A viagem começou com o T3p, uma pequena molécula de RNA detectada no cancro da mama, mas não no tecido normal. Quando foi descrito pela primeira vez em 2018, destacou-se como incomum. Esta descoberta inicial dá início a um esforço de seis anos para identificar sistematicamente RNAs órfãos não codificantes (oncRNAs) semelhantes nos principais tipos de câncer, determinar quais contribuem ativamente para a doença e testar se podem ajudar a monitorar pacientes usando exames de sangue simples.
Em nosso estudo recém-publicado, descrevemos como este trabalho progrediu desde a análise de grandes conjuntos de dados do genoma do câncer até a construção de modelos de aprendizado de máquina, conduzindo experimentos funcionais em larga escala em camundongos e confirmando a relevância clínica desses RNAs em quase 200 pacientes com câncer de mama usando amostras de sangue.
OncRNAs específicos do câncer são difundidos
Uma das primeiras grandes descobertas foi que esse fenômeno não se limitava ao câncer de mama. Ao examinar pequenos dados de sequenciamento de RNA do Atlas do Genoma do Câncer em 32 tipos diferentes de câncer, identificamos aproximadamente 260.000 pequenos RNAs específicos do câncer. Referimo-nos a essas moléculas como oncRNAs e elas estavam presentes em todos os tipos de câncer analisados.
Sua distribuição não foi aleatória. Cada tipo de câncer exibe seu próprio padrão único de expressão de oncRNA. O câncer de pulmão, por exemplo, apresenta um conjunto diferente de oncRNAs do câncer de mama. Usando esses padrões, os modelos de aprendizado de máquina foram capazes de classificar os tipos de câncer com 90,9% de precisão. Quando testado em um grupo separado de 938 tumores, a precisão da classificação foi alta, de 82,1%.
Também surgiram diferenças entre cancros individuais. Os tumores basais da mama apresentam padrões distintos de oncRNA dos tumores luminais, sugerindo subtipos adicionais que ainda podem não estar totalmente definidos. Estes resultados indicam que os oncRNAs refletem aspectos fundamentais do estado das células cancerígenas. Os padrões de presença e ausência de oncRNA atuam como “códigos de barras moleculares digitais” que capturam a identidade do câncer em vários níveis, incluindo tipo de tumor, subtipo e estado celular.
Alguns oncRNAs impulsionam ativamente o crescimento do tumor
Embora os oncRNAs sirvam como biomarcadores poderosos, também queríamos entender se alguns deles afetam diretamente a progressão do câncer. Especificamente, perguntamos se as células cancerosas podem usar essas moléculas de RNA recém-derivadas para ativar vias oncogênicas.
Para testar isso, geramos uma biblioteca de triagem composta por aproximadamente 400 oncRNAs de tumores de mama, cólon, pulmão e próstata. Esses RNAs foram introduzidos em células cancerígenas usando vetores lentivirais. Em metade dos casos, encontramos aumento da expressão de oncRNA. Na outra metade, reduzimos a expressão usando uma construção de “isca resistente”. As células mutadas foram então implantadas em camundongos para determinar qual oncRNA aumentou o crescimento do tumor.
Cerca de 5% dos oncRNAs produzem efeitos biológicos claros em modelos de xenoenxerto de camundongos. Dois oncRNAs de câncer de mama foram examinados mais de perto. Um gatilho para a transição epitelial-mesenquimal, um passo essencial na progressão do câncer e na metástase. Outros genes alvo E2F ativados, promovendo a proliferação celular. Ambos aceleraram significativamente o crescimento do tumor e aumentaram a colonização metastática em modelos de linhas celulares independentes.
Quando examinamos os dados dos tumores dos pacientes, descobrimos que os tumores que expressam esses mesmos oncRNAs exibiam alterações na mesma via. A observação de padrões biológicos consistentes em amostras de TCGA e modelos experimentais fortaleceu nossa confiança nos resultados.
Células cancerígenas liberam OncRNA na corrente sanguínea
Talvez a descoberta clinicamente mais importante tenha sido que as células cancerosas liberam ativamente muitos desses onsiRNAs na corrente sanguínea. O rastreamento desses RNAs circulantes fornece informações sobre como os pacientes estão respondendo ao tratamento.
Analisamos RNA livre de células de 25 linhas celulares de câncer em 9 tipos de tecidos e descobrimos que aproximadamente 30% dos oncRNAs são secretados ativamente. Para confirmar sua relevância clínica, estudamos amostras de soro de 192 pacientes com câncer de mama inscritos no ensaio de quimioterapia neoadjuvante I-SPY 2. Amostras de sangue foram coletadas antes e depois do tratamento e calculamos a alteração na carga total de oncRNA (ΔoncRNA abaixo).
Essa única medição provou ser extremamente informativa. Pacientes com altos níveis residuais de onsiRNA após quimioterapia tiveram sobrevida global aproximadamente 4 vezes pior. Esta associação permaneceu significativa mesmo depois de contabilizados indicadores clínicos padrão, como resposta patológica completa e carga residual de câncer.
Este foi o nosso objetivo mais ambicioso. Embora soubéssemos que os oncRNAs poderiam ser detectados no sangue, não era certo se eles forneceriam informações significativas em amostras reais de pacientes. A detecção de um sinal tão forte em apenas 1 ml de soro foi inesperada.
Um novo método para monitorar doença residual mínima
Esses achados abordam um importante desafio clínico. A monitorização da doença residual mínima no cancro da mama utilizando marcadores como o ADN livre de células é difícil porque os tumores libertam frequentemente muito pouco ADN na corrente sanguínea, especialmente nas fases iniciais. O monitoramento baseado em RNA pode oferecer uma vantagem porque as células cancerígenas secretam ativamente RNA, em vez de secretarem DNA passivamente.
O que vem a seguir para a pesquisa de oncRNA
Permanecem importantes questões biológicas e clínicas. Como os oncRNAs funcionais exercem seus efeitos? Eles interagem com proteínas ou outros RNAs? O rastreamento das alterações do oncRNA em tempo real pode orientar as decisões de tratamento? Eles podem ajudar a identificar recorrências mais cedo ou melhorar a estratificação dos pacientes? Serão necessárias pesquisas mais extensas e ensaios clínicos prospectivos maiores para responder a esta questão.
Ao mesmo tempo, a tradução já está em andamento. A descoberta de que os oncRNAs produzem sinais específicos do câncer no sangue está avançando em direção à aplicação clínica. Estamos colaborando com a empresa de biotecnologia Exai Bio (Hani é cofundadora) para desenvolver diagnósticos baseados em oncRNA. A empresa está desenvolvendo modelos de inteligência artificial e combinando diferentes conjuntos de dados para melhorar a detecção e classificação do câncer.
A pesquisa translacional depende de muitos colaboradores. Ao analisar computacionalmente centenas de milhares de amostras, é fácil esquecer que cada uma representa uma pessoa que doou sangue voluntariamente para pesquisas e esperava que sua participação ajudasse outras pessoas. Honrar essas contribuições por meio de uma ciência cuidadosa e rigorosa motiva toda a nossa equipe.
Acreditamos que os oncRNAs representam uma classe recentemente reconhecida de moléculas emergentes do câncer que atuam tanto como condutores de doenças quanto como biomarcadores. Ao disponibilizar este recurso abertamente, esperamos acelerar o progresso e abrir novos caminhos de investigação na biologia do cancro.
