Mutações da linha germinal e as suas aplicações clínicas no cancro

Ao longo das últimas décadas, os investigadores concentraram-se principalmente nas mutações somáticas do cancro, enquanto que as mutações da linha germinal foram largamente ignoradas. O cancro é um evento estocástico que resulta da aquisição de múltiplas mutações somáticas; por conseguinte, a fundamentação científica para visar e caracterizar estas mutações está perfeitamente fundamentada. No entanto, embora concordemos com este conceito num sentido geral, acreditamos que ele está parcialmente incompleto. Um dos principais factores de risco no cancro é a história familiar (ou mutações hereditárias na linha germinal). As mutações da linha germinal herdadas de gerações anteriores actuam como predisposições nos indivíduos, aumentando a sua susceptibilidade ao desenvolvimento do cancro. Uma multiplicidade de estudos já relacionou várias predisposições germinativas em muitos genes (BRCA1, BRCA2, PTEN, TP53, KRAS, APC, etc.), sugerindo que as mutações germinativas também têm impacto na evolução tumoral. Ainda assim, muitas bases de dados públicas, tais como ICGC, têm muito pouca informação sobre mutações na linha germinal (8857 perfis de linha germinal em comparação com 62329 somáticos). Há vários anos, tínhamos proposto que as variantes genéticas pré-existentes poderiam desempenhar papéis importantes na formação, ou selecção de mutações somáticas, para que os genes mutantes seleccionados pudessem trabalhar em conjunto com as variantes genéticas pré-existentes para impulsionar uma transformação de uma célula normal numa célula cancerígena . As provas dos nossos estudos mais recentes mostraram que as mutações herdadas da linha germinal não só aumentam a susceptibilidade ao risco de cancro, mas também actuam como moduladores ao moldar a evolução tumoral. Mostrámos que as variantes inerentemente funcionais de doentes com cancro da mama previram significativamente a recorrência de tumores, e o risco de desenvolvimento de cancro da mama, cérebro e outros. Além disso, mostrámos que as variantes inerentemente funcionais em células naturais assassinas (ou seja, células assassinas naturais, um tipo de célula imunitária) em doentes com cancro afectavam os linfócitos infiltrantes do tumor (TILs) e a sobrevivência . Estes resultados trazem uma visão de mudança de paradigma sobre os papéis dos genomas da linha germinal no cancro. Nas últimas décadas, apenas uma pequena fracção dos casos de cancro foi explicada pelas disposições da linha germinal; por exemplo, uma mutação da linha germinal no BRCA1/2 é encontrada em apenas 5-10% das pacientes com cancro da mama e dos ovários. Como a penetração de outros defeitos genéticos da linha germinal é muito pequena, o seu papel no desenvolvimento do cancro e da metástase tem sido difícil de estudar e eventualmente ignorado. Adoptando uma abordagem de biologia de sistemas, mostrámos que os genomas da linha germinal desempenham um papel muito mais importante no desenvolvimento do cancro e da metástase do que o que poderia ter sido estimado pela comunidade oncológica.

Mutações da linha germinal & resultado clínico

Como mencionado acima, até muito recentemente, os cientistas têm-se concentrado principalmente em mutações somáticas no cancro. Esforços maciços, tais como O Catálogo de Mutações Somáticas no Cancro (COSMIC) e TCGA, foram feitos para caracterizar completamente a paisagem mutante somática em todos os tipos de cancro. Como resultado, muitas assinaturas mutacionais para identificar vários tipos de cancro, subtipos moleculares e prognóstico do cancro foram descobertas e têm ajudado no tratamento do cancro e na utilização clínica. A nossa hipótese inicial era que as mutações na linha germinal desempenhavam um papel muito maior na tumorigenese do que simplesmente actuando como predisposições. Raciocinámos que o impacto colectivo das mutações na linha germinal, ou mais especificamente a paisagem genómica da linha germinal de um paciente, poderia inferir directamente sobre a paisagem mutacional somática. Embora haja um evento de aleatoriedade para uma mutação somática específica a ser adquirida por uma célula, a aptidão de uma mutação somática será automaticamente dependente e seleccionada com base no seu contexto de linha germinal pré-existente. Em palavras mais simples, as células cancerígenas utilizam os antecedentes históricos e genéticos do seu hospedeiro para maximizar a sua sobrevivência. Portanto, o cenário genómico da linha germinal de um paciente poderia informar-nos sobre a evolução tumoral, heterogeneidade e mesmo sobre o resultado clínico (como a recorrência ou a resposta ao tratamento). Para testar esta hipótese, comparámos os perfis de linha germinal de 755 ER+ pacientes com cancro da mama com o seu estado de recidiva. Desenvolvemos um algoritmo baseado na aprendizagem mecânica, eTumorMetastasis, que utiliza as mutações funcionais da linha germinal para identificar biomarcadores de recidiva. Resumidamente, o modelo utiliza uma abordagem baseada em rede para transformar a informação da variante genética funcional numa rede de sinalização específica de cancro da mama ER+, a partir da qual podemos identificar biomarcadores (ou assinaturas de genes) utilizando a aprendizagem mecânica . A hipótese subjacente é que as células cancerígenas são representadas por algumas marcas distintivas do cancro, cada uma delas composta por algumas redes moleculares/sinalização. Propusemos que as “assinaturas operacionais de rede” representam lógicas/forças reguladoras dos genes que nos permitem quantificar as transições de estado e medir os traços distintivos. Assim, conjuntos de alterações genómicas associadas às assinaturas operacionais da rede poderiam ser ligadas ao estado/medida dos traços distintivos. A assinatura operacional da rede transforma dados genotípicos (ou seja, alterações genómicas) em perfis fenotípicos regulamentares (ou seja, lógicas/forturas regulamentares) e depois em perfis fenotípicos celulares (ou seja, traços de marca) que levam a perfis fenotípicos clínicos (ou seja, uma colecção de traços de marca). Mais detalhes sobre estes conceitos podem ser encontrados em Wang et al. . Os biomarcadores aqui são as assinaturas operacionais da rede. De forma impressionante, fomos capazes de prever amostras de baixo risco com uma precisão que pode atingir os 94%. Considerando que as mutações na linha germinal podem ser obtidas a partir da sequenciação de uma amostra de sangue ou saliva, isto proporciona uma nova via num ambiente clínico onde as mutações na linha germinal poderiam ser utilizadas para classificar os pacientes no diagnóstico de uma forma não invasiva, permitindo aos médicos não tratar excessivamente os pacientes.

Impplicações da linha germinal no sistema imunitário

Na sequência dos resultados da previsão do risco de recorrência, analisámos minuciosamente as nossas assinaturas genéticas. A análise de enriquecimento revelou correlações interessantes entre genes de assinatura e sistemas imunitários (principalmente processamento de antigénios, estimulação das células T e células NK) . Assim, colocámos a hipótese de que as mutações na linha germinal poderiam prejudicar os genes leucócitos antes da tumorigenese, o que levaria a uma resposta imunitária enfraquecida. Com base nas previsões de recorrência, comparámos a expressão do metagene leucocitário, bem como as fracções de células leucocitárias entre ambos os grupos previstos. Estes resultados salientaram que as mutações na linha germinal já predispõem o sistema imunitário dos pacientes, levando a uma resposta imunitária mais fraca que, por sua vez, promove um microambiente mais favorável à tumorigenese e aumenta o risco de recaída do paciente.

Outro aspecto do nosso estudo centrou-se na classificação dos microambientes imunitários tumorais (TIMEs). Curiosamente, fomos capazes de classificar os TEMPOS em três grupos distintos comumente encontrados em todos os tipos de cancro: Tumores TIME-ricos (ou “imunes”), TIME-intermediário (ou tumores “imunes”) e TIME-poor (ou “imunes”). Comparando a genómica da linha germinal dos três grupos TIME, descobrimos que o número de genes hereditários defeituosos relacionados com as células NK estava negativamente correlacionado com a sobrevivência do paciente, a abundância de TIL em TIMEs, sugerindo que os defeitos hereditários apenas nas células NK eram suficientes para moldar o recrutamento de TILs e, portanto, o resultado clínico e a resposta de imunoterapia. Estes resultados têm grandes implicações na identificação de indivíduos de alto risco com base em genomas da linha germinal e nas actuais abordagens imunoterapêuticas. A transferência adoptiva de células NK saudáveis combinadas com anti-PD-1 ou receptor de antigénios quiméricos (CAR) T celulares permitiria uma conversão de tumores TIME-intermediários e TIME-pobres em tumores TIME-ricos, melhorando a sobrevivência do paciente.

Looking forward

Sequência de alta produção criou uma mudança na medicina tradicional. A sequenciação de todo o exome é agora muito acessível, o que está a levar a uma enorme quantidade de dados disponíveis. Como resultado, coortes maciças de hospitais estão agora a ser extensamente sequenciadas. Contudo, uma das principais questões na medicina personalizada é a capacidade de utilizar esta informação genómica e traduzi-la em modelos preditivos ou testes genómicos que podem ser utilizados em clínicas numa base diária. No nosso trabalho anterior, demonstrámos que as mutações da linha germinal têm uma forte correlação com o resultado do paciente, que o cenário genético da linha germinal modula a tumorigenese e a recorrência e que este cenário é enriquecido em genes relacionados com o sistema imunitário que afectam directamente o TEMPO. No conjunto, os nossos resultados sugerem que os genomas da linha germinal, biomarcadores ou mesmo o perfil temporal podem ser utilizados tanto no prognóstico como no diagnóstico do cancro. Ao contrário da expressão genética, a informação genética da linha germinal pode ser obtida a partir de uma amostra simples e não-invasiva de sangue ou saliva. Nos protocolos actuais de cancro da mama, se as pacientes cumprirem os critérios, os médicos usam OncotypeDx para medir o risco de recidiva e/ou se as pacientes beneficiarão de tratamento quimioterápico adjuvante que leva a um ajuste óptimo por indivíduo. A partir de agora, os testes genéticos na linha germinal são pouco utilizados e estão normalmente centrados num pequeno painel de genes. Prevemos que os testes genéticos da linha germinal exótica inteira poderiam ser utilizados de forma semelhante ao OncotypeDx, o que proporcionaria melhorias para a medicina personalizada em áreas como a resposta aos medicamentos, o tratamento excessivo e, de um ponto de vista financeiro, os custos associados aos cuidados de saúde. Finalmente, a exposição do paciente a testes de diagnóstico invasivos desnecessários como a biopsia também poderia ser minimizada.

Outras vezes, a classificação TIME também proporciona uma nova abordagem para avaliar a classificação de risco do paciente e orientar tratamentos de imunoterapia. Uma caracterização completa da TIME também proporcionaria mais conhecimentos biológicos. Recentemente, os tratamentos celulares adoptivos, tais como a terapia celular CAR T, tornaram-se cada vez mais populares. Os tratamentos de imunoterapia mostraram que a reprogramação específica de leucócitos (tais como as células T) para atingir o CD19 permite ao sistema imunitário de um paciente detectar e combater as células cancerígenas. Ao contrário da quimioterapia, os efeitos secundários da imunoterapia são normalmente controláveis e não impedem a qualidade de vida. O efeito secundário mais grave da terapia celular CAR T é a síndrome de libertação de citocinas (ou tempestade de citocinas), em que os pacientes sofrem de hipotensão e falhas respiratórias causadas por um nível elevado de soro de citocinas. Felizmente, a síndrome de libertação de citocinas pode ser tratada e mesmo curada por Actemra (ou Tocilizumab), um novo medicamento aprovado pela FDA dos EUA. Actualmente, os tratamentos de imunoterapia são utilizados principalmente em cancros sanguíneos (por exemplo, leucemia linfoblástica aguda infantil, mieloma múltiplo, linfoma difuso de grandes células B, etc.). A terapia com células T CAR continua a ser um tratamento experimental em tumores sólidos, uma vez que o tratamento depende principalmente da infiltração de células T lideradas pela NK, que geralmente variam com base no TEMPO. Os enriquecimentos encontrados nos genes associados às células NK indicam potenciais novos alvos de imunoterapia. A transferência de células adoptivas utilizando células NK fornece uma nova estratégia para superar a infiltração tumoral. Além disso, em contraste com as células T, as células NK podem ser transferidas para um paciente se o doador possuir HLA semelhante. As células NK poderiam ser usadas de forma semelhante às células T para reprogramar ou reiniciar o sistema imunitário .

Em conclusão, os nossos resultados sugerem que os genomas germinais dos pacientes podem ser usados para avaliar o prognóstico ou o diagnóstico do cancro. Acreditamos que a utilização e aplicação da linha germinal no cancro representa uma mudança de paradigma e poderia levar a muitas aplicações novas e não invasivas em clínicas que levariam a uma melhor monitorização dos pacientes com cancro.

Financeiro & revelação de interesses concorrentes

Os autores não têm filiações relevantes ou envolvimento financeiro com qualquer organização ou entidade com interesse financeiro ou conflito financeiro com o assunto ou materiais discutidos no manuscrito. Isto inclui emprego, consultorias, honorários, propriedade de acções ou opções, testemunho de peritos, concessões ou patentes recebidas ou pendentes, ou royalties.

Não foi utilizada assistência escrita na produção deste manuscrito.

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