Białko stojące za opornością na immunoterapię

Immunoterapia to zaawansowane podejście do leczenia raka poprzez skierowanie układu odpornościowego pacjenta przeciwko nowotworowi.

Jednak pomimo wskaźników sukcesu immunoterapia wielokrotnie napotykała trudną przeszkodę: komórki nowotworowe często unikają „radaru” komórek odpornościowych, które chcą je zniszczyć. To z kolei prowadzi do oporności na leczenie, która w wielu przypadkach może skorzystać na głębszym zrozumieniu mechanizmów, które mogą pomóc w jej obejściu.

Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z szwajcarski Uniwersytecki EPFL ujawnił białko, które odgrywa kluczową rolę w pomaganiu guzom uniknąć zniszczenia przez układ odpornościowy. Białko, białko upośledzenia umysłowego łamliwego chromosomu X (FMRP), reguluje sieć genów i komórek w mikrośrodowisku guza, które przyczyniają się do jego zdolności do „ukrywania się” przed komórkami odpornościowymi. Zwykle FMRP bierze udział w regulacji translacji białek i stabilności mRNA w neuronach. Ale naukowcy odkryli, że jest on zorganizowany w wiele form nowotwór.

Badanie, którego wyniki opublikowano w czasopiśmie Science, było prowadzone przez naukowców z grupy Douglasa Hanahana ze Szwajcarskiego Instytutu Eksperymentalnych Badań nad Rakiem (ISREC) i oddziału Ludwig Institute for Cancer Research w Lozannie, wraz z kolegami ze Szpitala Uniwersyteckiego w Lozannie (CHUV). ) i inne instytucje szwajcarskie.

Odkrycie dało również początek EPFL, Apna Bioktórej pracownicy również brali udział w badaniach.

FMRP

Ale dlaczego FMRP? Pomysł zrodził się z wcześniejszych badań, które wykazały, że komórki nowotworowe z naturalną nadekspresją FMRP są inwazyjne i dają przerzuty. Inne badania pokazują, że przeciwnie, jeśli FMRP nie ulega ekspresji w rozwijających się neuronach, może to prowadzić do defektów poznawczych (stąd część nazwy białka „upośledzenie umysłowe”).

Mając to na uwadze, naukowcy zbadali ekspresję FMRP w ludzkich nowotworach. Następnie ocenili jego funkcje promujące nowotwór w mysich modelach raka, a na koniec zbadali jego związek z rokowaniem pacjentów z rakiem u ludzi.

Badanie obejmowało kilka etapów zbierania danych. Najpierw naukowcy przeprowadzili immunoprecypitację FMRP na tkankach pobranych z ludzkich guzów. Wyniki większości guzów były dodatnie, podczas gdy odpowiadająca im normalna tkanka nie. To pokazało, że FMRP jest specyficznie i silnie eksprymowany w komórkach nowotworowych.

Następnie zespół przeszedł do głównej części swoich badań, czyli określenia funkcjonalnego znaczenia FMRP w tych guzach – wyrażają białko, ale co ono robi?

FMRP a układ odpornościowy

Aby to zbadać, naukowcy opracowali linie komórek nowotworowych z nokautem. Genetycznie modyfikowane komórki lub organizmy są genetycznie modyfikowane w celu utraty – „nokautowania” – określonego genu w celu znalezienia wskazówek dotyczących jego funkcji. Zasadniczo każda zmiana zachodząca w rozmontowanych komórkach w porównaniu z komórkami, które nadal niosą gen – zwany „dzikim typem” – można ogólnie prześledzić wstecz do brakującego genu.

W tym przypadku naukowcy wykorzystali CRISPR Cas9 Edycja genów w celu wyeliminowania genu FMR1, który wytwarza FMRP w mysich komórkach raka pochodzących z melanocytów trzustki, okrężnicy, piersi i skóry. Następnie porównali komórki nowotworowe, które zostały wyeliminowane przez FMRP z komórkami nowotworowymi, które nadal miały gen FMR1, a zatem eksprymowały białko FMRP.

Naukowcy ocenili wskaźniki przeżywalności między myszami z nowotworami zawierającymi komórki nowotworowe FMRP a myszami z komórkami FMRP typu dzikiego, po raz pierwszy u myszy, których układ odpornościowy został osłabiony. Porównanie wykazało podobne wskaźniki przeżywalności. W przeciwieństwie do tego, kiedy porównali guzy z nokautem z guzami typu dzikiego rosnącymi u myszy z prawidłowo funkcjonującym układem odpornościowym, odkryli, że guzy bez FMRP rosły wolniej, a zwierzęta przeżywały dłużej.

Pokazało to, że FMRP nie bierze udziału w stymulowaniu wzrostu guza per se, ale jest raczej zaangażowany w adaptacyjny układ odpornościowy (część układu odpornościowego „wytrenowana” przez szczepionki).

Zostało to dodatkowo potwierdzone przez obserwację, że guzy typu dzikiego miały bardzo mało naciekających limfocytów T, podczas gdy guzy z nokautem były wysoce zapalne. Wyczerpanie limfocytów T z guzów FMRP spowodowało, że zaczęły one szybciej rosnąć i zmniejszyły wskaźniki przeżywalności u myszy, co sugeruje, że FMRP jest w jakiś sposób zaangażowana w nowotwory, które wymykają się układowi odpornościowemu.

Jak nowotwory wykazujące ekspresję FMRP bronią się przed komórkami odpornościowymi

Zespół kontynuował genotypowanie molekularne zarówno nowotworów podlegających remisji, jak i nowotworów typu dzikiego. Ujawniło to znaczące różnice w transkrypcji genów w całym genomie, co wskazuje, że FMRP oddziałuje z wieloma genami. Ponadto guzy wykazywały wyraźne różnice w obfitości komórek nowotworowych, makrofagów i komórek T, co sugeruje rolę FMRP w modulowaniu składników układu odpornościowego.

W kolejnej fazie badania przyjrzano się wytwarzaniu określonych czynników zaangażowanych w charakterystyczne odpowiedzi immunologiczne – unikanie kontra atak. Stwierdzono, że guzy, w których zachodzi ekspresja FMRP, wytwarzają interleukinę-33, białko, które stymuluje produkcję regulatorowych komórek T, wyspecjalizowanej subpopulacji komórek T, które tłumią odpowiedzi immunologiczne. Wytwarzają również białko S, glikoproteinę, o której wiadomo, że sprzyja wzrostowi guza. Wreszcie, nowotwory wytwarzają egzosomy – organelle komórkowe, które dały początek rodzajowi komórek makrofagów, które normalnie pomagają w gojeniu się ran i naprawie tkanek. Wszystkie trzy czynniki działają immunosupresyjnie i przyczyniają się do budowy bariery nowotworowej przed atakami limfocytów T.

Natomiast komórki nowotworowe z nokautem FMRP faktycznie obniżyły poziom wszystkich trzech czynników (interleukiny-33, białka S i egzosomów), ponieważ zwiększyły poziom innego kompleksu chemicznego, CC ligand 7 (CCL7), który pomaga rekrutować i aktywować komórki T. Proces ten jest dodatkowo wspierany przez stymulację immunogennych (nie immunosupresyjnych) makrofagów. Komórki te wytwarzają trzy inne białka zapalne, które współpracują z CCL7 w rekrutacji komórek T.

Prognozowanie wyników immunoterapii u ludzi

W kontekście klinicznym pytanie brzmi, czy poziomy FMRP mogą pomóc w kształtowaniu rokowania dla pacjentów poddawanych immunoterapii. Nieoczekiwanie zarówno poziomy mRNA genu FMR1, jak i białka FMRP były niewystarczające, aby przewidzieć wynik w kohortach pacjentów z rakiem.

Aby temu zaradzić, naukowcy oparli się na fakcie, że FMRP w komórce moduluje stabilność mRNA poprzez bezpośrednie wiązanie. Oznacza to, że FMRP może zmieniać poziomy RNA, które można uchwycić w zestawach danych transkryptomu, które można zebrać w celu zidentyfikowania „sygnatury genu” w celu śledzenia jego aktywności funkcjonalnej. To podejście zadziałało, umożliwiając naukowcom śledzenie genetycznego odcisku palca aktywności regulacyjnej FMRP w zakresie raka w sieci 156 genów.

Wykazano, że sygnatura aktywności sieci raka FMRP przewiduje słabe przeżycie w kilku ludzkich nowotworach, zgodnie z immunosupresyjnymi efektami FMRP, a u niektórych pacjentów jest powiązana ze słabą odpowiedzią na immunoterapie.

Praca pokazuje, że FMRP reguluje sieć genów i komórek w mikrośrodowisku guza, z których wszystkie pomagają nowotworom uniknąć zniszczenia układu odpornościowego.

Hanahan powiedział: „Badając przez dziesięciolecia złożoną architekturę komórkową guzów litych, jestem osobiście zdumiony, gdy odkryłem, że wybrane neuronalne białko regulatorowe – FMRP – może koordynować tworzenie wielopłaszczyznowej bariery ochronnej przed atakiem układu odpornościowego, co w ten sposób ogranicza korzyści płynące z immunoterapii, przedstawiając w ten sposób FMRP jako nowy cel terapeutyczny dla raka”.