Особенности иммунологически активного и «холодного» фенотипов инвазивной карциномы шейки матки ранних стадий по данным секвенирования транскриптома

Вопросы молекулярной классификации, иммунной гетерогенности и существования различных иммунофенотипов вирус-ассоциированного рака шейки матки (РШМ), в особенности его наиболее ранних клинических и доклинических форм — цервикальных интраэпителиальных неоплазий (ЦИН), — остаются недостаточно исследованными. Цель данной работы заключалась в анализе транскриптомных профилей инвазивного РШМ на начальных этапах его прогрессии, различающихся иммунологическими характеристиками, спектром сигнальных путей и составом микроокружения. Транскриптомный анализ проводился с использованием РНК-секвенирования на платформе Illumina. Панель образцов нативной ткани, полученных в ходе хирургической операции, включала: ВПЧ -положительные ЦИН 1-3-й степени, инвазивный РШМ IA1-IIB стадий и морфологически нормальный эпителий. Транскриптомные профили далее были проанализированы с помощью биоинформатических инструментов, включая поиск дифференциально экспрессированных генов (DESeq2), анализ сигнальных путей (Gene Set Enrichment, GAGE), извлечение клеточного состава (xCell), позиционный анализ дифференциально экспрессированных геномных регионов (PREDA). На первоначальном этапе иерархический кластерный анализ выявил гетерогенность транскриптома образцов РШМ ранних стадий, а именно их распределение по двум кластерам; метод K-means подтвердил наличие трех функционально различных паттернов генов с координированно изменяющейся экспрессией. Сравнительный анализ обогащения сигнальных путей в двух опухолевых кластерах инвазивного РШМ (‘A' и ‘B') относительно группы ‘C', представленной преимущественно ЦИН, показал, что опухолевая прогрессия в кластерах ‘A' и ‘B' может основываться на различных иммунных механизмах. xCell анализ подтвердил различия в изменении численности популяций иммунных и стромальных клеток, а также суммарных показателей влияния микроокружения, при сравнении кластеров РШМ и ЦИН. По результатам PREDA установлено, что транскриптомные различия ассоциированы с различными хромосомными регионами и ко-локализованы с определенными семействами генов, вовлеченных в регуляцию иммунного ответа. Таким образом, на транскриптомном уровне выявлено существование различных иммунофенотипов РШМ ранних стадий, что может иметь значение для развития методов таргетной и иммунной противоопухолевой терапии.

1. Aran D., Hu Z., Butte A.J. xCell: digitally portraying the tissue cellular heterogeneity landscape. Genome Biol., 2017, Vol. 18, 220. doi: 10.1186/s13059-017-1349-1.

2. Arbyn M., Weiderpass E., Bruni L., de Sanjose S., Saraiya M., Ferlay J., Bray F. Estimates of incidence and mortality of cervical cancer in 2018: a worldwide analysis. Lancet Glob. Health, 2020, Vol. 8, no. 2, pp. e191-e203.

3. Budhwani M., Turrell G., Yu M., Frazer I.H., Mehdi A.M., Chandra J. Immune-inhibitory gene expression is positively correlated with overall immune activity and predicts increased survival probability of cervical and head and neck cancer patients. Front. Mol. Biosci., 2021, Vol. 8, 622643. doi: 10.3389/fmolb.2021.622643.

4. Ferrari F., Solari A., Battaglia C., Bicciato S. PREDA: an R-package to identify regional variations in genomic data. Bioinformatics, 2011, Vol. 27, no. 17, 2446-2447.

5. Jayshree R.S. The immune microenvironment in human papilloma virus-induced cervical lesions- evidence for estrogen as an immunomodulator. Front. Cell. Infect. Microbiol., 2021, Vol. 11, 649815. doi: 10.3389/fcimb.2021.649815.

6. Li C., Hua K. Dissecting the single-cell transcriptome network of immune environment underlying cervical premalignant lesion, cervical cancer and metastatic lymph nodes. Front. Immunol., 2022, Vol. 13, 897366. doi: 10.3389/fimmu.2022.897366.

7. Li Y., Lu S., Wang S., Peng X., Lang J. Identification of immune subtypes of cervical squamous cell carcinoma predicting prognosis and immunotherapy responses. J. Transl. Med., 2021, Vol. 19, no. 1, 222. doi: 10.1186/s12967-021-02894-3.

8. Litwin T.R., Irvin S.R., Chornock R.L., Sahasrabuddhe V.V., Stanley M., Wentzensen N. Infiltrating T-cell markers in cervical carcinogenesis: a systematic review and meta-analysis. Br. J. Cancer, 2021, Vol. 124, no. 4, pp. 831-841.

9. Scarth J.A., Patterson M.R., Morgan E.L., Macdonald A. The human papillomavirus oncoproteins: a review of the host pathways targeted on the road to transformation. J. Gen. Virol., 2021, Vol. 102, no. 3, 001540. doi: 10.1099/jgv.0.001540.

10. Song G., Luo J., Zou S., Lou F., Zhang T., Zhu X., Yang J., Wang X. Molecular classification of human papillomavirus-positive cervical cancers based on immune signature enrichment. Front. Public Health, 2022, Vol. 10, 979933. doi: 10.3389/fpubh.2022.979933

11. Thorsson V., Gibbs D.L., Brown S.D., Wolf D., Bortone D.S., Ou Yang T.-H., Porta-Pardo E., Gao G.F., Plaisier C.L., Eddy J.A., Ziv E., Culhane A.C., Paull E.O., Sivakumar I.K.A., Gentles A.J., Malhotra R., Farshidfar F., Colaprico A., Parker J.S., Mose L.E., Vo N.S., Liu J., Liu Y., Rader J., Dhankani V., Reynolds S.M., Bowlby R., Califano A., Cherniack A.D., Anastassiou D., Bedognetti D., Mokrab Y., Newman A.M., Rao A., Chen K., Krasnitz A., Hu H., Malta T.M., Noushmehr H., Pedamallu C.S., Bullman S., Ojesina A.I., Lamb A., Zhou W., Shen H., Choueiri T.K., Weinstein J.N., Guinney J., Saltz J., Holt R.A., Rabkin C.S.; Cancer Genome Atlas Research Network; Lazar A.J., Serody J.S., Demicco E.G., Disis M.L., Vincent B.G., Shmulevich I. The immune landscape of cancer. Immunity, 2018, Vol. 48, no. 4, pp. 812-830.e14.

12. Wang X., Xu C., Sun H. DNA damage repair-related genes signature for immune infiltration and outcome in cervical cancer. Front. Genet., 2022, Vol. 13, 733164. doi: 10.3389/fgene.2022.733164.

13. Wang Y., He M., Zhang G., Cao K., Yang M., Zhang H., Liu H. The immune landscape during the tumorigenesis of cervical cancer. Cancer Med., 2021, Vol. 10, no. 7, pp. 2380-2395.

14. Warburton A., Markowitz T.E., Katz J.P., Pipas J.M., McBride A.A. Recurrent integration of human papillomavirus genomes at transcriptional regulatory hubs. NPJ Genom. Med., 2021, Vol. 6, no. 1, 101. doi: 10.1038/s41525-021-00264-y.

15. Xu F., Shen J., Xu S. Multi-Omics data analyses construct a six immune-related genes prognostic model for cervical cancer in tumor microenvironment. Front. Genet., 2021, Vol. 12, 663617. doi: 10.3389/fgene.2021.663617.

16. Zhao Z., Li J., Li H., Yuan Wu N.Y., Ou-Yang P., Liu S., Cai J., Wang J. Integrative bioinformatics approaches to screen potential prognostic immune-related genes and drugs in the cervical cancer microenvironment. Front. Genet., 2020, Vol. 11, 727. doi: 10.3389/fgene.2020.00727.