Мутации в генах ДНК-полимераз связаны с положительным ответом на иммунотерапию

Гены POLE и POLD1 кодируют каталитические субъединицы ДНК-полимераз δ и ε соответственно. Патогенные варианты в их последовательностях приводят к появлению быстро мутирующих опухолей, в которых часто присутствует много иммунных клеток. Это может быть потенциальным предиктором положительного ответа на терапию ингибиторами контрольных точек иммунитета. Однако функциональные последствия появления вариантов, ассоциированных с дефектами полимераз, до сих пор остаются неизученными.

Исследователи из США провели полномасштабное исследование человеческой меланомы с дефектными полимеразами на мышиных моделях. Они обнаружили, что опухоли с мутациями в каталитических доменах лучше реагируют на иммунотерапию, чем интактные образцы. Также мыши с мутантной опухолью формировали активный иммунный ответ и демонстрировали более высокую общую выживаемость.

Ученые секвенировали опухоли с функциональной мутацией в гене POLE и без нее после трансплантации в организм иммунокомпетентных мышей. Они обнаружили, что в условиях активного иммунитета мутантные раковые клетки экспрессируют значительно больше генов, связанных с инфильтрацией опухоли Т-клетками и естественными киллерами, а также с адаптивным иммунным ответом и воспалением.

Мутантные образцы были обогащены профилирующими иммунными клетками и Т-киллерами, но в них было меньше опухоль-ассоциированных макрофагов и супрессорных клеток миелоидного происхождения. Блокада иммунных контрольных точек в таких опухолях приводила к повышению их воспалительного статуса и активному размножению иммунных клеток.

Изучив мутации, которые произошли в мутантной клеточной линии за восемь недель, ученые обнаружили три новых мутационных сигнатуры. Интересно, что эти же сигнатуры присутствовали и в образцах, полученных от пациентов. Ученые предположили, что с помощью новых данных можно предсказать функциональный дефект в гене полимеразы. Для этого они использовали модель логистической регрессии, которая была натренирована на образцах с подтвержденным присутствием функциональных мутаций в генах POLE и POLD1. На тестовом наборе данных модель продемонстрировала точность в 99%. После смены обучающих и тестовых данных на результаты панельного секвенирования, которые чаще используются в клинической практике, точность модели упала до 94%.

Одновременно с функциональными мутациями POLE и POLD1 в опухоли может присутствовать нарушение репарации неспаренных оснований, которое также приводит к хорошему ответу на иммунотерапию. Чтобы исключить ее влияние и продемонстрировать особую роль мутаций в POLE и POLD1, авторы отобрали 2700 образцов разных видов рака с функционирующей репарацией неспаренных оснований. Пациенты получали терапию анти-PD-1/PD-L1 препаратами. Эти опухоли были классифицированы с помощью модели на обладающие функциональным и нефункциональными дефектами в полимеразах.

Подробный анализ показал, что пациенты, у которых было предсказано наличие функциональных вариантов, демонстрируют более высокую общую выживаемость. Интересно, что прогностическая способность модели была выше, чем у существующих предикторов (например, мутации в экзонуклеазном домене).

Наконец, исследователи проанализировали механизм, лежащий в основе повышенной иммуногенности опухолей с функциональными мутациями полимераз. Они выяснили, что в таких образцах пептиды, представленные в комплексе с HLA-I, имеют много гидрофобных участков. Ученые предполагают, что повышенная гидрофобность приводит к более прочному взаимодействию с T-клеточными рецепторами и способствует развитию иммунитета. Как выяснили авторы, увеличение гидрофобности связано со спецификой мутационных сигнатур, которые склонны к генерации более гидрофобных и неполярных аминокислотных остатков.

Результаты работы подтверждают, что мутационные сигнатуры могут быть использованы для предсказания ответа пациента на иммунотерапию.