שילוב של נתוני בריאות עם נתוני רצף גנום שלם בחולי סרטן יכול לעזור לרופאים לספק טיפול מותאם יותר

במחקר שפורסם לאחרונה ב רפואת טבעקבוצת חוקרים העריכה את ההשפעה של שילוב נתוני רצף גנום שלם עם תוצאות קליניות על פני 13,880 גידולים מ-33 סוגי סרטן, תוך הערכת פוטנציאל טיפול מדויק בתוך מערכת הבריאות הלאומית של בריטניה (בריטניה) באמצעות תוכנית 100,000 גנומים לסרטן.

רקע כללי

בעשור האחרון, בריטניה ראתה עלייה של 4% במקרי סרטן, מה שמדגיש את הצורך בבדיקות סרטן מולקולריות מתקדמות, כולל בדיקות לגנים של סרטן תורשתיים ולפרמקוגנומיה. פרויקט 100,000 גנומים, יוזמה מרכזית של ממשלת בריטניה במסגרת ה-NHS, נועד לתקנן רצף גנום שלם (WGS) לסרטן ומחלות נדירות באמצעות צינור ביואינפורמטיקה בעל תפוקה גבוהה המוסמכת על ידי ארגון התקינה הבינלאומי (ISO).

פרויקט זה העריך את התפקיד של WGS עבור חולי סרטן ב-NHS. מטופלים הסכימו לקשר את הנתונים הגנומיים שלהם עם רשומות בריאות אנונימיות בסביבת מחקר מאובטחת, לקידום חקר הסרטן. הנתונים תרמו לספריית המחקר הגנומית הלאומית, מקושרים לנתוני בריאות אורכיים, ומקלים על מחקר גנומי ושילוב שירותי בריאות. שירות הרפואה הגנומית של NHS, שהוקם באוקטובר 2018, ממנף את הידע הזה כדי לספק בדיקות גנומיות וטיפול, תוך הבטחת גישה שוויונית ובדיקות מקיפות באמצעות ספריית הבדיקות הגנומיות הלאומית. מדריך זה תקן שיטות בדיקה, יעדי גנים וקריטריונים ברחבי אנגליה.

יש צורך במחקר נוסף כדי להעמיק את ההבנה שלנו בגנומיקה של סרטן ולשפר אסטרטגיות טיפול מותאמות אישית, ולבסוף לשפר את תוצאות המטופל.

לגבי המחקר

השיטות שהופעלו במחקר הנוכחי עקבו אחר הנחיות מחמירות כדי להבטיח איכות ודיוק. חומצה Deoxyribonucleic (DNA) הופקה מדגימות לפי ההנחיות לטיפול בדגימה, הדורשת 10 מיקרוגרם של DNA של קו נבט ומינימום של 1.3 מיקרוגרם DNA של גידול עבור הכנת ספרייה ללא תגובת שרשרת פולימראז (PCR) של Illumina TruSeq. תכשיר מבוסס PCR היה חלופה עבור כמויות DNA לא מספיקות. בתרחישים מסוימים, נעשה שימוש ברקמת גידול מקובעת בפורמלין עבור WGS.

ריצוף בוצע על פלטפורמת High-Throughput Sequencin (HiSeq), והשיגה כיסוי של 100× עבור דגימות גידול ו-30× עבור דגימות רגילות. בדיקות האיכות כללו הבטחת נתוני רצף נאותים באיכות גבוהה, כיסוי גנום מספק, זיהום נמוך בין חולים ואיכות נתוני רצף עקבית, בניטור באמצעות ניתוח רכיבים עיקריים.

צינור Illumina North Star נוצל לניתוח WGS ראשוני, עם תוכנת ISAAC ליישור קריאה. למרות המגבלות של ISAAC, כל הגנומים יושרו מחדש עם פלטפורמת Illumina Dragen לשיפור הדיוק. קריאת וריאנטים כללה כלים ומסננים מרובים כדי למזער תוצאות חיוביות שגויות, והבטחת מהימנות במערך הנתונים הסופי.

סטיות מספר העתקות (CNAs) זוהו באמצעות Canvas, בעוד Manta הופעל עבור וריאנטים מבניים (SVs) ואינדלים ארוכים. הדיוק של קריאת וריאנט סומטי אומת עבור הסמכת ISO.

הערות ודיווח כללו יישור וזיזום של SNVs ואינדלים קטנים, עם הערות באמצעות מסדי נתונים כמו Ensembl, Catalog Of Somatic Mutations In Cancer (COSMIC) ומסד נתונים קליניים Variant Database (ClinVar). פרשנות של CNAs נחשבה לתפקידו של הגן בסרטן, ודיווחה רק על שינויים משמעותיים. כמו כן בוצע ניתוח של הופעה משותפת של גרסאות קטנות סומטיות ו-CNAs.

עבור דיווח על וריאנטים של קו הנבט, רק אלו שסווגו כפתוגניים או ככל הנראה כפתוגניים ב-ClinVar נשקלו. וריאנטים אלה נבדקו במסגרת ועדות הייעוץ של גידולים Genomic עבור רלוונטיות קלינית.

המחקר גם ניתח חתימות מוטציות ונטל מוטציה של גידול (TMB), תוך שימוש בכלים כמו SigProfiler ואלגוריתמים כמו זיהוי חסר רקומבינציה הומולוגית (HRDetect) ו-CHORD להערכה מקיפה.

משאבי הנתונים הקליניים כללו נתוני מטופלים ודגימות שנאספו באמצעות OpenClinica, בתוספת נתונים מ-NHS England, Public Health England והמשרד לסטטיסטיקה לאומית. נתונים אלה נקשרו למידע גנומי כדי לאשש הגשות קליניות ולקבוע את שלב וסוג הגידול.

ניתוח הישרדות השתמש בתוכנת R, תוך שימוש בחלקות קפלן-מאייר ומודלים פרופורציונליים של סיכונים של קוקס. התקבל תאריך המוות, עם נתוני אירוע בריאותי נוספים המשמשים לצנזור ימני. מבחינה אתית, המחקר עמד בכל התקנות הרלוונטיות, באישור ועדת האתיקה של מזרח אנגליה-קיימברידג' דרום. המשתתפים, שזוהו על ידי אנשי מקצוע של NHS, סיפקו הסכמה מדעת בכתב.

תוצאות המחקר

תוכנית הסרטן של פרויקט 100,000 גנומים, יוזמה במסגרת ה-NHS, רצתה 16,358 זוגות נורמליים של גידולים מ-15,241 חולי סרטן בין השנים 2015 ו-2019. ניתוח נרחב זה של הגנום השלם (WGA) כיסה 33 סוגי גידולים, בעיקר דגימות קפואות טריות, עם דגימות נורמליות תואמות שמקורן בעיקר בדם.

המחקר השיג כיסוי של 100× עבור דגימות גידול ו-30× עבור דגימות רגילות, עלה על הכיסוי של קבוצת הסרטן גנום אטלס (TCGA). קטגוריות מסוימות של גידולים, כמו סרטן המטולוגי וילדים, לא נכללו. איסוף הדגימות אושר על ידי קישור נתונים גנומיים עם מערכי הנתונים הלאומיים לרישום וניתוח סרטן (NCRAS) וסטטיסטיקת פרקים של בתי חולים (HES).

יש לציין, קרצינומה פולשנית של השד, סרקומה, אדנוקרצינומה של המעי הגס וקרצינומה של תאי כליות צלולים של הכליות היו בין סוגי הגידולים הרצופים ביותר. התפלגות הדגימות השתנתה על פני 13 NHS GMCs באנגליה, עם שינויים משמעותיים בגיל ובמין ביולוגי בין סוגי הגידול. מידע על הבמה היה זמין עבור רוב הגידולים, וחשף אחוז גבוה של סרטן בשלב מתקדם בסוגים מסוימים כמו קרצינומה סרוסית בשחלות בדרגה גבוהה ומלנומה עורית.

בתחום יכולת הפעולה הקלינית, WGS אפשרה זיהוי של מגוון רחב של שינויים גנטיים, כולל וריאנטים סומטיים וגרמיינים. ממצאים אלה שולבו בתוצאות גנומיות סטנדרטיות ונבדקו על ידי מועצות גידול מולקולרי (GTABs). הניתוח חשף אחוז גבוה של גידולים המכילים מוטציות בגנים המומלצים ב-National Genomic Test Directory (NGTDC), אם כי נצפתה שונות בין סוגי הסרטן. שונות זו מדגישה את הצורך בפרשנות קלינית מותאמת אישית.

יתרה מזאת, הניתוח הדגיש את נוכחותן של מוטציות בסוגי סרטן שבהם הם אינם מיועדים כעת לבדיקה, מה שמציע דרכים חדשות לגיוס וסקירה לניסויים קליניים.

הנוף של גרסאות קטנות סומטיות נשלט על ידי מוטציות חלבון גידול P53 (TP53), בתדירות משתנות על פני סוגי סרטן שונים. PIK3CA היה הגן השני בשכיחותו, עם מוטציות המשתרעות על פני מספר סוגי גידולים. המחקר גם צפה בשכיחות גבוהה של הגברות או איבודים בגנים מרכזיים בכל סוגי הסרטן. הכללת היתוכים ב-NGTDC, במיוחד בסרטן ריאות, הפכה לסטנדרט של טיפול. בנוסף, המחקר הדגיש את החשיבות של ממצאי קו הנבט, במיוחד בקרצינומה סרוסית בשחלות בדרגה גבוהה, שבה מספר לא מבוטל מהחולות הכיל חלבון רגישות לסרטן שד מסוג 1 (BRCA1) ו-BRCA2.

סמנים פנגנומיים כמו מצב TMB ו-HRD הוערכו אף הם, והראו שונות משמעותית בין סוגי הסרטן. סמנים אלו הופכים חשובים יותר ויותר בניבוי תוצאות הטיפול והנחיית החלטות קליניות. היכולת של המחקר לקשר בין נתוני WGS לנתונים קליניים בעולם האמיתי אפשרה הערכה מפורטת של תוצאות הטיפול בהתבסס על סמנים פנגנומיים. לדוגמה, מצב HRD היה קשור לתוצאות טובות יותר בחולים שטופלו בטיפולי פלטינום, במיוחד בקרצינומות שד פולשניות וקרצינומות סרוסיות בשחלות בדרגה גבוהה.

גם ההתרחשות המשותפת של סוגים שונים של מוטציות נחקרה, וחשפה קשרים משמעותיים בין רווחי העתקה ואונקוגנים ספציפיים. ניתוח הישרדות באמצעות נתונים מהעולם האמיתי הדגיש את ההשפעה של מוטציות בגנים מסוימים על ההישרדות הכוללת, כאשר מוטציות Cyclin-DependentKinase Inhibitor 2A (CDKN2A) קשורות במיוחד לתוצאות גרועות יותר. ניתוח מקיף זה מדגיש את הערך של שילוב נתונים גנומיים וקליניים בהבנת הגנומיקה של הסרטן ושיפור הטיפול בחולים.