Multiscale analysis of metabolic inflammation as a driver of breast cancer

代谢炎症作为乳腺癌驱动因素的多尺度分析

基本信息

  • 批准号:
    10473886
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 66.26万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-09 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Women with breast cancer and co-morbid Type 2 diabetes (T2D) have up to 40% worse overall survival compared to non-diabetic women; this co-morbidity burden is disproportionately high among vulnerable cohorts, such as patients at safety net hospitals in the U.S., where it can affect half of the patient population. Yet, current models of breast tumor progression and immunotherapy are based on data from metabolically healthy cancer patients, ignoring metabolic /inflammatory components of T2D. Preliminary and published data support an overall hypothesis: specific metabolic and immune exhaustion networks in breast cancer patients with co-morbid T2D promote tumor aggressiveness. We propose an innovative multiscale modelling framework to identify these networks by integrating metabolic, inflammatory and immune signatures in multi-omics cancer models encompassing RNA-seq and phosphoproteomics data. We take a systems biology approach to combine innovative computational, clinical and patient-derived tumor organoid experiments to investigate interactions among putative driver genes, T2D and immune exhaustion, with tumor progression/aggressiveness as the primary outcome variable in estrogen receptor-negative (ER-) breast cancer, which has poor prognosis and is highly prevalent among safety net hospital patients. We will model how T2D rewires signaling hubs, nodes and edges in newly diagnosed breast cancer patients, then test these networks in breast organoid models. We will develop a unified model through three Aims: Aim 1: Determine how T2D reprograms immune exhaustion and metabolism in the tumor microenvironment of ER negative (ER-) breast cancer. We will apply RNAseq and scRNAseq to primary ER- breast cancer cells and tumor immune infiltrates to compare three groups of patients (T2D, T2D+ metformin-medicated (T2D+M), non-diabetic (ND) controls) to construct a preliminary network supplemented with TCGA data. Differential gene and pathway analyses will elucidate regulatory relationships and key hubs. We hypothesize that the connectivity of the ER- cluster in T2D will be altered and denser than in ND or T2D+M. Aim 2: We will generate patient-derived organoids, including organoid-primed T cells (OpT), to test the computational model for metabolism and immune checkpoints. We will evaluate mechanistic hypotheses that T2D medications, immune checkpoint-blocking antibodies and chemical inhibitors of BET bromodomain proteins (which regulate checkpoint expression) overcome immune exhaustion to improve OpT cell metabolism and tumor cell killing. TCR sequencing will reveal emergent OpT oligoclonality; deep immunophenotyping will reveal T2D-driven signaling networks. Aim 3: Determine abnormal signaling networks impacting cancer immunity in organoid and OpT models. We will perform deep phosphoproteomic profiling of primary tumors, organoids, circulating T cells and OpT cells, from the three metabolic groups, then use pathway projection and network analyses to refine our integrated model. Together, our unique systems biology approach will capture the complex interactions among tumor, immune infiltrates and metabolic genes to address the cancer burden of T2D.
患有乳腺癌和共病 2 型糖尿病 (T2D) 的女性的总体生存率较差 40% 与非糖尿病女性相比;这种共病负担在弱势群体中尤为严重, 例如美国安全网络医院的患者,它可能影响到一半的患者群体。然而,目前 乳腺肿瘤进展和免疫治疗模型基于代谢健康癌症的数据 患者,忽略 T2D 的代谢/炎症成分。初步和已发布的数据支持总体 假设:合并 T2D 的乳腺癌患者存在特定的代谢和免疫衰竭网络 促进肿瘤的侵袭性。我们提出了一个创新的多尺度建模框架来识别这些 通过在多组学癌症模型中整合代谢、炎症和免疫特征来构建网络 涵盖 RNA-seq 和磷酸蛋白质组学数据。我们采用系统生物学方法来结合 创新的计算、临床和患者来源的肿瘤类器官实验来研究相互作用 在假定的驱动基因、T2D 和免疫衰竭中,肿瘤进展/攻击性是 雌激素受体阴性 (ER-) 乳腺癌的主要结局变量,其预后较差,且 在安全网医院患者中非常普遍。我们将模拟 T2D 如何重新连接信号集线器、节点和 新诊断的乳腺癌患者的边缘,然后在乳腺类器官模型中测试这些网络。我们将 通过三个目标开发统一模型: 目标 1:确定 T2D 如何重新编程免疫衰竭和 ER阴性(ER-)乳腺癌肿瘤微环境中的代谢。我们将应用 RNAseq 和 scRNAseq 对原发性 ER-乳腺癌细胞和肿瘤免疫浸润进行比较三组患者 (T2D、T2D+ 二甲双胍治疗 (T2D+M)、非糖尿病 (ND) 对照)构建初步网络 补充了 TCGA 数据。差异基因和通路分析将阐明调控关系 和关键枢纽。我们假设 T2D 中 ER 簇的连接性将发生改变,并且比 T2D 中的更密集。 ND 或 T2D+M。目标 2:我们将生成源自患者的类器官,包括类器官引发的 T 细胞 (OpT),以 测试代谢和免疫检查点的计算模型。我们将评估机制假设 T2D 药物、免疫检查点阻断抗体和 BET 溴结构域化学抑制剂 蛋白质(调节检查点表达)克服免疫衰竭,改善 OpT 细胞代谢 和肿瘤细胞杀伤作用。 TCR 测序将揭示新出现的 OpT 寡克隆性;深度免疫表型分析将 揭示 T2D 驱动的信号网络。目标 3:确定影响癌症免疫的异常信号网络 在类器官和 OpT 模型中。我们将对原发性肿瘤、类器官、 来自三个代谢组的循环 T 细胞和 OpT 细胞,然后使用通路投影和网络 分析以完善我们的集成模型。我们独特的系统生物学方法将共同捕获复杂的 肿瘤、免疫浸润和代谢基因之间的相互作用,以解决 T2D 的癌症负担。

项目成果

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