Mapeamento de Mutações Precoces do Câncer com Sequenciação de cfDNA de Molécula Única

A eficácia do tratamento do cancro e a duração da sobrevivência estão intrinsecamente ligadas à deteção precoce do cancro, sublinhando a importância do diagnóstico antecipado. No entanto, os métodos atualmente utilizados para a triagem clínica do cancro apresentam desafios notáveis. Por exemplo, embora a triagem por LDCT tenha demonstrado capacidade para reduzir a mortalidade, a sua adoção entre populações de alto risco continua limitada, em parte devido a desvantagens potenciais, como baixa especificidade, exposição à radiação e casos de sobrediagnóstico. Além disso, certos tipos de cancro ainda carecem de uma abordagem de triagem adequada, mesmo que a deteção rápida tenha o potencial de melhorar o prognóstico dos pacientes.

Uma solução potencial para esses desafios reside na biópsia líquida, que identifica o câncer através do DNA tumoral circulante (ctDNA) dentro de. DNA livre de células (cfDNA)No entanto, o cfDNA geralmente contém uma proporção modesta de dados mutacionais dentro do genoma do câncer, o que dificulta a distinção entre sinais mutacionais genuínos e o ruído de sequenciação de fundo.

Destaques

O grupo de investigadores formulou uma abordagem para detectar numerosas mutações somáticas em cfDNA através de uma técnica chamada GEMINI (Incidência Mutacional em Todo o Genoma para Detecção Não-Invasiva de Câncer) utilizando sequenciação de molécula única. Ao empregar o GEMINI, revelaram frequências distintas de tipos de mutação em várias regiões de tecido e cfDNA entre pacientes com câncer. Essas frequências foram encontradas ligadas ao tempo de replicação e a outras características da cromatina. Além disso, o espectro de mutações abrangente identificado pelo GEMINI, combinado com atributos adicionais e um modelo de aprendizado de máquina, permitiu a identificação de mais de 90% dos casos de câncer de pulmão, abrangendo pacientes em estágio I e II.

Abordagem para deteção de cancro utilizando sequenciação de cfDNA a partir de moléculas únicas. (Bruhm et al., 2023)

Utilização de Mutacões Somáticas para Diagnóstico de Câncer Não Invasivo

Num estudo abrangente, os cientistas analisaram sequências genómicas de cancro de 2.511 indivíduos representando 25 tipos distintos de cancro como parte do projeto de Análise Pan-Cancro do Genoma Completo (PCAWG). A investigação revelou frequências de mutação variáveis nos genomas de diferentes categorias de tumores. Por exemplo, o cancro do pulmão apresentou uma média de 52.209 mutações somáticas por genoma. A equipa utilizou uma abordagem em que 31 amostras correspondentes do PCAWG foram examinadas, segmentando os dados de sequência, que abrangiam 3.076.901 mutações, em 1.144 secções não sobrepostas de 2,5 Mb. Notavelmente, numerosos tumores exibiram regiões partilhadas com frequências de mutação elevadas em toda a sua paisagem genómica.

Para avaliar a eficácia do GEMINI na deteção de DNA derivado de tumores, os investigadores identificaram áreas genómicas que apresentavam a maior ocorrência de mutações C>A dentro de um conjunto de treino de ambos os tipos de cancro e amostras de controlo. Observaram que regiões enriquecidas em alterações C>A estavam presentes nos 31 PCAWGs, mas não em amostras normais, sugerindo que isolar as frequências de mutação entre regiões de cancro e de controlo poderia eliminar eficazmente as mutações de fundo na amostra de um determinado paciente. Ao utilizar a frequência da região C>A, o GEMINI conseguiu diferenciar com sucesso entre amostras de cancro e não cancro com uma precisão notável, alcançando um impressionante AUC de 0,91.

Análises de mutações em moléculas únicas de cancro do pulmão PCAWG e amostras normais. (Bruhm et al., 2023)

Perfis de Mutação Específicos para Tipos de Câncer em cfDNA

Subsequentemente, o grupo de investigadores examinou dados de 365 sujeitos dentro da coorte, focando na sequenciação do genoma completo (WGS) em plasma com baixa cobertura. Os resultados revelaram uma semelhança significativa nas regiões genómicas que exibem altas frequências de mutação. Estas regiões estavam predominantemente situadas em áreas genómicas ligadas a períodos de replicação tardia específicos de tecido, tanto em tecidos tumorais como em cfDNA extraído de pacientes afetados por cancro do pulmão, melanoma e linfoma não-Hodgkin de células B. Simultaneamente, as frequências de mutação específicas para determinados tipos de tumor e mutações foram correlacionadas com a expressão génica, segmentação genómica medida pela análise do vetor de assinatura de metilação e a presença do marcador de heterocromatina H3K9me3.

Os sujeitos sem câncer, ou aqueles sem tipos de mutação ou regiões que exibem um notável enriquecimento de características associadas ao câncer, apresentaram uma falta dessas características ou apenas exibiram correlações fracas com elas. Em conjunto, as descobertas mencionadas indicam uma conexão entre a taxa de mutação em todo o genoma do cfDNA e a organização da cromatina. O sistema GEMINI pode aproveitar essa característica para identificar o DNA tumoral circulante (ctDNA).

Os perfis de mutação em todo o genoma de amostras de tecido e plasma estão associados ao tempo de replicação. (Bruhm et al., 2023)

Resumo

Em essência, a descoberta da equipa revela que a utilização de perfis de mutação de moléculas únicas, adquiridos através de WGS de baixa cobertura de cfDNA, promete a identificação não invasiva do câncer. Embora o principal foco desta investigação tenha sido a identificação do câncer de pulmão em grupos de alto risco, vale a pena notar que padrões de mutação de cfDNA modificados também foram detectados em indivíduos com diferentes tipos de câncer, como câncer de fígado, melanoma e linfoma. Isso implica que a abordagem pode ter uma gama mais ampla de aplicações além do seu escopo atual.

Referência:

1. Bruhm, Daniel C., et al. "Perfis de mutação em todo o genoma a partir de moléculas únicas de ADN livre de células para a deteção não invasiva do câncer." Genética da Natureza (2023): 1-10.