Faire progresser la recherche sur le cancer grâce au séquençage de l'exome complet

Bien que les exons ne constituent qu'environ 1-2 % du génome humain, ils abritent un impressionnant 85 % des mutations connues responsables de maladies, avec des recherches en cours sur des mutations liées à des maladies encore non découvertes. Émergeant comme un outil puissant, Séquençage de l'exome entier (WES) se concentre sur ces régions exoniques et les segments génétiques voisins. Il utilise le séquençage de deuxième génération pour déchiffrer les séquences génétiques, fusionnant les résultats avec des bases de données d'exons et des techniques de biobanque pour éclairer les liens entre les mutations et les maladies. Fait remarquable, le WES atteint des profondeurs de séquençage dépassant 100X, ce qui en fait une voie extraordinairement efficace pour découvrir des informations sur les maladies humaines.

À l'heure actuelle, la technologie WES a pénétré des domaines allant des troubles monogéniques, des maladies complexes et, notamment, de la recherche sur le cancer—un domaine d'une complexité et d'une importance primordiales. Parmi ces efforts, la recherche sur le cancer se distingue comme une entreprise ardente, luttant contre une complexité sans pareille et une urgence universelle. CD Genomics se positionne comme un pionnier, offrant des services de séquençage et d'analyse de biosignatures innovants adaptés à l'étude des exons tumoraux via WES et les méthodologies de biosignature. Cela garantit une approche plus efficace, complète et approfondie des investigations axées sur les tumeurs.

Caractéristiques de mutation éclairantes

Le parcours évolutif du cancer se divise en trois étapes clés : le développement précancéreux, la genèse du cancer et la différenciation tumorale. Au cours de ces étapes, des mutations s'accumulent selon des schémas divers, engendrant des fréquences mutationnelles distinctes à des bases individuelles. Ce phénomène donne naissance à des profils de mutation uniques pour chaque étape. L'examen de ces caractéristiques distinctives promet des perspectives sur les modes de développement tumoral — linéaire ou ramifié — fournissant des orientations précieuses pour les interventions thérapeutiques.

Le paysage de la caractérisation des mutations traverse quatre catégories selon les types de mutations : Substitution de Base Unique (SBS), Substitution de Base Double (DBS), Insertion et Suppression de Petits Fragments (ID), et Insertion et Suppression de Grands Fragments (CN). La SBS englobe les mutations au niveau d'une seule base, totalisant 96 types de mutations lors de l'analyse par permutation et combinaison. La base de données COSMIC, un référentiel des mutations cancéreuses, compte 78 signatures de mutations de génomes tumoraux SBS, illustrant l'ampleur de la variation génétique au sein des cellules cancéreuses.

De plus, la caractérisation des mutations s'avère essentielle pour examiner des échantillons limités comme les organoïdes (PDOs). Les chercheurs conçoivent un organoïde de cancer gastrique pour des tests de médicaments. Avant de procéder à de tels tests, il est primordial de confirmer que l'organoïde correspond aux caractéristiques de la tumeur primaire. WES évalue deux échantillons de tumeur, juxtaposant les profils de mutations de la tumeur primaire et des organoïdes. Fait remarquable, bien que les tendances générales des types de mutations SBS s'alignent, la correspondance concluante nécessite des analyses supplémentaires, soulignant les étapes minutieuses entreprises pour vérifier la cohérence entre les PDO et la tumeur primaire.

Analyse de la Charge Mutationale Tumorale (TMB)

La charge mutationnelle tumorale (TMB), une mesure désignant le nombre de mutations somatiques par mégabase (MB) de la séquence de transcript la plus longue, subit des fluctuations selon les différents types de tumeurs. Cette dimension analytique promet de révolutionner la précision prédictive des résultats en immunothérapie et constitue un puissant catalyseur pour élargir le paysage des patients éligibles aux thérapies par inhibiteurs de points de contrôle immunitaire (ICI). Notamment, des études mettent en lumière son rôle essentiel dans la prédiction de l'efficacité immunothérapeutique dans les cancers du poumon, du foie, colorectal, de la vessie et le mélanome. Une TMB élevée pourrait stimuler la génération d'une abondance de néoantigènes, augmentant la probabilité de reconnaissance par les cellules T—un facteur crucial pour rendre les tumeurs sensibles à l'immunothérapie. Cela souligne sa corrélation clinique essentielle avec les inhibiteurs de points de contrôle immunitaire (ICI).

Pourtant, le panorama scientifique actuel révèle que bien que le TMB se présente comme un biomarqueur prometteur pour l'immunothérapie dans les tumeurs solides, un consensus unanime sur le seuil optimal de TMB pour les différentes malignités solides demeure insaisissable. Ce puzzle complexe prend une dimension supplémentaire avec la reconnaissance que la définition précise des seuils idéaux de TMB a le potentiel d'orchestrer une métamorphose spectaculaire dans l'efficacité des traitements par inhibiteurs de points de contrôle immunitaire (ICI), en particulier pour les patients atteints de cancer du poumon non à petites cellules (NSCLC).

Prenons, par exemple, le travail de Biagio Ricciuti et al., qui ont exploré la corrélation complexe entre des niveaux élevés de TMB et l'efficacité de l'immunothérapie dans le cadre des interactions de mort cellulaire programmée cliniquement (PD-1/PD-L1) chez les patients atteints de NSCLC. Leur enquête a montré qu'en contraste avec le groupe à TMB faible, le groupe à TMB élevé parmi le sous-ensemble exprimant PD-1/PD-L1 traité par inhibition de PD-1/PD-L1 a connu une augmentation notable des taux d'efficacité et des résultats de survie. Le signe distinctif de cette augmentation était accompagné d'une infiltration accrue de cellules T CD8+, accompagnée d'un profil d'expression génique distinctif indicatif d'une réponse immunitaire active.

Les données proviennent de patients de la cohorte de l'Institut de cancer Dana-Farber, comprenant 384 patients avec une faible charge mutationnelle tumorale.
(TMB) et 44 patients avec un TMB élevé. (Ricciuti et al., 2022)

Perte d'hétérozygotie (LOH) par analyse WES

La perte d'hétérozygotie (LOH) encapsule un phénomène profond où des loci génomiques qui présentent traditionnellement de l'hétérozygotie dans les tissus normaux subissent une transformation au sein des tissus tumoraux. Cette transformation implique la conversion de certains loci hétérozygotes en un état d'homogénéité. Les mécanismes sous-jacents à ce changement incluent des altérations dans les nombres de copies chromosomiques, des substitutions géniques, la recombinaison des cellules somatiques et la non-disjonction mitotique. Le résultat de ce processus transformateur est appelé délétion hétérozygote—un événement clé avec une forte affiliation aux gènes suppresseurs de tumeurs (par exemple, TP53). Cette délétion limite le potentiel de développement de tumeurs malignes lorsque les deux allèles sont intacts. Cependant, lorsque l'un des allèles subit une aberration substantielle, l'autre allèle succombe à un état inactif en raison de la délétion, effaçant ainsi son rôle inhibiteur. Par la suite, la transformation cellulaire en un état cancéreux s'ensuit.

L'immense potentiel de Séquençage de l'exome entier (WES) brille brillamment dans le contexte de l'analyse de LOH. En exploitant les données de WES, on peut discerner des régions au sein de la tumeur affichant des LOH. Simultanément, l'approche met en évidence des sites de mutation de variation de nucléotide unique (SNV) au sein de ces régions de LOH tout en fournissant des annotations essentielles sur les attributs oncogéniques. Une exploration complète de LOH non seulement déterre de nouveaux oncogènes induits par LOH, mais éclaire également le paysage complexe de la tumorigenèse.

Au-delà de son impact en tant que marqueur complet, la LOH fonctionne comme un traducteur complexe, transmettant les événements de LOH au sein des cellules cancéreuses en signaux d'activation puissants pour les cellules immunitaires. Cet aspect ouvre des portes à des avenues innovantes en immunothérapie. Les indices dérivés de la LOH pourraient potentiellement orienter les stratégies immunothérapeutiques, mettant en lumière ces événements cruciaux et les rendant sensibles aux interventions immunitaires ciblées.

Distribution de gLOH dans LMS. (Seligson et al., 2022)

Références :

1. Ricciuti, Biagio, et al."Association d'un fort fardeau mutationnel tumoral dans les cancers du poumon non à petites cellules avec une infiltration immunitaire accrue et de meilleurs résultats cliniques du blocage de PD-L1 à travers les niveaux d'expression de PD-L1." JAMA oncologie 8.8 (2022) : 1160-1168.
2. Seligson, Nathan D., et al."Les facteurs de perte d'hétérozygotie génomique dans le léiomyosarcome sont distincts de ceux des carcinomes." NPJ Oncologie de Précision 6.1 (2022) : 29.