I tumori sono caratterizzati da una estrema eterogeneità, sia all’interno del tumore –ovvero le cellule all’interno della massa tumorale sono diverse tra loro– sia tra pazienti –ovvero le cellule tumorali di un paziente possono essere molto diverse da quelle di un altro paziente.
L’eterogeneità intratumorale –ovvero la coesistenza di cellule diverse all’interno del tumore– costituisce un problema nella risposta al trattamento: ad esempio, dato che cellule diverse possono rispondere in maniera diversa alla terapia, i tumori possono inizialmente rispondere al trattamento e regredire, ma alla fine ricominciare a proliferare (recidiva).
Il microambiente tumorale contribuisce ulteriormente all’eterogeneità intratumorale. Inoltre, alcuni studi hanno dimostrato che l’eterogeneità intratumorale diventa ancora più pronunciata in seguito al trattamento.
In che modo l’eterogeneità intratumorale è influenzata dalla terapia? I recenti progressi in campo tecnologico consentono di analizzare, a livello molecolare, le singole cellule all’interno della massa tumorale, ovviando alle problematiche associate all’eterogeneità intratumorale, tramite un approccio chiamato sequenziamento dell’RNA su singola cellula (scRNAseq).
Risultati principali. Utilizzando tecnologie d’avanguardia, gli autori descrivono, alla risoluzione di singola cellula, le caratteristiche molecolari delle cellule tumorali prima e dopo il trattamento molecolare (il trattamento molecolare è un trattamento con farmaci diretti contro specifici geni o proteine coinvolti nella crescita e sopravvivenza del tumore). La conoscenza approfondita delle caratteristiche molecolari delle cellule tumorali che sopravvivono alla terapia consentirebbe di identificare i pathway molecolari che queste cellule hanno attivato per adattarsi e sopravvivere al trattamento e potrebbe offrire nuovi target farmacologici per una migliore risposta alla terapia.
Dettagli sperimentali. Gli autori hanno effettuato analisi di scRNAseq su campioni di tumore al polmone in momenti diversi durante la terapia: prima del trattamento molecolare, alla fine del trattamento (il cosiddetto stato di malattia residua, in cui poche cellule tumorali sono sopravvissute al trattamento) e quando le cellule tumorali hanno acquisito una chiara resistenza alla terapia (ovvero quando le cellule tumorali, adattate alla nuova condizione, ricominciano a proliferare).
Le cellule sopravvissute al termine del trattamento sono caratterizzate da una specifica “firma molecolare”, ovvero, rispetto alle cellule prima del trattamento, queste cellule sovraesprimono diciassette geni specifici. Nei pazienti, l’elevata espressione di questi geni è associata ad una migliore prognosi rispetto ai pazienti che ne presentano dei livelli ridotti. Consentendo alle cellule tumorali di sopravvivere al trattamento, ma allo stesso tempo rendendole meno aggressive, questa firma molecolare rappresenta quindi un biomarcatore di prognosi positiva. La firma molecolare che caratterizza le cellule tumorali residue include geni del pathway WNT/beta catenina, che potrebbe rappresentare un target farmacologico. Esperimenti in vitro hanno mostrato che l’inibizione del pathway WNT/beta catenina contemporaneamente al trattamento molecolare determina una migliore risposta al trattamento.
Diventate pienamente farmaco-resistenti, le cellule acquisiscono caratteristiche specifiche, sovraesprimendo geni associati con la capacità di invadere i tessuti circostanti, la comunicazione cellula-cellula, il differenziamento e la regolazione del sistema immunitario. La firma molecolare associata alla farmaco-resistenza di queste cellule include la sovraespressione di geni del pathway di attivazione del plasminogeno, che correlano con una ridotta sopravvivenza del paziente e resistenza alla terapia molecolare; sovraespressione di geni delle proteine delle giunzioni gap (proteine di membrana che costituiscono strutture tra le cellule che consentono lo scambio di molecole), alcuni dei quali sono associati con una ridotta sopravvivenza del paziente. Inoltre, rispetto alle cellule prima del trattamento, le cellule che hanno acquisito farmaco-resistenza mostrano una sovraespressione di geni del pathway della chinurenina, la cui espressione può sopprimere la risposta del sistema immunitario –compromettendone così la capacità di eliminare le cellule tumorali–, suggerendo che le cellule farmaco-resistenti potrebbero attivamente inibire il sistema immunitario. Una più elevata espressione di geni del pathway della chinurenina è associata ad una peggiore prognosi dei pazienti.
Per quanto riguarda il microambiente tumorale, il trattamento induce una stimolazione transitoria del sistema immunitario. In particolare, le cellule T e i macrofagi sono i sottotipi cellulari del sistema immunitario più abbondanti durante tutte le fasi della terapia, ma in seguito al trattamento (allo stato di malattia residua) il numero di cellule T aumenta mentre si riduce l’infiltrazione all’interno della massa tumorale di macrofagi in grado di prevenire la risposta immunitaria. Inoltre, le fasi di recidiva sono caratterizzate da una condizione ostile all’instaurarsi di una risposta immunitaria efficiente.
Conclusioni. Le cellule tumorali evolvono durante il trattamento, verosimilmente in risposta al trattamento stesso, adattandosi per riuscire a sopravvivere. Questo adattamento si riflette in una specifica firma molecolare, ovvero le cellule tumorali e quelle del microambiente mostrano tratti diversi prima e dopo il trattamento, quei tratti che, conferendo loro farmaco-resistenza, ne consentono la sopravvivenza. La maggior parte di queste caratteristiche rappresenta biomarcatori di cattiva prognosi, dato che riflettono l’abilità delle cellule di sopravvivere e causare recidiva. La caratterizzazione delle cellule tumorali in questi specifici stati clinici (prima del trattamento, dopo il trattamento, durante la recidiva) –ottenuta grazie all’approccio tecnologico impiegato in questo studio– è fondamentale per la sua rilevanza clinica: innanzi tutto, spiega le ragioni per una frequente risposta incompleta al trattamento molecolare; in secondo luogo, offre la possibilità di un target farmacologico specifico delle cellule tumorali allo stadio di malattia residua, al fine di ottenere una migliore risposta al trattamento nel tumore al polmone e, potenzialmente, in altri tipi di tumore.
Referenza: Therapy-Induced Evolution of Human Lung Cancer Revealed by Single-Cell RNA Sequencing. Maynard, McCoach, […] and Bivona. Cell 2020