Resumen
La modificación H3 Lisina 4 trimetilación (H3K4ME3) y los reguladores relacionados regulan ampliamente varios cursos transcripcionales cruciales en salud y enfermedad. Sin embargo, la relación regulatoria entre la modificación H3K4ME3 y la inmunidad antitumoral no se ha aclarado completamente. Identificamos 72 genes pronósticos independientes de adenocarcinoma de pulmón (LUAD) cuya expresión transcripcional se correlacionó estrechamente con los 27 reguladores H3K4me3 conocidos. Construimos tres patrones de modificación H3K4me3 que utilizan los perfiles de expresión de los 72 genes, y los pacientes clasificados en cada patrón exhibieron características únicas de infiltración inmune tumoral. Utilizando el análisis de componentes principales (PCA) de patrones relacionados con H3K4ME3, construimos un sistema de puntuación de riesgo H3K4ME3 (H3K4ME3-RS). El análisis de aprendizaje profundo utilizando 12,159 muestras de cáncer de 26 tipos de cáncer y 725 muestras de cáncer de 5 cohortes de inmunoterapia reveló que H3K4ME3-RS se correlacionó significativamente con la tolerancia y sensibilidad inmunes al cáncer. Es importante destacar que este sistema de puntaje de riesgo mostró un rendimiento predictivo satisfactorio para las respuestas de terapia de ICB de pacientes que padecen varios tipos de cáncer, e identificamos que SLAMF9 fue uno de los genes determinados a la resistencia a la resistencia inmunosupresora y la resistencia a la inmunoterapia de H3K4ME3-RS. El modelo de melanoma de ratones mostró una eliminación de cáncer de SLAMF9 y mejoró notablemente la eficacia de las terapias anti-CTLA-4 y anti-PD-L1 al elevar la infiltración de células T CD8 +. Este estudio proporcionó un nuevo sistema de biomarcadores asociado a H3K4ME3 para predecir la respuesta de inmunoterapia tumoral y sugirió la justificación preclínica para investigar los roles de SLAMF9 en la regulación y el tratamiento de la inmunidad del cáncer.
Introducción
El creciente campo de las inmunoterapias reforma las estrategias de tratamiento del cáncer, logrando beneficios clínicos notables para los pacientes (1,2,3). Especialmente los bloqueos de punto de control inmune (ICBS), que se dirigen a las moléculas de punto de control inhibidor para mejorar las funciones de las células T, se han aprobado como el tratamiento de primera línea para varios tipos de cáncer sólido y hematológico (4), a pesar de que muchos pacientes muestran hiporrespectiva primaria o solo control de enfermedad temporal (5, 6). El nivel de expresión del ligando de muerte celular 1 (PD-L1) programado dentro de los tejidos tumorales, la carga de mutación tumoral (TMB) y los linfocitos infiltrantes de tumores (TIL) son el marcador predictivo convencional para la respuesta al terapia ICB (7,8,9). Sin embargo, debido a la complejidad y la heterogeneidad de la inmunidad individual del cáncer, la competencia predictiva de estos biomarcadores es difícil de mantener confiable en diferentes tumores. Por lo tanto, la explotación de biomarcadores más estables y factibles que pueden predecir con precisión los beneficios terapéuticos es importante para mejorar los resultados del tratamiento y los beneficios económicos.
La desregulación epigenética es una de las características de los cánceres (10, 11), Los mecanismos reguladores fundamentales comprenden principalmente la modificación del cromosoma y la regulación del epitranscriptoma. La metilación del ADN y las diversas modificaciones de histonas son responsables de la modulación de la transcripcional génica mediante la regulación de la accesibilidad cromosómica y la estabilidad de los nucleosomas, lo que participa en comportamientos celulares posteriores (12,13,14). A diferencia de la metilación del ADN, la histona se puede modificar en varios patrones, incluida la metilación, la acetilación y la fosforilación, y desempeñan roles distintos en la regulación de la actividad transcripcional (15, 16). En particular, los objetivos regulados de las modificaciones de histonas incluyen numerosos genes relacionados con la inmunidad del cáncer, lo que entiende así la red reguladora de modificación epigenética es crucial para aclarar el mecanismo de control epistático de la inmunidad antitumoral (17).
Entre las modificaciones de histonas múltiples, H3K4Me3 se encuentra un modo de modificación de histonas fundamentales, vinculado a la transcripción activa y las eucromatinas (18,19,20). Estudios anteriores descubrieron que los genes dirigidos a H3K4ME3 regulan ampliamente el destino de las células inmunes, la activación de la inmunidad del cáncer y la eficiencia de la inmunoterapia (21,22,23,24). Por ejemplo, se ha encontrado que los dominios amplios H3K4me3 regulan la diferenciación de las células T en individuos sanos y activan oncogenes en las células T neoplásicas (25). La proteína de dedo CXXC 1 (CFP1) H3K4ME3, mediada por la homeostasis y la función de las células linfoides innatas del Grupo 3 (ILC3) en el campo de la inmunidad innata (26). Además, los efectos funcionales de H3K4me3 también se encuentran en otras células inmunes infiltrantes de tumores (24). Especialmente, la deposición de H3K4ME3 también promovió la expresión de PD-L1 en células de cáncer de páncreas o expresión de PD-1 en células T, lo que sugiere los posibles efectos de sinergia de aprovechar H3K4me3 en las terapias ICB ((27, 28). Estos hallazgos son los fundamentos críticos para explorar objetivos y reguladores de H3K4ME3 para mejorar la eficiencia de la inmunoterapia.
Sin embargo, teniendo en cuenta la diafonía de la regulación epigenética, incluidos los efectos mutuamente antagónicos y sinérgicos, es necesario explorar la epigenética del cáncer desde una perspectiva multigénica, en lugar de un solo objetivo o modificador. Según este pensamiento, algunos estudios han identificado biomarcadores epigenéticos eficientes y objetivos terapéuticos en los cánceres. Por ejemplo, los patrones de metilación de ADN específicos de células cancerosas se han identificado como el biomarcador del diagnóstico de cáncer y las características de inmunidad antitumoral (29,30,31), con el objetivo de distinguir el estado del efector de las células T (32) y predecir los beneficios clínicos de la inmunoterapia (33). Las firmas génicas relacionadas con la acetilación de histonas se identificaron como marcadores de pronóstico en varios tipos de cáncer (34,35,36). También informamos en un estudio previo que el nivel total de H3K4ME3 se correlacionó con la mala supervivencia de los pacientes con LUAD (37). No obstante, si el perfil transcripcional asociado a H3K4ME3 puede explotarse como biomarcadores para el pronóstico de los pacientes y las respuestas de inmunoterapia.
En este estudio, exploramos la relación entre la modificación de H3K4ME3 y el inmunofenotipo antitumoral en los cánceres panes. Encontramos que los diferentes patrones de modificación de H3K4ME3 basados en las firmas de transcriptoma de las histona metiltransferasas de histona relacionadas con H3K4ME3 y las desmetilasas de lisina se asociaron con fenotipos inmunes del cáncer y composición del microenvismo inmunitario (tiempo) tumoral. Para evaluar la modificación individual de H3K4ME3 para cada paciente, diseñamos un sistema de puntuación, denominado H3K4ME3-RS, que es competente en la predicción de las respuestas de los pacientes a los ICB y la supervivencia en varios tipos de cáncer. Crucialmente, detectamos los genes subyacentes que median los fenotipos inmunosupresores relacionados con H3K4ME3 y la resistencia al terapia ICB, e identificamos los efectos inmunosupresivos mediados por SLAMF9. El análisis de datos públicos y los experimentos in vivo validaron que el tumor SLAMF9 regulaba la infiltración de células T CD8 + y la expresión de PD-1 dentro de TME, y la deficiencia de SLAMF9 sensibilizó significativamente a los ratones con melanoma a anti-PD-L1, así como a las terapias anti-CTLA-4. En conjunto, arrojamos luz sobre la potencia de los patrones de modificación de H3K4ME3 como predictor de pronóstico y eficacia de inmunoterapia en los cánceres.
Resultados
Paisaje de la variación genética de los reguladores de H3K4me3 en el adenocarcinoma de pulmón
El cáncer de pulmón de células no pequeñas (NSCLC) se identifica como un tipo de tipo de cáncer sensible a la terapia ICB. Pembrolizumab, atezolizumab y nivolumab han sido aprobados como la terapia de primera línea para pacientes con CPNC de PD-L1 avanzados y metastásicos con PD-L1 ≥ 1% (38, 39). Primero evaluamos las firmas de expresión génica y mutación de todos los reguladores relacionados con H3K4ME3 en Luad. Estos reguladores incluyen escritores, borradores y lectores validados para mediar en la modificación H3K4ME3, incluidas las familias MLL y KDM, y otras proteínas informadas asociadas con la actividad de metilación H3K4me3 (13, 40). Además, H3K27me3 y H3K36me3 son los marcadores de histonas dominantes que cooperan con H3K4me3 para modular las actividades transcripcionales, por lo que también mostramos los perfiles de mutación de sus principales modificadores de histonas, incluidos EZH2 (metilación de H3K27) y SETD2 (metilación de H3K36) en Luad (Luad ((41, 42). En línea con la mutación infrecuente de los reguladores de histonas en la mayoría de los tumores sólidos, la parcela de cascada mostró que la frecuencia de mutación de la mayoría de los genes es baja en la cohorte TCGA LUAD (Fig. Suplementaria. 1Ab). En particular, algunos reguladores H3K4ME3 tienen frecuencias de variación de número de copias altas (CNV), como KMT2B, KDM5B y PHF13 (FIG suplementaria. 1C), y sus niveles de expresión exhiben diferencias significativas entre los tejidos normales y los tejidos tumorales de LUAD (Fig. Suplementaria. 1D). Curiosamente, sus roles promotores de tumores se han informado en el cáncer, lo que sugiere que la alta frecuencia de CNV está vinculada a la oncogénesis (43,44,45,46).
Las vías de enriquecimiento diferencial y la infiltración de células inmunes de tres grupos de modificación H3K4me3. A Análisis de componentes principales para distinguir tres grupos de modificación H3K4me3 en la cohorte TCGA LUAD. B Análisis de supervivencia de pacientes de los tres grupos H3K4me3. do Parcela de Venn para genes expresados diferencialmente entre los tres grupos. “BA” significa los degs entre el clúster A y el clúster B, y “CA”, “CB” significa de la misma manera. D El go y mi Análisis KEGG para los 467 genes de intersección de los tres grupos de DEG (BA, CA, CB). F, GRAMO Comparación de la infiltración de células inmunes en los tres grupos H3K4ME3 a través de SSGSEA y MCP-Counter, respectivamente. Las dos categorías y algoritmos de células inmunes se mencionan en las dos piezas de literatura (67, 69)
Patrones de modificación H3K4me3 y características biológicas
Para explorar la relación entre los perfiles transcripcionales de los reguladores relacionados con H3K4ME3 y las características biológicas de los cánceres, realizamos un análisis de correlación para los 27 reguladores relacionados con H3K4ME3 y todas las demás expresiones génicas basadas en los datos de secuenciación de la transcriptoma bulquía del cohorte de TCGA LUAD. De acuerdo con la persona de criterios seleccionados | R |> 0.5 y el valor de P <0.0001, 1470 genes cuyos ...
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