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AtualizadoTer, 07 Abr 2020 3pm

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Análise de câncer de genomas inteiros

DNA 2017 NET OKArtigo de Campbell, P.J. et al publicado na Nature descreve os resultados das análises integrativas de 2.658 genomas inteiros de câncer e seus tecidos normais correspondentes em 38 tipos diferentes de tumores do Consórcio Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes (PCAWG), do International Cancer Genome Consortium (ICGC) e do The Cancer Genome Atlas (TCGA).

Agora, a mais abrangente análise genômica já realizada na documentação do câncer traz achados fundamentais. O oncologista André Murad, diretor científico do Grupo Brasileiro de Oncologia de Precisão (GBOP), sintetiza o estudo e destaca o significado dessa contribuição. “O câncer é uma doença do genoma e até recentemente as pesquisas sobre o genoma do câncer eram focadas em genes codificadores de proteínas, que juntos representam apenas 1% do genoma”, explica Murad.

Os dados do PCAWG, considerados sem precedentes na literatura, fornecem um retrato amplo e abrangente das mutações relacionadas ao câncer. “Uma coleção de artigos do Consórcio PCAWG descreve mutações não codificadoras que direcionam o câncer para além do promotor TERT; identifica novas assinaturas de processos que causam substituições de bases, pequenas inserções, deleções e variações estruturais; analisa tempos e padrões de evolução do tumor; descreve as diversas consequências transcricionais da mutação somática no splicing, níveis de expressão, genes de fusão e atividade promotora, enfim, avalia uma variedade de características dos genomas do câncer”, descreve o artigo, disponível em acesso aberto.

“O gigantesco esforço do Consórcio PCAWG envolveu a colaboração de mais de 1300 cientistas e clínicos de 37 países, resultando em 23 artigos científicos revisados ​​por pares publicados simultaneamente na Nature e em seus periódicos afiliados”, destaca Murad, que comenta a seguir alguns dos principais achados do Consórcio PCAWG:

Comentários

André Murad, diretor científico do Grupo Brasileiro de Oncologia de Precisão (GBOP), discute a seguir o artigo de Campbell, P.J. et al (2020). Pan-cancer analysis of whole genomes. Nature, 578(7793), 82–93. doi:10.1038/s41586-020-1969-6.

Um sumário dos dados obtidos: 

- Cerca de cinco mutações alvo foram identificadas em cada genoma do câncer (5% não tinham mutações alvo ou direcionadoras).

- Verificou-se que a maioria das mutações direcionadoras está na região de codificação do genoma.

- Um "relógio molecular" pode determinar quais mutações ocorreram no início da evolução do câncer.

- Os padrões de mutações genéticas podem ajudar a determinar o tipo de câncer (o que pode ajudar quando um clínico se depara com uma classificação de carcinoma de origem primária desconhecida).

A ampla disponibilidade do conjunto de dados do PCAWG e sua qualidade certamente estimularão uma onda de novas ideias e conceitos de desenvolvimento metodológico. Por exemplo, o trabalho sobre relógios moleculares, no qual os pesquisadores analisaram se as mutações ocorrem mais cedo ou mais tarde, poderia ser útil no diagnóstico precoce do câncer ou em estratégias de prevenção.

As descobertas do grupo sugerem que mutações direcionadoras podem ocorrer anos antes do diagnóstico do câncer, o que tem implicações na detecção precoce e no desenvolvimento de biomarcadores. No entanto, eles também observam que, embora as análises inferenciais, como as realizadas pelo PCAWG, possam expandir os estudos de sequenciamento e fornecer uma compreensão mais profunda do câncer, elas geralmente são associadas a um maior grau de incerteza.

Há cerca de 14 anos, a comunidade genômica sequenciou seu primeiro exoma de câncer e foi capaz de identificar mutações em cerca de 20.000 genes codificadores de proteínas na célula humana. E nos 10 anos seguintes, sequenciou quase 20.000 distintos exomas de câncer. Mas o leque de sequências que emergiu do sequenciamento completo do exoma representou apenas 1% do genoma, ainda que represente grande avanço no entendimento sobre a biologia do câncer e no tratamento de precisão através de terapia alvo. Na verdade, montar um retrato preciso do genoma do câncer usando apenas os dados do exoma é como montar um quebra-cabeças de 100.000 peças quando faltam 99% das peças e não há uma caixa com a imagem completa para servir de guia.

O PCAWG foi desenvolvido com base no trabalho do International Cancer Genome Consortium (ICGC) e do Cancer Genome Atlas, projetos de sequenciamento para analisar uniformemente mais de 2500 genomas de câncer total - 100% do genoma do câncer. Os pesquisadores do PCAWG divulgaram todos os dados brutos, processados ​​e interpretados para a comunidade de pesquisa como um conjunto herdado de dados, mas   que continuará fornecendo informações importantes nos próximos anos.

A Análise Pan-Cancer

Para a análise pan-cancer, os dados da sequência do genoma inteiro estão disponíveis para 2605 tumores primários e 173 metástases ou recorrências locais, que correspondem a 2658 genomas do câncer com tecidos normais correspondentes. Após um alinhamento com o genoma humano, os dados foram analisados ​​quanto a mutações usando três compartimentos: variantes somáticas de nucleotídeo único (SNVs); pequenas inserções e deleções (indels); e alterações no número de cópias e variantes estruturais (SVs), que são rearranjos de grandes porções do DNA.

A catalogação identificou cerca de 43 milhões de SNVs somáticos, mais de 400.000 variantes multinucleares somáticas, mais de 2,4 milhões de indels somáticos, perto de 290.000 SVs somáticos, cerca de 19.000 eventos de retrotransposição somática e cerca de 8000 mutações de DNA mitocondrial. A análise relatou considerável heterogeneidade na carga de mutações somáticas entre os pacientes, bem como nos tipos de tumor.

A catalogação e compreensão das mutações dos genes direcionadores (drivers) tem sido um dos principais objetivos da comunidade de pesquisa de câncer nas últimas duas décadas e, embora haja um número limitado de mutações direcionadoras, existem milhares ou dezenas de milhares de combinações desses genes e de suas variantes.

Os pesquisadores identificaram que 91% dos cânceres tinham pelo menos uma mutação direcionadora identificável; a média foi de 4,6 por câncer. Nenhuma variante direcionadora foi relatada para aproximadamente 5% dos cânceres. Entre os tipos de tumor, os SVs de potenciais alvos foram mais prevalentes em adenocarcinomas de mama e ovário. As mutações pontuais tiveram papel importante nos adenocarcinomas colorretais e nos linfomas de células B. Muitas mutações alvo associadas a supressores de tumor foram eventos de inativação de dois alelos: em 77% das mutações no TP53, ambos os alelos foram mutados. Não foram observadas mutações alvo em uma alta proporção de pacientes com carcinoma de células renais cromofóbicas e câncer neuroendócrino pancreático, tumores com considerável aneuploidia cromossômica. Deve-se ressaltar que certas combinações de ganhos e perdas de cromossomos inteiros podem ser suficientes para iniciar um câncer na ausência de eventos direcionadores mais específicos.

Como explicar resultados terapêuticos distintos em pacientes cujos tumores apresentam mutações alvo idênticas? Na diferença entre o genoma de câncer, que é distinto entre as pessoas - milhares de combinações diferentes de mutações podem causar o câncer e mais de 80 processos subjacentes diferentes, levando a padrões distintos no genoma de forma global e inter-relacionada.

O conhecimento dos padrões de mutações e de quais genes eles afetam pode ajudar a identificar qual tipo de câncer o paciente provavelmente terá, algo que é útil em 5% dos que recebem um diagnóstico inicial de carcinoma de origem desconhecida, que ferramentas normais não conseguem detectar. Análises detalhadas de assinaturas mutacionais e variantes estruturais somáticas em todo o catálogo de mutações são detalhadas em dois artigos anexos.

Mutações em regiões não codificadoras

Na análise de mutações alvo somáticas não codificantes, os pesquisadores do PCAWG identificaram as mesmas variantes não codificantes relatadas anteriormente, como os RNAs longos não codificantes NEAT1 e MALAT1, mas também revelaram novos. Eles encontraram mutações pontuais de sítio único no promotor TERT, os quais foram associados a uma expressão TERT mais elevada. Mutações somáticas foram encontradas no promotor e/ou 5ꞌ UTR (região não traduzida) do MTG2 (codificação para GTPase) e no 3ꞌUTR do TOB1 (importante na regulação de genes), NFKBIZ e ALB. O TOB1 tem implicações nos cânceres de estômago e mama, códigos MTG2 para uma GTPase e códigos NRKBIZ para um fator transcricional. Mutações nas regiões não codificantes dessas regiões estão associadas à diminuição ou aumento da expressão associada à tumorigênese. Nos casos em que foram relatadas mutações do promotor para o TP53, não houve mutações adicionais na região codificante, sugerindo pela primeira vez uma inativação poderosa do TP53 de mutações não codificantes.

Os pesquisadores também relataram novas mutações estruturais variantes candidatas a direcionadoras da oncogênese, como rearranjos envolvendo os genes AKR1C e BRD4. No entanto, alvos não codificados foram considerados eventos raros.

Relógios Moleculares

Os pesquisadores também abordaram se os eventos ocorreram cedo ou tarde na evolução do câncer. O conceito de relógios moleculares foi obtido determinando-se se as mutações eram clonais (ocorrendo em todos os clones do câncer) ou subclonais (ocorrendo em uma fração dos clones do câncer), com eventos clonais ocorrendo antes dos subclonais. Das 47 milhões de mutações pontuais em 2583 amostras únicas, os pesquisadores observaram que 22% eram eventos clonais precoces; 7%, clonal tardio; 53%, clonal não especificado; e 17%, subclonal.

Em um painel de 453 genes direcionadores de câncer, eles identificaram 5913 mutações pontuais oncogênicas, das quais 29% foram clonais precoces, 5% clonais tardias, 56% clonais não especificados e 8% subclonais. Mutações direcionadoras em KRAS, TP53 e PIK3CA e mutações alvo não codificantes em TERT foram consideradas eventos precoces na evolução dos cânceres. Além disso, 50% dos drivers iniciais foram observados em nove genes; 50% das mutações tardias e subclonais foram observadas em até 35 genes. De fato, os pesquisadores observaram que a assinatura mutacional muda ao longo do tempo em 40% dos tumores.

Qual a aplicabilidade destas informações na prática oncológica?

O Pan-Cancer Project fornece o roteiro de como os genomas devem ser coletados e analisados, além de fornecer estratégias padronizadas para analisar os genomas e apresentá-los de maneira unificada, o que permite que dados de vários centros sejam analisados com alta qualidade. Com a maior capacidade de se identificar quais vias e genes são alterados em um câncer específico, abre-se agora caminho para diagnosticar com mais precisão alterações que ocorrem no tumor do paciente, identificando -se a via desregulada para uma melhor decisão terapêutica, com a expectativa de uma intervenção mais efetiva e menos tóxica.

Por exemplo, mutações no KRAS podem ser tratadas (e já são tratadas) com medicamentos direcionados ao KRAS, mas as novas informações sobre mutações na região de codificação da proteína KRAS ou rearranjos de amplificação e estrutura no KRAS sugerem que os tumores com esses defeitos também podem ser tratados com o mesmo medicamento.

Antes destas novas e importantes informações, avaliando apenas o sequenciamento do exoma, estaríamos no escuro no entendimento molecular de cerca de um terço de nossos pacientes.

Para integrar os dados fornecidos com as melhores decisões terapêuticas, o ICGC ARGO lançou um novo projeto que pretende coletar informações de 100.000 pacientes com câncer em ensaios clínicos. Os resultados obtidos, correlacionados com dados genômicos e desfechos clínicos, vão embasar a construção de sistemas de inteligência artificial com o objetivo de ajudar o clínico na tomada de decisão terapêutica.

No entanto, eles também observam que, embora as análises inferenciais, como as realizadas pelo PCAWG, contribuam para expandir os estudos de sequenciamento e fornecer uma compreensão mais profunda do câncer, elas geralmente são associadas a um maior grau de incerteza.

Há cerca de 14 anos, a comunidade genômica sequenciou seu primeiro exoma de câncer e foi capaz de identificar mutações em cerca de 20.000 genes codificadores de proteínas na célula humana. Nos 10 anos seguintes, sequenciou quase 20.000 distintos exomas de câncer. Embora o leque de sequências que emergiu do sequenciamento completo do exoma tenha sido um grande avanço no entendimento sobre a biologia do câncer e no tratamento de precisão através de terapia direcionada, representou apenas 1% do genoma. Na verdade, montar um retrato preciso do genoma do câncer usando apenas os dados do exoma é como montar um quebra-cabeça de 100.000 peças quando faltam 99% das peças e não há uma caixa com a imagem completa para guiá-lo.  O PCAWG foi desenvolvido com base no trabalho do International Cancer Genome Consortium (ICGC) e do Cancer Genome Atlas Cancer. São projetos de sequenciamento para analisar uniformemente mais de 2500 genomas de câncer total - 100% do genoma do câncer. Os pesquisadores do PCAWG divulgaram todos os dados brutos, processados ​​e interpretados para a comunidade de pesquisa como um conjunto herdado de dados, mas continuarão a fornecer informações nos próximos anos.

Referências: Campbell, P.J., Getz, G., Korbel, J.O. et al. Pan-cancer analysis of whole genomes. Nature, 578, 82–93 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-1969-6


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