遺傳變異與腫瘤防治

基因組遺傳變異與腫瘤防治

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院分子腫瘤學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室病因及癌變研究室lindx@大多數(shù)復(fù)雜性疾病是由環(huán)境因素直接作用或通過表遺傳修飾引起遺傳因素通過直接作用或與環(huán)境及表遺傳因素交互作用承擔(dān)重要角色常見復(fù)雜性疾病的病因?qū)W復(fù)雜性疾病遺傳因素表遺傳因素環(huán)境因素基因組研究及其結(jié)果在疾病防治中的應(yīng)用鑒定與疾病或治療療效相關(guān)的基因/遺傳變異基因遺傳變異功能分析遺傳結(jié)構(gòu)檢測致病機(jī)制治療靶點(diǎn)生物標(biāo)志早期診斷個(gè)體化醫(yī)療和預(yù)防預(yù)后預(yù)防優(yōu)化治療4目前對惡性腫瘤發(fā)生的病因?qū)W認(rèn)識環(huán)境因素作用自發(fā)性腫瘤(~15%)純遺傳因素引起(~12%)純環(huán)境因素引起(~3%)基因-環(huán)境交互作用引起(~70%)++遺傳因素作用遺傳因素環(huán)境因素腫瘤病因?qū)W研究的關(guān)鍵問題化學(xué)因素

生物因素

物理因素哪些遺傳因素？哪些與環(huán)境危險(xiǎn)因素交互作用？只有全面闡明腫瘤病因，才能有效推動(dòng)腫瘤的個(gè)體化防治5疾病狀態(tài)GeneticriskfactorsGeneticprotectivefactorsEnvironmentalriskfactors發(fā)病年齡嚴(yán)重程度臨床癥狀可被檢測難以檢測Environmentalprotectivefactors序列變異(0.08%)

●單核苷酸多態(tài)(SNP,群體中頻率1%的突變)結(jié)構(gòu)變異(0.12%)●

2~1,000bp:插入/缺失,倒位,微衛(wèi)星,重復(fù),串聯(lián)重復(fù)等●

1kb~超微觀:拷貝數(shù)變異,節(jié)段重復(fù),微缺失,微易位等●

微觀~次染色體:染色體丟失,染色體插入,染色體易位●

整個(gè)染色體~全基因組:染色體之間易位,異倍體,等人類個(gè)體之間的遺傳變異8影響基因的轉(zhuǎn)錄影響基因產(chǎn)物蛋白的功能影響mRNA剪切和/或穩(wěn)定性影響microRNA結(jié)合和/或mRNA翻譯SNP對基因功能的影響9全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)用高通量方法(如生物芯片)篩查大樣本量病例和對照的遺傳標(biāo)志(如SNP和CNP)比較病例與對照之間遺傳標(biāo)志(SNP或CNP)頻率的差異對有顯著差異(P10-7)的遺傳標(biāo)志進(jìn)行大樣本量的獨(dú)立驗(yàn)證進(jìn)行精細(xì)定位和功能研究Welteretal.NAR20142005-1013年發(fā)表的GWAS、性狀以及SNP-性狀關(guān)聯(lián)的數(shù)量NumberofStudies/TraitsNumberofSNP-TraitAssociation02004006008001000120014001600180020002000400060008000100001200014000160000200520062007200820092010201120122013NHGRIGWACatalog/GWAStudieswww.ebi.ac.uk/fgpt/gwas/PublishedGenome-WideAssociationsthrough12/2013PublishedGWAatp≤5X10-8for17traitcategories近20年本實(shí)驗(yàn)室在腫瘤遺傳學(xué)領(lǐng)域研究產(chǎn)出情況200620072008200920102011201220132014

（/citations）論文被他人引用次數(shù)論文被他人引用年度分布我們主導(dǎo)和參與的腫瘤全基因組關(guān)聯(lián)研究

食管鱗癌：NatGenet2011,2012,

2013,2014胰腺癌：NatGenet2012喉癌：NatGenet2014

胃癌：NatGenet2011淋巴瘤：NatGenet2013肺癌：NatGenet2011,2012女性肺癌：NatGenet2012肝癌：NatGenet2010,2012子宮頸癌：NatGenet2013Impactfactor:35.209(2013)發(fā)現(xiàn)14個(gè)染色體區(qū)域，16個(gè)易感基因或位點(diǎn)我國食管鱗狀細(xì)胞癌的GWAS結(jié)果Wuetal,NatGenet2011;2012;2014全基因組篩查2013病例/2044對照多中心驗(yàn)證8092病例/8620對照3個(gè)GWAS聯(lián)合分析5346病例/5788對照2個(gè)中心驗(yàn)證9654病例/10058對照14易感基因攜帶者不吸煙不飲酒可有效預(yù)防食管癌3.3倍變異基因型+吸煙風(fēng)險(xiǎn)高~2.5倍變異基因型+飲酒風(fēng)險(xiǎn)高3.3倍遺傳變異與吸煙/飲酒交互作用增加食管癌風(fēng)險(xiǎn)Wuetal,NatGenet2011;2012飲酒和吸煙是上呼吸消化道腫瘤最重要的危險(xiǎn)因素三個(gè)中國人群食管鱗癌GWAS的聯(lián)合分析Beijingscan:Wuetal,NatGenet2011Henanscan:Wangetal,NatGenet2010NCIscan:Abnetetal,NatGenet201016聯(lián)合分析又發(fā)現(xiàn)兩個(gè)新的食管癌易感位點(diǎn)5q31.2:rs7447927isasynonymousSNPinTEME173,encodingtransmembraneprotein173.17P13.1:rs1642764isanintronicSNPlocatedinATP1B2,encodingATPase,Na+/K+transporting,b2polypeptide,whichwasjusttelomerictoP53gene.發(fā)現(xiàn)太行山高發(fā)區(qū)人群食管癌易感性與HLA關(guān)聯(lián)2014;46:1001-1006結(jié)果提示高發(fā)區(qū)人群的食管癌可能與某種感染相關(guān)易感基因加吸煙和飲酒等危險(xiǎn)因素構(gòu)建的模型可鑒別70.7%食管癌患者食管癌風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測模型20787個(gè)>45歲的漢族人(10123病例10664對照)吸煙飲酒年齡性別14個(gè)易感基因或位點(diǎn)基因-環(huán)境交互作用4個(gè)預(yù)測模型的ROC曲線圖

運(yùn)用遺傳易感標(biāo)志和環(huán)境因素建立食管癌高危人群的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測模型Changetal,Carcinogenesis2013腫瘤患者的預(yù)后(生存期)存在巨大個(gè)體差異。臨床常用的年齡、性別、腫瘤分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移等指標(biāo)不能完全解釋腫瘤患者的預(yù)后差異，阻礙了精確治療?；蜻z傳變異與食管鱗癌預(yù)后關(guān)聯(lián)的研究發(fā)現(xiàn)影響預(yù)后的分子標(biāo)志，對個(gè)體化治療，提高患者生存率極為需要21研究對象：長達(dá)5年以上隨訪的3293例食管癌患者研究方法：全基因組篩查，二個(gè)研究中心相互驗(yàn)證18q22SLC39A6揭示SLC39A6遺傳變異與食管癌患者生存期相關(guān)22該遺傳變異破壞了轉(zhuǎn)錄抑制因子與SLC39A6基因結(jié)合，使其表達(dá)增高。SLC39A6在食管癌中高表達(dá)，加速癌細(xì)胞增殖和侵襲，導(dǎo)致患者預(yù)后不良。Wuetal.,NatGenet2013;45:632-63823國際同行對SLC39A6與食管癌預(yù)后研究結(jié)果的評論影響因子:10.143評論說：SLC39A6可能成為食管癌的預(yù)后標(biāo)志和治療靶點(diǎn)；SLC39A6是鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，靶向抑制SLC39A6或調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鋅的濃度可能是治療食管癌的有效方法。24研究對象：II/III食管癌，根治性切除術(shù)后預(yù)防性放射治療研究方法：全基因組篩查，獨(dú)立樣本驗(yàn)證，闡明其功能發(fā)現(xiàn)KIT基因遺傳變異與食管癌放療敏感性及預(yù)后相關(guān)25rs11722325A>C變異與食管癌術(shù)后放療生存的關(guān)系020406080100020406080100020406080100020406080100120020406080100120020406080100120SurvivalProbabilitySurvivalProbabilitySurvivalProbabilityAAACCCAAACCCAAACCCDiscoverysampleReplicationsampleCombinedsampleP=0.00005P=0.008P=0.00001SurvivalTime(month)SurvivalTime(month)SurvivalTime(month)26rs11722325變異與食管癌生存相關(guān)的分層分析尋找相關(guān)的基因和功能位點(diǎn)r2=0.77KIT基因rs6554199G>T變異位于KIT基因上游1.6kb，可能是KIT基因調(diào)控區(qū)rs6554199rs11722375rs6554198r2=1.00SurvivalProbability020406080100020406080100020406080100020406080100120SurvivalTime(month)020406080100120SurvivalTime(month)020406080100120SurvivalTime(month)SurvivalProbabilitySurvivalProbabilityGGGTTTGGGTTTGGGTTTrs6554199G>T變異與食管癌術(shù)后放療生存的關(guān)系P=0.0022P=0.0017P=3.6x10-5HR=1.45,95%CI=1.191.78HR=1.72,95%CI=1.212.44HR=1.50,95%CI=1.271.78rs6554198A/G等位基因與核蛋白的相互作用A等位基因和G等位基因序列與核蛋白的結(jié)合模式和能力無顯著差異ProbeBand1Band1NuclearExtractLane12345678910rs655419899Trs65541989Grs6554199Grs6554199T－－10X100X－－－－－100X－－－－－－－100X10X100Xrs6554199T:5′-ACAGAGACCTTTTGTATTTCAGTTC-3′rs6554199G:5′-ACAGAGACCTTTGGTATTTCAGTTC-3′rs6554199G/T等位基因與核蛋白的相互作用A等位基因和G等位基因序列與核蛋白的結(jié)合模式有顯著差異Band1Band2Probe與rs6554199位點(diǎn)結(jié)合的核蛋白質(zhì)譜分析結(jié)果100705540352510kDa015050100PeptideScore543210NumberofMatches(1e+2)NPM:NucleophosminMarkerG-alleleT-alleleNuclearExtractLane1234567NPMp-NPMSp1Oct-1IRF-8Antibodyrs6554199G5′-ACAGAGACCTTTGGTATTTCAGTTC-3′SuppershiftbandProbeBand1NPM抗體抑制核蛋白與rs6554199G序列結(jié)合該結(jié)果與質(zhì)譜分析結(jié)果一致，證明與rs6554199G序列結(jié)合的核蛋白是NPM，尤其是磷酸化NPM(p-NPM)rs6554199G或T驅(qū)動(dòng)的報(bào)告基因活性差異012345KYSE-510KYSE-140GTArbitraryUnits***P>0.01NTNTNTNTNTNTNTNTNTNTACTINKITACTINKITABP<0.001

KIT基因型P<0.001P<0.01食管癌及癌旁中KIT基因表達(dá)差異及其與基因型的關(guān)系P<0.001KIT基因型KIT表達(dá)影響細(xì)胞對放療敏感性1086420OD450Value024487296120Time(h)0Gy-control0Gy-KIT2Gy-control2Gy-KIT4Gy-KIT4Gy-control6Gy-KIT6Gy-control***15036912OD450Value024487296120Time(h)0Gy-control0Gy-KIT2Gy-control2Gy-KIT4Gy-KIT4Gy-control6Gy-KIT6Gy-control****1086420OD450Value024487296120Time(h)0Gy-control0Gy-siRNA2Gy-control2Gy-siRNA4Gy-siRNA4Gy-control6Gy-siRNA6Gy-control**0.010.101.0002468SurvivalFractionControlsiKIT02468ControlKIToverexpressed0.010.101.00SurvivalFractionDose(Gy)Dose(Gy)KYSE-180KYSE-510KYSE-450KYSE-180KYSE-510KITACTINKYSE-180KYSE-510KYSE-450ControlsiKITControlKITControlKITγH2AXACTINKIT24h12h6h2h0hpEZvectorpEZ-KITpEZvectorpEZvectorpEZvectorpEZ-KITpEZ-KITpEZ-KITpEZ-KITpEZvectorTimepostIR(4Gy)0γH2AX/ACTIN0h2h6h12h24hTimepostIR(4Gy)pEZ-vectorpEZ-KITKYSE-510過表達(dá)KIT的食管癌細(xì)胞放射誘導(dǎo)的DNA損傷顯著增加pEZvectorpEZvectorpEZvectorpEZvectorγH2AXACTIN0Gy2Gy4Gy6GyKITpEZ-KITpEZ-KITpEZ-KITpEZ-KITIRDose0Gy2Gy4Gy6GyRadiationDose01.21.5γH2AX/ACTINpEZ-KITpEZ-vector過表達(dá)KIT的食管癌細(xì)胞放射誘導(dǎo)的DNA損傷顯著增加KYSE-5100Gy2Gy4Gy6GypEZ-VectorpEZ-KITγH2AXγH2AXDAPIDAPIMergedMe