiente pentru a iniția un cancer în absența unor mutații conducătoare mai țintite.”.

Motivul pentru care doi pacienți cu același diagnostic răspund complet diferit la tratamente este reprezentat de diferențele genetice ale tumorilor.

Cauzele acestei situații sunt scrise în genomul tumorilor. Constatarea frapantă este cât de diferit este genomul cancerului unei persoane față de al alteia – mii de combinații diferite de mutații care pot provoca cancer și peste 80 de procese diferite...

Aproximativ 5% dintre toate cancerele primesc diagnosticul de cancer cu sediu primar necunoscut (carcinoma of unknown origin). Tiparele mutațiilor și genele afectate pot ajuta la identificarea tipului de cancer pe care l-ar putea avea pacientul.

O privire atentă asupra mutațiilor din regiunile necodante

Analizele mutațiilor conducătoare somatice necodante pun sub semnul întrebării mutații necodante raportate anterior, precum NEAT1 și MALAT1, lungi molecule de ARN necodant; aceste mutații raportate anterior sunt reevaluate, iar analizele dezvăluie și altele noi.

PCAWG sunt cercetătorii care au găsit în promotorul TERT puncte fierbinți cu o singură localizare, asociate cu expresie TERT crescută (promotorul este fragmentul ADN care inițiază transcrierea genelor).

TOB1 avea implicații pentru cancerele gastric și de sân.

În cazurile în care au fost raportate mutații ale promotorului TP53, nu existau mutații suplimentare în regiunea codantă, sugerând pentru prima dată o inactivare puternică a TP53 prin mutații necodante.

Cercetătorii au raportat și noi mutații candidate de tip variantă structurală care susțin oncogeneza (cancerizarea), precum rearanjările ce implică genele AKR1C și BRD4.

Totuși, mutațiile conducătoare necodante au fost identificate ca evenimente rare. Potrivit cercetătorilor, seturi de date mai mari și progresele tehnologice vor continua să identifice noi mutații conducătoare necodante, deși cu frecvențe mult mai mici decât cele codante pentru proteine.

Ceasuri moleculare

Cercetătorii au analizat și dacă mutațiile apar devreme sau târziu în evoluția cancerului. Conceptul ceasurilor moleculare a fost abordat stabilind dacă mutațiile sunt clonale (apar în toate clonele cancerului) sau subclonale (apar într-o parte dintre clone) și dacă evenimentele clonale preced evenimentele subclonale.

Au constatat că, dintre cele 47 de milioane de mutații punctiforme găsite în 2583 de probe, 22% erau evenimente clonale timpurii, 7% clonale târzii, 53% clonale nespecificate și 17% subclonale nespecificate. Într-un panel de 453 de gene conducătoare ale cancerului, au identificat 5913 mutații punctiforme oncogene, dintre care 29% erau evenimente clonale timpurii, 5% clonale târzii, 56% clonale nespecificate și 8% subclonale.

Mutațiile conducătoare KRAS, TP53 și PIK3CA, precum și TERT dintre mutațiile conducătoare necodante, au fost considerate evenimente timpurii în dezvoltarea cancerelor. Cercetătorii au precizat că semnătura mutațională s-a schimbat în timp în 40% dintre tumori.

Cum ar trebui să folosească un medic această bogăție de informații?

„Proiectul Pan-Cancer oferă o foaie de parcurs pentru colectarea și analiza genomurilor. Am dezvoltat procese standardizate de înaltă calitate pentru a analiza genomurile și a le prezenta integrat” , spune dr. Lincoln D. Stein, unul dintre conducătorii proiectului, într-o conferință de presă. „Prin acest proiect am găsit aceleași căi identificate prin secvențierea exomului și am găsit multe alte modalități de a dezvolta aceste căi” , adaugă el.

În plus, pe măsură ce ne crește capacitatea de a înțelege care căi de semnalizare / creștere și gene sunt modificate într-un anumit cancer, vom putea vedea mai precis schimbările din tumora pacientului. Astfel putem folosi tratamente mai țintite.

Anterior, analizând doar secvența exomului, am fi rămas în întuneric cu privire la genomul tumorii pentru aproximativ o treime dintre pacienții veniți la clinică. Oncologia de precizie nu ar fi avut nicio informație pe baza căreia să continue.

Totuși, o limitare importantă a acestor studii este lipsa datelor clinice care să le coreleze cu tratamentele pacienților.

În curs de desfășurare, proiectul ICGC ARGO lucrează tocmai pentru a acoperi acest deficit. Pe lângă publicațiile proiectului PCAWG, colectează atât date clinice, cât și genomice de la 100.000 de pacienți cu cancer.

După strângerea unor date suficiente care să coreleze informațiile genomice cu rezultatele clinice, va începe dezvoltarea unor sisteme de învățare automată și suport decizional, care să ajute medicul să identifice tratamente mai bune folosind informațiile moleculare și genomice ale pacientului.

Totuși, testarea genomului cancerului nu va fi disponibilă curând în orice clinică oncologică. Spre deosebire de testele cu paneluri multigenice disponibile în prezent, procesele de laborator și standardele secvențierii întregului genom vor trebui transferate către centrele de testare genetică.

Există și costuri legate de utilizarea acestor noi instrumente de testare genetică și de analiza datelor rezultate. Acum sunt destul de mari, dar vor scădea în timp. Tehnologia nu va fi disponibilă chiar mâine, însă în câțiva ani va putea fi utilizată mai ușor.

Subiect asociat:

- Ce este secvențierea de nouă generație (Next-Generation Sequencing, NGS)? Utilizarea în oncologie