Caracterización de la heterogeneidad tumoral mediante secuenciación de ARN de único núcleo de pacientes colombianas con cáncer de mama triple negativo pre y post citorreducción con quimioterapia
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Resumen
El cáncer de mama es la neoplasia maligna más frecuentemente diagnosticada en el mundo y la primera causa de muerte por cáncer en mujeres colombianas, esta es una enfermedad muy heterogénea, multifacética y multifactorial.
El cáncer de mama se clasifica en distintos subtipos moleculares según la expresión de receptores hormonales y de factores de crecimiento. El subtipo luminal se divide en dos variantes: luminal A, caracterizado por una alta expresión de los receptores de estrógenos (RE) y progesterona (RP), y luminal B, que también presenta elevada expresión de RE, pero con una expresión variable de RP, observada en aproximadamente el 60–80% de los casos. Por otro lado, el subtipo HER2 positivo (HER2+) se define por la sobreexpresión del receptor del factor de crecimiento epidérmico 2 (HER2), que puede estar asociada o no a la amplificación del gen ERBB2, y representa entre el 15 y el 20% de los casos y finalmente, el cáncer de mama triple negativo (CMTN) carece de la expresión de los receptores mencionados anteriormente, mostrando un fenotipo RE-, RP- y HER2-, y corresponde también al 15–20% de los casos, siendo reconocido por su mayor agresividad y heterogeneidad biológica.
El avance de las tecnologías de secuenciación masiva ha permitido evaluar la heterogeneidad del CMTN e identificar nuevos subtipos moleculares que no eran perceptibles mediante los métodos habituales de diagnóstico clínico, e incluso ha logrado orientar la terapia según el perfil de expresión génica de estos nuevos subtipos. Sin embargo, los métodos de evaluación usuales como bulk RNAseq (secuenciación de ARN en masa o de tejido completo), presentan la limitación que sólo captan las poblaciones celulares más prevalentes en el entorno tumoral. Además, que reportan un promedio general de expresión génica por todas las células presentes en el tejido, por lo cual, no permiten evaluar de forma específica la verdadera heterogeneidad de este subtipo de cáncer de mama, ni tampoco las interacciones celulares.
Para obtener información más detallada, es necesario una aproximación con un nivel de resolución mucho más alto, a través la secuenciación de única célula/núcleo (SCS/SNS), la cual permite abordar la heterogeneidad tumoral, el reconocimiento de biomarcadores, el rastreo de linajes celulares, la comprensión de poblaciones de células tumorales raras, la constitución del microambiente tumoral (TME), la medición de tasas mutacionales, las interacciones celulares y los procesos biológicos complejos que promueven la resistencia al tratamiento y metástasis, planteando la necesidad de su utilización. Además, su aplicación en pacientes colombianas resulta particularmente valiosa, ya que permite caracterizar las particularidades genómicas y transcriptómicas propias de nuestra población, aportando evidencia científica local que puede orientar estrategias terapéuticas más precisas y contextualizadas.
Este estudio tiene como objetivo, caracterizar la heterogeneidad tumoral de pacientes colombianas con cáncer de mama triple negativo pre y post citorreducción por quimioterapia, mediante secuenciación de ARN de único núcleo. Para ello, se obtuvieron muestras de los procedimientos rutinarios de diagnóstico y tratamiento de las pacientes que cumplían con los criterios de inclusión y contaban con la firma del consentimiento informado; la primera muestra correspondió a la biopsia inicial para la definición patológica del subtipo tumoral y la segunda se tomó durante la resección quirúrgica posterior al tratamiento de citorreducción. La corrida de secuenciación de único núcleo se realizó siguiendo los protocolos establecidos por los fabricantes de los equipos y reactivos. Los resultados permitieron dilucidar la heterogeneidad tumoral del CMTN en pacientes colombianas, logrando la identificación de cuatro clonas tumorales con resistencias al tratamiento, comportamientos funcionales, perfiles de expresión específicos y asociación con patrones clínicos observados diferenciados, además de caracterizar con precisión los componentes no tumorales del microambiente, incluyendo poblaciones epiteliales, estromales e inmunitarias. La variabilidad encontrada entre estos componentes evidenció tanto la heterogeneidad intratumoral como las diferencias entre pacientes, resaltando la marcada heterogeneidad intertumoral. En conclusión, este trabajo amplía el conocimiento sobre la biología tumoral del CMTN en Colombia, fortalece el desarrollo tecnológico y científico del país y abre oportunidades para innovar en los procesos de atención clínica, reforzando la necesidad de enfoques personalizados y multidimensionales para su caracterización y tratamiento. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
Breast cancer is the most frequently diagnosed malignant neoplasm worldwide and the leading cause of cancer-related death among Colombian women. It is a highly heterogeneous, multifaceted, and multifactorial disease.
Breast cancer is classified into different molecular subtypes according to the expression of hormone receptors and growth factors. The luminal subtype is divided into two variants: luminal A, characterized by high expression of estrogen receptors (ER) and progesterone receptors (PR), and luminal B, which also shows elevated ER expression but with variable PR expression, observed in approximately 60–80% of cases. On the other hand, the HER2-positive (HER2+) subtype is defined by the overexpression of the human epidermal growth factor receptor 2 (HER2), which may or may not be associated with amplification of the ERBB2 gene, representing between 15–20% of cases. Finally, triple-negative breast cancer (TNBC) lacks the expression of the aforementioned receptors, showing an ER-, PR-, and HER2- phenotype, and also accounts for 15–20% of cases, being recognized for its greater aggressiveness and biological heterogeneity.
For this reason, understanding the heterogeneity of TNBC has become a major field of study, aiming to reduce therapeutic failure, increase disease-free survival, identify new biomarkers, and develop novel targeted therapy approaches. Specifically, TNBC is known to be a heterogeneous disease with a high risk of chemotherapy resistance, relapse, and mortality. Thus, understanding the tumor biology and microenvironment is an expanding area in cancer research.
Advances in high-throughput sequencing technologies have enabled the evaluation of TNBC heterogeneity and the identification of new molecular subtypes that were not detectable through conventional clinical diagnostic methods, even guiding therapy according to the gene expression profiles of these new subtypes. However, conventional evaluation methods such as bulk RNA sequencing capture only the most prevalent cell populations within the tumor environment. They report an overall average of gene expression across all cells in the tissue, which prevents the specific assessment of true heterogeneity in this breast cancer subtype and cellular interactions.
To obtain more detailed information, a higher-resolution approach is required through single cell/nucleus sequencing (SCS/SNS). This technique allows the study of tumor heterogeneity, biomarker identification, lineage tracing, characterization of rare tumor cell populations, constitution of the tumor microenvironment (TME), measurement of mutation rates, cellular interactions, and complex biological processes that promote treatment resistance and metastasis, highlighting the need for its use. Moreover, its application in Colombian patients is particularly valuable, as it enables the characterization of genomic and transcriptomic features specific to our population, providing local scientific evidence that can guide more precise and contextualized therapeutic strategies.
This study aims to characterize the tumor heterogeneity of Colombian patients with TNBC before and after cytoreduction by chemotherapy, using single-nucleus RNA sequencing. Samples were obtained from routine diagnostic and treatment procedures of patients who met the inclusion criteria and signed informed consent. The first sample corresponded to the initial biopsy for pathological definition of the tumor subtype, and the second was taken during surgical resection after cytoreductive treatment. Single-nucleus sequencing was performed following the protocols established by equipment and reagent manufacturers.
The results revealed the tumor heterogeneity of TNBC in Colombian patients, identifying four tumor clones with treatment resistance, functional behaviors, specific expression profiles, and associations with distinct clinical patterns. Additionally, the study precisely characterized non-tumor components of the microenvironment, including epithelial, stromal, and immune populations. The variability found among these components demonstrated both intratumoral heterogeneity and differences between patients, highlighting marked intertumoral heterogeneity.
In conclusion, this work expands knowledge of TNBC tumor biology in Colombia, strengthens the country’s technological and scientific development, and opens opportunities to innovate clinical care processes, reinforcing the need for personalized and multidimensional approaches for its characterization and treatment.
Descripción
ilustraciones, diagramas, tablas
Términos Normalizados
RNA-Seq; RNA-Seq; Neoplasias de la Mama; Breast Neoplasms; Inmunohistoquímica; Immunohistochemistry; Antineoplásicos; Antineoplastic Agents; 610 - Medicina y salud::616 - Enfermedades; 000 - Ciencias de la computación, información y obras generales::004 - Procesamiento de datos Ciencia de los computadores; 540 - Química y ciencias afines::542 - Técnicas, procedimientos, aparatos, equipos, materiales; 570 - Biología::576 - Genética y evolución