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Microsatellite Instability Analysis (MSI) ›
Storia ed evoluzione della ricerca sull'MSI
18.11.19 – Giacomo Grisafi
Sin dalla sua scoperta nel 1993, l'instabilità dei microsatelliti è argomento di grande interesse per gli esperti in oncologia molecolare. Recentemente inoltre, alcuni studi hanno osservato una correlazione tra l'MSI e le risposte immunoterapiche.
In questo articolo ripercorriamo con il Dr. Jeff Bacher, Research Scientist per Promega, l'evoluzione e gli sviluppi futuri legati alla ricerca sull'MSI.
La nascita dell'MSI
Venticinque anni fa, tre laboratori hanno contemporaneamente scoperto un meccanismo unico di sviluppo del tumore. Durante una ricerca sulla perdita di eterozigosi (LOH) nei tumori del colon-retto, hanno riscontrato una variazione nella dimensione di alcune stringhe PCR prelevate direttamente dal tumore e dal tessuto adiacente. Ulteriori indagini hanno rilevato, in queste stringhe, una grossa presenza di microsatelliti (in particolare di poliadenina).
Questa variazione, causata da una carenza nella riparazione del DNA, è stata definita "instabilità dei microsatelliti (MSI)". Da allora la ricerca sull'MSI si è notevolmente ampliata e, le recenti scoperte relative alla correlazione tra lo stato dell'MSI e la risposta all'immunoterapia, hanno rafforzato l'interesse attorno a questo tema.
Il Dr. Jeff Bacher, Research Scientist per Promega, ha svolto un ruolo attivo nella creazione del primo kit standardizzato per il rilevamento dell'MSI basato sulla PCR e lavora tuttora a stretto contatto con molti leader nel settore.
"Lavoro in Promega da oltre vent'anni studiando i microsatelliti, quando ancora l'interesse principale era lo sviluppo di nuovi marcatori per la medicina legale. Proprio in quegli anni è scoppiato il boom MSI, senza ancora che vi fossero dei chiari criteri che ne definissero dinamiche e marcatori. Un caos generale che portava chiunque, in quegli anni, ad usare qualsiasi marcatore a disposizione. Per questo motivo, nel 1994, ho iniziato a interessarmi alla rilevazione dell'MSI nel cancro".
Nuovi marcatori per il rilevamento MSI
Per ovviare alla mancanza di criteri standardizzati Jeff ha iniziato a lavorare su una nuova serie di marcatori per il rilevamento MSI, iniziando con i pentanucleotidi già usati in ambito forense. I pentanucleotidi sono stati selezionati per il loro stutter eccezionalmente basso, l'effetto cioè dello scivolamento durante il processo di PCR. (Su un elettroferogramma, lo stutter sembra un picco mal definito o due picchi adiacenti di dimensioni simili.)
"Non è questo il sogno? Rilevare il cancro in un campione di sangue? È, naturalmente, è ancora un sogno. Ma direi che si sta avvicinando."
Questi marcatori si sono rivelati però scarsamente affidabili per l'MSI, data la loro scarsa sensibilità. Per questo motivo Jeff ha scelto di concentrarsi sull'estremo opposto, prendendo in esame i mononucleotidi, estremamente più sensibili. Proprio in quel periodo inoltre veniva formulato, durante la prima conferenza mondiale sull'MSI, un documento che ne illustrava i criteri per il rilevamento.
La conferenza definisce l'instabilità dei microsatelliti come: "una condizione in cui vi è un alterato numero di ripetizioni di brevi sequenze di DNA tra il tessuto tumorale e quello normale". Viene inoltre diramata una lista di marcatori chiamata Pannello di Bethesda, comprendente BAT-25, BAT-26 e tre marcatori dinucleoticidi.
Jeff comincia quindi a testare una serie di mononucleotidi trovati su GenBank, insieme a BAT-25 e BAT-26 e a diversi marcatori che altri ricercatori avevano precedentemente identificato. Attraverso questi test, è riuscito ad assemblare un pannello di cinque mononucleotidi che sarebbero diventati le fondamenta del kit per il rilevamento dell'MSI basato sulla PCR.
Il kit è stato rilasciato da Promega nel 2004; al suo interno presenta le ripetizioni mononucleotidiche utilizzate per confrontare le lunghezze MSI del tumore e del tessuto adiacente, oltre a due ripetizioni pentanucleotidiche per la validazione. Perché sono state inserite anche queste ultime due ripetizioni? Secondo Jeff, per aiutare a verificare se entrambi i campioni testati provengono dalla stessa persona. Se l'analisi mostra una discrepanza tra i pentanucleotidi infatti, è più facile rilevare una contaminazione del campione.
MSI e immunoterapia
Nel 2015, oltre un decennio dopo l'introduzione del kit di analisi MSI, l'interesse per la ricerca sui microsatelliti è nuovamente esploso a seguito della pubblicazione dell'articolo "PD-1 Blockade in Tumors with Mismatch Repair Deficiency" sul New England Journal of Medicine. I ricercatori avevano capito da tempo come i malati di cancro con MSI avessero generalmente una prognosi migliore di quelli senza. Nei tumori del colon-retto per esempio, dove circa il 15% mostra un'instabilità dei microsatelliti, i tumori sono generalmente meno invasivi e metastatici.
Gli autori della pubblicazione tuttavia, hanno allo stesso tempo dimostrato come lo stato di MSI corrisponda a una risposta eccezionalmente forte all'immunoterapia. In uno studio eseguito su casi di tumore del colon-retto, solo 1 campione su 33 ha mostrato una risposta. Successivamente, gli autori hanno osservato in quel campione un difetto nei meccanismi di riparo del DNA. Hanno scoperto che i tumori con questo difetto presentavano un'alta infiltrazione di cellule immunitarie dirette ai neoantigeni, ma era controbilanciato da ligandi immunitari inibitori come il PD-L1, che lega il PD-1 per bloccare l'attivazione delle cellule T. Quando il PD-1 è bloccato, le cellule immunitarie si possono attivare e attaccare le cellule tumorali. Gli autori hanno evidenziato un beneficio clinico anche dopo una singola dose di terapia.
Questo documento ha avuto il merito di dimostrare come la valutazione dei genomi tumorali possa aiutare a guidare l'immunoterapia. Un grande passo per la personalizzazione del trattamento dei tumori che ha portato, di conseguenza, a una nuova ondata di interesse per l'MSI.
Uno sguardo al futuro
Oggi Jeff è coinvolto in diversi progetti dedicati all'analisi MSI, tra cui il monitoraggio della risposta del paziente alla radioterapia e il rilevamento del danno al DNA dovuto all'esposizione alle radiazioni negli astronauti che ritornano dallo spazio. Sta anche testando, insieme ai ricercatori dell'Università della California del Sud e dell'Università del Wisconsin, un nuovo panel di marcatori.
Ma qual è il futuro dell'MSI? Questo webinar dedicato all'argomento può aiutare a comprendere, partendo dalla sua evoluzione, gli scenari futuri legati all'instabilità dei microsatelliti. Jeff Bacher dal canto suo, per parlare del futuro preferisce prendere spunto dal passato.
Ricordo negli anni '90 di aver visto un articolo di Rick Boland sul rilevamento dell'MSI nel sangue. Era in realtà solo un commento a una pagina. Ma non è forse questo il sogno? Rilevare il cancro in un campione di sangue? È, naturalmente, è ancora un sogno. Ma direi che si sta avvicinando. "
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