Whole-Transcriptome Profiling of FF Samples Reveals lncRNA Signatures Discriminating Gastric Cancer Stage

Kanker is vaak een verhaal van timing. Hoe sneller een arts een tumor kan identificeren en begrijpt hoe ver deze is uitgezaaid, hoe beter de overlevingskansen voor een patiënt zijn. Voor maagkanker vertrouwen artsen momenteel op een systeem genaamd TNM-stadiëring, dat de grootte van de tumor in kaart brengt en kijkt of deze naar nabijgelegen lymfeklieren is uitgezaaid. Dit systeem werkt goed om het verschil tussen een vroeg en een zeer laat stadium aan te geven, maar het heeft moeite met het middengebied. Patiënten met maagkanker in stadium II en stadium III zien er onder een microscoop vaak zeer vergelijkbaar uit en delen dezelfde klinische labels, toch kunnen hun uitkomsten enorm verschillen. De ene patiënt reageert goed op de behandeling, terwijl de ander snel achteruitgaat. Deze kloof suggereert dat de huidige kaart een cruciale laag aan detail mist. Om die te vinden, kijken wetenschappers verder dan de zichtbare cellen en in de moleculaire instructies die die cellen vertellen hoe ze zich moeten gedragen. Onder deze instructies bevinden zich lange niet-coderende RNA's, of lncRNA's. Dit zijn strengen genetisch materiaal die geen eiwitten bouwen zoals de bekende DNA-instructies dat doen. In plaats daarvan fungeren ze als regulatoren, die andere genen aan- of uitzetten, de architectuur van de cel vormgeven en sturen hoe een weefsel zich ontwikkelt of, in het geval van kanker, hoe het fout gaat.

Een team onderzoekers van de Xiamen University en de Fujian Medical University zette zich in om te zien of deze moleculaire regulatoren een duidelijkere lijn konden trekken tussen stadium II en stadium III van maagkanker. Ze werkten met 54 weefselmonsters die rechtstreeks van patiënten tijdens een operatie waren genomen. Deze monsters bevatten tumoren van beide stadia, gezond weefsel dat direct naast de tumor was genomen, en gezond weefsel van mensen zonder kanker. Omdat deze monsters 'fresh frozen' waren – wat betekent dat ze onmiddellijk na verwijdering werden bewaard om het genetische materiaal intact te houden – boden ze een zeldzaam en hoogwaardig inkijkje in de levende ziekte, hoewel ze ook technische uitdagingen met zich meebrachten vanwege de kwetsbaarheid van het genetische materiaal binnenin. De onderzoekers sequenceten het volledige transcriptoom van elk monster, wat betekent dat ze elk enkel actief genetisch bericht in de cellen hebben gelezen, waarbij zowel de eiwitbouwende berichten als de regulerende lncRNA's werden geteld.

Wat ze vonden, was een verhaal van een verschuivend evenwicht. Naarmate de ziekte overging van een gezonde staat naar een tumor, en vervolgens van een vroeger stadium naar een gevorderd stadium, veranderde de samenstelling van de genetische berichten in de cellen op een voorspelbare manier. De onderzoekers observeerden dat naarmate de kanker vorderde, de proportie eiwitbouwende berichten toenam, terwijl de proportie van de regulerende lncRNA's afnam. Het was alsof de cel het systeem overspoelde met productieorders, terwijl de managers die de operatie normaal gesproken in toom houden, werden uitgeschakeld. Deze verschuiving vond consistent plaats over de monsters heen, wat suggereert dat de aard van de genetische output van de cel verandert naarmate de kanker agressiever wordt.

Om deze complexiteit te begrijpen, gebruikten de onderzoekers computermodellen om patronen te vinden die de verschillende soorten weefsel van elkaar konden onderscheiden. Ze slaagden erin een model te bouwen dat het verschil tussen kankercellen en gezond weefsel met hoge nauwkeurigheid kon vaststellen, wat bevestigde dat de moleculaire veranderingen duidelijk genoeg waren om gedetecteerd te worden. De echte uitdaging was echter het onderscheiden van stadium II en stadium III tumoren, die veel moeilijker uit elkaar te houden zijn. Om dit op te lossen, ontwikkelden ze een nieuwe manier om de genetische signalen te meten. In plaats van alleen te tellen hoeveel van een specifiek bericht aanwezig was, vergeleken ze de hoeveelheid van een specifiek lncRNA met de hoeveelheid van een stabiel, altijd aanwezig referentiegen genaamd GAPDH. Deze ratio-gebaseerde aanpak fungeerde als een constante liniaal, waardoor ze veranderingen konden meten zelfs wanneer de totale hoeveelheid genetisch materiaal varieerde door de technische moeilijkheden van het werken met vers weefsel.

Met deze methode identificeerde het team een specifieke set van tien lncRNA's die fungeerden als een handtekening voor het stadium van de ziekte. Wanneer ze naar de ratio van deze tien berichten ten opzichte van het referentiegen keken, konden ze de stadium III tumoren duidelijk scheiden van de stadium II tumoren. Sommige van deze berichten waren al bekend als zijnde betrokken bij kanker. Zo werd bij één bericht, DUXAP10, vastgesteld dat het hoger was in de meer gevorderde stadium III tumoren, wat overeenkomt met de bekende rol ervan bij het helpen groeien en verspreiden van kankercellen. Een ander, MAGI2-AS3, nam eveneels toe in het latere stadium, consistent met de capaciteit om de veranderingen aan te drijven die cellen in staat stellen om nabijgelegen weefsels te infiltreren. Interessant genoeg vertoonde één bericht, LINC00261, een ander patroon dan verwacht op basis van eerdere studies, wat suggereert dat de rol ervan complexer of contextafhankelijker kan zijn dan voorheen begrepen.

De onderzoekers stopten niet bij slechts tien markers. Ze breidden hun zoektocht uit door naar de ratio's van vele lncRNA's tegenover vele verschillende eiwitbouwende berichten te kijken. Dit bredere perspectief, dat betrekking had op de top dertig van dergelijke ratio's, creëerde een nog duidelijker onderscheid tussen de twee stadia. Wanneer ze de data plotten, groepeerden de stadium II en stadium III monsters zich in duidelijke clusters, wat aantoonde dat deze uitgebreide set markers een breder beeld vastlegde van de moleculaire veranderingen die plaatsvonden terwijl de kanker vorderde. De studie suggereert dat deze relatieve metingen, in plaats van absolute tellingen, een robuustere manier bieden om de ziekte te begrijpen.

Hoewel de bevindingen veelbelovend zijn, benadrukken de onderzoekers voorzichtig dat dit werk een eerste stap is. De studie werd uitgevoerd op een relatief kleine groep patiënten uit een enkel ziekenhuis, en de resultaten zijn nog niet getest op een grotere, andere groep mensen. Het team beschikte ook niet over langetermijngegevens over hoe deze patiënten na de behandeling presteerden, dus zij kunnen nog niet met zekerheid zeggen of deze markers de overleving voorspellen. Desalniettemin vestigt dit werk een nieuw kader voor het kijken naar maagkanker. Het laat zien dat door te focussen op de balans tussen verschillende soorten genetische berichten, in plaats van alleen op hun totale volume, artsen op een dag een veel scherpere lijn kunnen trekken tussen de tussenliggende stadia van de ziekte. Dit zou kunnen leiden tot meer gepersonaliseerde behandelplannen, waardoor ervoor wordt gezorgd dat patiënten met agressievere vormen van de ziekte de juiste zorg op het juiste moment ontvangen.