Desentrañando la complejidad del cáncer con la verdadera plataforma Tapestri multiómica de Mission Bio
Crédito: W. Xiao et. Alabama. Blood Adv (2020) 4 (23)
En la medida en que la guerra contra el cáncer solía librarse mediante ataques quirúrgicos, guerra química y bombardeos nucleares, las batallas contra el cáncer de hoy y del mañana se libran mediante la guerra de la información. El tratamiento de los cánceres de la sangre, en particular, tiene una larga historia de uso de agentes alquilantes de ADN contundentes que apuntan indiscriminadamente a los glóbulos blancos que proliferan rápidamente, el primero de los cuales fue el gas mostaza. Quizás no sea sorprendente que muchos de los primeros tratamientos para los cánceres de la sangre también tenían la mala costumbre de causarlos.
Alfred Gilman (famoso por la proteína G del Nobel) y sus colegas de Yale fueron de los primeros en investigar los gases de mostaza de azufre para que el gobierno los usara como agentes de guerra química. Más tarde, Gilman realizó el primer ensayo clínico con mostaza nitrogenada en 1942 para el tratamiento del linfoma. No fue hasta el año siguiente, cuando el barco Liberty SS John Harvey fue atacado en el puerto italiano de Bari, liberando su reserva de 100 toneladas de gas mostaza sobre los desprevenidos habitantes locales, que las quimioterapias se pusieron firmemente en el mapa. Las autopsias de los expuestos revelaron que el daño medular profundo en lo profundo de sus huesos acompañó recuentos de glóbulos blancos extremadamente bajos.
Observadores proféticos dentro de esta misma era también se dieron cuenta de que los sobrevivientes de Hiroshima y Nagasaki, así como muchos radioterapeutas desprevenidos, tenían una tendencia creciente y reveladora a desarrollar leucemia mieloide aguda (LMA). En la AML, hay una rápida proliferación de precursores de células sanguíneas anormales que no logran diferenciarse completamente en células sanguíneas maduras y funcionales. A medida que envejecemos, la mayoría de nosotros acumulará un par de mutaciones en nuestro almacén fijo de células madre de la médula ósea que darán lugar a pequeñas poblaciones circunscritas de variantes genéticas únicas. Este proceso se llama hematopoyesis clonal. A medida que las mutaciones sucesivas (y, a veces, las translocaciones cromosómicas) se acumulan paso a paso en regiones del genoma críticas para el crecimiento o la diferenciación de una célula, los problemas eventualmente se materializarán.
Esto es exactamente lo que le sucedió a un hombre lo suficientemente desafortunado como para presentar tres mutaciones condenatorias de células sanguíneas, piezas adicionales de cromosomas 8 y 21 alterados, y un caso claro de AML. Su lucha y su caso excepcional se informaron recientemente en la revista Blood Advances. Aunque este hombre finalmente no sobrevivió, los detalles de su caso permiten una mejor comprensión de la historia de vida de muchos tipos de cáncer y ofrecen una visión fascinante de los nuevos e increíbles instrumentos que ahora pueden rastrear completamente la evolución completa de la enfermedad en un solo lugar. -nivel celular.
Las mutaciones iniciales descubiertas fueron DNMT3-AR882H, RUNX1-D198N e IDH1-R132C. La primera variante de un solo nucleótido es uno de los impulsores más comunes de la hematopoyesis clonal que se encuentra en la LMA; confiere resistencia a la mayoría de las quimioterapias y un pronóstico desalentador. DNMT3A es una ADN metiltransferasa que agrega marcas de metilación de citosina de novo en las regiones promotoras de muchos genes para controlar su expresión. Esto contrasta con la acción de las llamadas metiltransferasas de mantenimiento como DNMT1, que duplican las marcas de metilación hereditarias existentes de una hebra en su pareja.
La variante del factor de transcripción RUNX1 puede resultar de más de 50 translocaciones cromosómicas conocidas y podría estar relacionada con el cariotipo +8, +21 del paciente. Se administraron al paciente dos inhibidores de la topoisomerasa para paralizar las células en proliferación evitando la reparación de roturas de doble cadena. La variante IDH1 (isocitrato deshidrogenasa) da como resultado una sobreproducción de hidroxiglutarato y la subsiguiente detención de la diferenciación celular.
La última variante indicada presentó una oportunidad para restaurar la diferenciación normal de las células sanguíneas apropiadas al atacar IDH1 con inhibidores enzimáticos. Por lo tanto, al paciente se le administró adicionalmente un inhibidor experimental (FT-2102) como parte de un ensayo clínico. La biopsia de médula ósea en este punto reveló que se había desenmascarado una pequeña población de clones variantes de JAK2-V617F. Posteriormente se administró un segundo inhibidor de IDH1 (ivosidenib); sin embargo, esta vez, la subpoblación incipiente de JAK2 ascendió rápidamente a dominancia clonal y el paciente desarrolló posteriormente policitemia vera (PV). Esto precipitó la necesidad de administrar ruxolitinib, un inhibidor de JAK2.
Toda la arquitectura clonal se presenta claramente en el llamado ‘gráfico de peces’ anterior. Aunque las tramas de peces más complicadas a veces se parecen más a las creaciones artísticas de tarros de arena populares en la década de 1970, aquí es evidente cómo la administración de ivosidenib resultó en la explosión de la población clonal de JAK2 que previamente estaba hirviendo. El instrumento que hace posible este tipo de análisis detallado es la plataforma multiómica de una sola célula Tapestri fabricada por Mission Bio. En la actualidad, Mission Bio es la única empresa que puede analizar el genotipo y el fenotipo de la misma célula individual simultáneamente para detectar biomarcadores que señalen la resistencia al cáncer y predigan la recaída. Aunque los métodos tradicionales de secuenciación masiva y citometría de flujo pueden proporcionar algunos detalles sobre la presencia de biomarcadores, estos métodos no pueden determinar con precisión el tamaño clonal, la diversidad, el orden mutacional o distinguir qué mutaciones ocurren dentro de los mismos clones. Tampoco pueden combinar la información del genotipo con el tipo celular o la información del estado celular adquirida a partir de marcadores de proteínas.
La plataforma Tapestri combina la expresión de proteínas de la superficie celular con el análisis mutacional de una sola célula para mapear el genotipo somático y la arquitectura clonal con el inmunofenotipo. Este tipo de análisis es fundamental para determinar la patogénesis subyacente de la transformación mieloide y, por lo tanto, determinar las contramedidas adecuadas para detener la progresión de la enfermedad. Por ejemplo, mediante el uso de un panel personalizado de 109 amplicones que cubría 31 de los genes mutados con mayor frecuencia en las neoplasias malignas mieloides, los investigadores descubrieron que la AML a menudo se presenta con solo una pequeña cantidad de clones dominantes que albergan mutaciones concurrentes en los reguladores epigenéticos.
En pocas palabras, el flujo de trabajo de Tapestri comienza con la aplicación de anticuerpos etiquetados con oligonucleótidos complementarios para seleccionar inicialmente las proteínas marcadoras de la superficie celular deseadas. La magia comienza cuando los lisados celulares encapsulados se combinan con materias primas de PCR y códigos de barras únicos dentro de reactores de gotas especiales. Los códigos de barras codifican simultáneamente tanto la identidad de la célula (o el estado de la célula) como las SNV y CNV particulares (variantes de un solo nucleótido y variantes del número de copias) asociadas con esa célula. Después de los pasos de amplificación de las bibliotecas de ADN y proteínas, se realiza la secuenciación de próxima generación.
En el caso mencionado anteriormente, la inhibición de IDH1 promovió inadvertidamente un presunto clon de JAK2 subumbral subyacente a la dominancia. La LMA también puede involucrar mutaciones secundarias de IDH1, e incluso variantes de IDH2, que restaurarán la sobreproducción de hidroxiglutarato y, posteriormente, detendrán la diferenciación adecuada de las células sanguíneas. En casos complicados de recaída policlonal en los que múltiples variantes de la enfermedad pueden ser atacadas de forma independiente y dinámica, Tapestri proporciona una lectura mucho más clara que la secuenciación masiva de próxima generación para identificar los clones correctos. En la imagen a continuación, los experimentos de una sola célula rastrean la evolución clonal completa y la recaída clínica en pacientes individuales que albergan varias mutaciones impulsoras de AML adicionales comunes, incluidas NPM1, FLT3-TKD y NRAS.
Crédito: S. Chou et. Alabama. Blood Advances, mayo de 2020
Las líneas de células tumorales in vitro y los modelos de ratones singénicos o humanizados in vivo se han convertido en herramientas esenciales para comprender los cánceres y crear nuevas terapias. La edición de genes CRISPR-Cas9 ha transformado nuestra capacidad para generar e interrogar rápidamente el papel de las mutaciones somáticas en estos modelos. Tapestri se ha convertido en una importante herramienta de validación para la detección de modificaciones dentro y fuera del objetivo en células individuales para descifrar los efectos de los experimentos de edición de genes multiplex CRISPR. El sitio web de Mission Bio tiene varias notas de aplicación para la optimización de productos de terapia celular y génica y pruebas de liberación de fabricación. También tienen una práctica herramienta de diseño, Tapestri Designer, para crear paneles personalizados para usar con Tapestri Platform.
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Los investigadores construyen el primer modelo de progresión de la leucemia mieloide aguda usando CRISPR Más información: Wenbin Xiao et al. Un clon de NMP con mutación JAK2/IDH1 desenmascarado por ivosidenib en un paciente con AML sin antecedentes de NMP, Blood Advances (2020). DOI: 10.1182/bloodadvances.2020003326
2021 Science X Network
Cita: Desenredando la complejidad del cáncer con la verdadera plataforma Tapestri multiómica de Mission Bio (22 de febrero de 2021) consultado el 30 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/2021-02-untangling-cancer-complexity-mission-bio.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.