Secuenciación de Nueva Generación

Por: Dr. Sergio Sánchez Sosa, Jefe de Patología Quirúrgica y Molecular Hospital Ángeles Puebla, CEO Labopat, Profesor adscrito UDLAP

Oncologia.mx .- El cáncer de pulmón es la primera causa de muerte por cáncer a nivel mundial; la alta mortalidad del cáncer de pulmón se ha atribuido a diferentes razones: 

1. El diagnóstico tardío -en etapa avanzada-.
2. El tratamiento con la quimioterapia habitual tiene éxito limitado
3. La carga mutacional en pacientes con historia de tabaquismo es más alta

Este último factor es importante en la oncogénesis; la acumulación de mutaciones, le confiere una ventaja selectiva al tumor, con un mayor número de mutaciones conductoras. Por otra parte, el tratamiento está determinado por el tipo de cáncer de pulmón y hoy día cobra más relevancia conocer sus alteraciones moleculares o genéticas (oncogenoma). Conocer éstas alteraciones permite seleccionar la terapia apropiada para cada paciente -también llamada terapia personalizada-, utilizando fármacos diana dirigidos a bloquear vías de señalización, por ejemplo, con moléculas que inhiben la proliferación celular. 

Sin duda en los últimos años la oncología médica gracias a los avances en biología molecular ha revolucionado el tratamiento del cáncer, utilizando estas terapias diana basadas en el conocimiento de las alteraciones genéticas del tumor, mejorando la supervivencia de pacientes y proporcionando mejoría en calidad de vida. 

El diagnóstico de cáncer de pulmón se establece mediante una biopsia; método que permite definir la variedad o subtipo histológico, además proporciona información para definir el tratamiento y el pronóstico, al analizar las alteraciones genéticas del tumor a través de técnicas moleculares (diagnóstico molecular). 

El cáncer es una enfermedad causada por mutaciones en los genes; los genes llevan las instrucciones para el crecimiento, funcionamientos y reproducción de nuestras células; los genes que sufren mutaciones alteran estas funciones. En nuestros genes el ADN (ácido desoxirribonucleico) es la molécula encargada de almacenar el código genético. El código genético es una secuencia de 4 tipos de moléculas conocidas como nucleótidos (Adenina, Citosina, Guanina y Timina); un cambio en el ordenamiento, ausencia o remplazo de uno de estos nucleótidos altera o muta la secuencia normal. Mutaciones pueden ocurrir también en segmentos más grandes del ADN y dan lugar a reordenamientos, eliminaciones o duplicaciones del material genético. Estas mutaciones se adquieren durante la vida de una persona; por la exposición a sustancias carcinogénicas químicas como el humo del tabaco en el cáncer pulmonar o por otros factores nutricionales como la obesidad. 

Las mutaciones son responsables del desarrollo del cáncer y las mutaciones a su vez producen otras mutaciones subsecuentes. Dentro del mismo tumor pueden existir células con alteraciones genéticas diferentes, a este fenómeno se le conoce como heterogeneidad mutacional.

A partir del descubrimiento de la estructura de la molécula ADN (Watson-Crick, 1953) paulatinamente se han desarrollado técnicas para estudiar la secuencia del ADN tanto en virus, como en bacterias y en el genoma humano. En 1977 dos técnicas de secuenciación surgieron; la secuenciación química de Maxam y Gilbert, y el método que revolucionó la biología molecular de Frederick Sanger (secuenciación enzimática).  Para 1995 se logró realizar la secuencia del primer organismo, una bacteria (Haemophilus influenza) causante de meningitis, otitis, conjuntivitis y sinusitis. En el 2001 el consorcio internacional del genoma humano publicó parcialmente el genoma de la especie humana. 

El cáncer de pulmón requiere del diagnóstico molecular, que pueden definirse al analizar el material celular de las biopsias de pulmón o incluso del ADN liberado a la sangre (biopsia líquida) por el tumor.  

La técnica de Sanger permite con alta eficiencia estudiar enfermedades monogénicas, pero el cáncer es una enfermedad con alta heterogeneidad genética y la nueva tecnología denominada secuenciación masiva de nueva generación, mejor conocida como NGS  por sus siglas en inglés (Next Generation Sequencing);  permiten analizar el ADN en forma masiva y paralela en un menor lapso de tiempo y con menor cantidad de tejido. Desde 2005 se inició el uso de las pruebas basadas en NGS, esta nueva tecnología ha revolucionado la forma de secuenciar el genoma y permite la lectura de millones de secuencias de forma masiva con un mejor costo y más rápidez que la técnica de Sanger, facilitando el diagnóstico de enfermedades con alta heterogeneidad genética como el cáncer. Su aplicación en la práctica clínica oncológica empieza a convetirse en la tecnología idónea para el estudio del cáncer de pulmón, en donde las biopsias son diminutas -es decir, con limitado tejido- y se requiere identificar todas las mutaciones posibles, principalmente aquellas ligadas al uso de fármacos diana con terapias blanco. También nos permite secuenciar un grupo de genes específicos o la porción genética codificante completa (exoma) o todo el genoma de una persona. Para entender el proceso es importante conocer la cobertura y la profundidad; el primer término se refiere al porcentaje de bases del genoma de referencia que están siendo secuenciadas, una cantidad determinada de veces, y el segundo señala el número promedio de veces que cada base del genoma es secuenciada en los fragmentos de ADN. 

Las mutaciones que hoy día obligadamente se tienen que determinar son en el gen EGFR, el reordenamiento de ALK, ROS1 y K-ras; pero representan menos del 40% de las alteraciones genéticas del cáncer de pulmón. Estas mutaciones las podemos realizar mediante técnicas convencionales como reacción en cadena de la polimerasa (PCR) o mediante hibridación in situ fluorescente, de manera individual;  en cambio, la secuenciación de nueva generación nos permite conocer cientos de alteraciones genéticas simultáneamente, con un beneficio adicional, que en NGS  la sensibidad para detectar dichas alteraciones que están presentes en un nivel muy bajo es mucho mejor y podemos detectar mutaciones presentes en sólo el 2% del ADN analizado.

Las plataformas de secuenciación más utilizadas en aplicación clínica en todo el mundo son Illumina e Ion Torrent. Ambas plataformas utilizando tecnologías diferentes han sido aprobadas para uso clínico y brindan un soporte robusto a los laboratorios de diagnóstico molecular, que permite en un termino de 2 semanas tener un panel amplio de genes; Ion Torre ha lanzado su nueva plataforma automatizada GeneXus, que permite conocer un panel de mutaciones de 52 genes en un solo un dia y que pronto tendremos disponible.  Las pruebas basadas en NGS representan retos y desafíos; como la comprensión de su utilización de forma adecuada, su validación a partir de estándares de calidad y la interpretación apropiada. La bioinformática está incorporada a la secuenciación y permite analizar la información biológica, almacenarla, crear bases de datos, desarrollar algoritmos, generando estadísticas que permiten evaluar los resultados obtenidos en una forma más fácil de comprender, para mejorar las opciones de tratamiento de manera individualizada para cada paciente. 

La bioinformática clínica oncológica a partir de la búsqueda de bases de datos de secuencias genéticas, mutaciones, referencias bibliográficas, redes de regulación genética y rutas metabólicas; identifica mejores dianas terapéuticas, diseña ensayos clínicos y desarrolla biomarcadores eficientes. Desde el punto de vista costo-efectividad esta tecnología permite analizar numerosas alteraciones genéticas a un costo menor que las pruebas individuales. En 2001 el costo de la secuenciación del genoma humano fue de casi 100,000,000 USD y en 2015 fue de 1,245 USD gracias a la NGS. 

En conclusión, el conocimiento del perfil genómico en el cáncer pulmón ha producido un cambio en el paradigma del tratamiento basado en la terapia dirigida y la inmunoterapia que hoy constituye la base de la medicina de precisión en cáncer pulmonar, que tiene también un valor pronóstico y predictivo, este último por su capacidad de detección de biomarcadores de respuesta a la inmunoterapia, además de ofrecer información sobre posibles resistencias a determinados tratamientos de manera individualizada; es decir, se puede monitorear la respuesta al tratamiento molecularmente y en un futuro estás herramientas podrán detectar de manera temprana y no invasiva el cáncer pulmonar.

Referencias bibliográficas.

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