Il nuovo metodo di biopsia liquida deduce l’espressione dell’RNA dall’analisi della frammentazione del DNA

NEW YORK – I ricercatori della Stanford University hanno sviluppato un nuovo metodo di Rilevare il cancro dal DNA tumorale circolante (ctDNA) che combina l’analisi della frammentazione del DNA con il sequenziamento profondo per dedurre i profili di espressione dell’RNA delle cellule tumorali.

La capacità di prevedere l’espressione dell’RNA dal ctDNA è la prima per il rilevamento del cancro nel sangue e ha un potenziale per la diagnosi, la prognosi e la guida alla terapia, hanno affermato i ricercatori.

Gli esami del sangue in grado di rilevare i tumori promettono di inaugurare una nuova era di screening del cancro che è veloce, economico e non invasivo. Molti test disponibili oggi sono progettati per identificare frammenti di DNA che contengono mutazioni caratteristiche di specifici tipi di cancro, come i geni BRCA1/2 in pazienti con cancro ovarico, per esempio. Mentre i test mostrano molte promesse nella diagnosi precoce, rimangono dei limiti nella sensibilità.

I critici si affrettano a sottolineare che i test potrebbero non rilevare il DNA circolante in piccole quantità, come spesso accade nei tumori allo stadio iniziale. Inoltre, il rilevamento delle mutazioni può essere incostante poiché non tutti i pazienti hanno le classiche caratteristiche delle firme genetiche di alcuni tipi di cancro. Inoltre, le mutazioni possono essere condivise tra vari tumori, il che rende difficile determinare l’esatta origine tissutale del tumore.

Ma ora, un approccio alternativo sta guadagnando slancio. Molti ricercatori hanno scoperto che l’analisi del modello delle dimensioni dei frammenti di DNA nel sangue consente loro di rilevare i tumori e la loro posizione. Più recentemente, in uno studio pubblicato la scorsa settimana in Biotecnologie della naturai ricercatori di Stanford hanno dimostrato che la dimensione del frammento di DNA libero da cellule (cfDNA) era sufficiente per predire l’espressione dell’RNA indicativa del cancro.

Il nuovo metodo di biopsia del liquido frammentato, chiamato EPIC-seq (epigenetic expression inference from cell-free DNA sequencing), si basa sull’entropia della frammentazione del promotore per predire l’espressione dell’RNA tissutale dal cfDNA ed è stato in grado di rilevare sottotipi di tumori del polmone e del sangue con alta sensibilità .

“La maggior parte dei metodi di biopsia liquida si sono concentrati sulla rilevazione di mutazioni genetiche o anomalie cromosomiche nel flusso sanguigno”, ha affermato Ash Alizadeh, autore principale e professore di medicina alla Stanford University. Ma secondo lui, “quelli possono solo portarti così lontano”.

Ricerca precedente ha dimostrato che le dimensioni dei frammenti del DNA fluttuante nel sangue trasportano informazioni sul loro tessuto di origine. Ogni tessuto ha un modello caratteristico del posizionamento del nucleosoma lungo la lunghezza del cromosoma che è direttamente correlato alla dimensione del frammento di DNA che viene rilasciato dalla cellula durante la morte cellulare. Secondo Alizadeh, studi precedenti hanno dimostrato che le lunghezze di questi frammenti di DNA possono essere utilizzate per dedurre il tessuto da cui provengono i frammenti.

Nel loro studio, Alizadeh e il suo team hanno voluto vedere se i frammenti potessero dire loro qualcosa sull’espressione genica. Tali informazioni potrebbero essere utilizzate per identificare il cancro o altre anomalie nell’attività genica nelle cellule malate. Determinare la trascrizione dell’RNA nel tumore è qualcosa che finora è stato impossibile senza il campionamento diretto.

I ricercatori hanno descritto per la prima volta EPIC-seq alla riunione annuale dell’Associazione americana per la ricerca sul cancro nel 2020, osservando come può essere utilizzato per analizzare i modelli dei frammenti di DNA per determinare quali geni vengono espressi. Quelli che vengono trascritti attivamente tendono ad avere una serie di frammenti di lunghezza diversa.

Nel nuovo studio, il team ha progettato un pannello EPIC-seq per consentire il rilevamento e la sottotipizzazione di due tumori comuni, il carcinoma polmonare non a piccole cellule (NSCLC) e il linfoma diffuso a grandi cellule B. Hanno profilato più di 300 campioni di pazienti e controlli. Utilizzando tecniche di apprendimento automatico, sono stati in grado di raggiungere un’area sotto la curva caratteristica dell’operatore ricevente (AUC) di circa 0,9 per ogni tipo di cancro. “Siamo rimasti colpiti dalla straordinaria correlazione”, ha detto Alizadeh.

I ricercatori hanno definito questo approccio “entropia della frammentazione del promotore (PFE)” e lo hanno annunciato come una nuova metrica per dedurre i livelli di espressione dell’RNA nella cellula attraverso il DNA circolante.

“Ottenere i livelli di espressione dell’RNA senza guardare l’RNA è impressionante” e una pietra miliare, ha affermato Ryan Morin, uno scienziato del cancro genomico presso la Simon Fraser University nella Columbia Britannica che non è stato coinvolto nello studio. “È difficile ottenere RNA di qualità dal tumore, ma PFE significa che questo non è più un problema”.

In un commento di accompagnamento in Biotecnologie della naturaPeiyong Jiang e Dennis Lo, ricercatori sul cancro presso l’Università cinese di Hong Kong, hanno affermato che “si aggiunge al nostro armamentario” e che “aumenterà gli sforzi attuali nello sviluppo di biomarcatori non invasivi per il rilevamento e il monitoraggio del cancro”.

Morin è entusiasta della prospettiva di usarlo per il monitoraggio del cancro nei pazienti che stanno ricevendo un trattamento. Ha affermato che il rilevamento di nuove mutazioni emergenti nei geni del cancro potrebbe consentire agli oncologi di adattare i trattamenti della medicina di precisione per adattarli alla progressione del tumore in evoluzione senza dover ripetere la biopsia del tessuto, che può essere una procedura potenzialmente pericolosa. “Vedo questa come una tecnologia che può essere utilizzata per colmare le lacune della cura del cancro in cui non possiamo ottenere un buon campione di tumore, quando non è sicuro eseguire la biopsia o dobbiamo ripetere la biopsia”, ha affermato.

Oltre a rilevare la presenza del cancro, i ricercatori hanno anche dimostrato che può distinguere tra sottotipi di cancro. Si sono concentrati su 69 geni che erano espressi in modo differenziale tra NSCLC e carcinoma a cellule squamose.

Alcuni avvertimenti dell’approccio sono che la sensibilità diminuisce con i tumori in fase iniziale. Inoltre, la sua capacità di dedurre i modelli di trascrizione dell’RNA è ancora sconosciuta e quindi la sua capacità di dedurre il tipo di cancro in pazienti con diagnosi sconosciute è attualmente poco chiara. Intermedio, l’approccio suscita speranza in molti ricercatori, e non solo nel campo del cancro.

Golnaz Vahedi, professore di genetica alla Perelman School of Medicine dell’Università della Pennsylvania, è entusiasta di utilizzare questo approccio anche in altre aree patologiche, come le malattie autoimmuni. “Questo studio mostra che l’epigenetica e la cromatina sono un riflesso di eventi specifici della malattia nelle cellule”, ha detto, aggiungendo che pensa che la tecnica potrebbe avere applicazioni di vasta portata e “cattura in modo molto elegante le firme della malattia dal DNA circolante”.

Gli autori dello studio sono anche interessati ad esplorare altre applicazioni. Alizadeh pensa che l’approccio potrebbe essere utilizzato per monitorare gli effetti collaterali tossici del trattamento del cancro come le tossicità nel cuore e in altri organi. Spera che l’approccio possa vedere danni agli organi prima che emergano i sintomi. I ricercatori sperano anche di espandere il metodo ad altri tumori come il seno e il colon e testare se è in grado di rilevare l’evoluzione del cancro nel tempo, come lo sviluppo di nuove mutazioni e la resistenza ai farmaci.

“L’idea chiave è che abbiamo dimostrato che possiamo predire l’RNA dal DNA. Ed è una specie di magia che possa funzionare. Siamo piuttosto entusiasti di metterlo in uso, non solo nel cancro ma anche in altre aree”, ha disse Alizadeh.

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