Informatie

Genen waarbij zowel een invaliderende mutatie als kopienummerversterking verschillende genetische ziekten veroorzaken


Ik probeer een lijst te maken van zulke genen, omdat ze strak gereguleerd moeten worden. MeCP2 is er één - het veroorzaakt het Rett-syndroom met een invaliderende mutatie, maar veroorzaakt het MeCP2-duplicatiesyndroom als het aantal kopieën is verhoogd. Kent iemand nog anderen?


Genen waarbij zowel een invaliderende mutatie als kopienummerversterking verschillende genetische ziekten veroorzaken - Biologie

Belangenverstrengeling Deze auteurs onthullen het volgende: Josep M. Llovet is adviseur voor Bayer, BMS, Lilly, Blueprint, Celsion, GSK en Boehringer-Ingelheim, en heeft onderzoeksbeurzen ontvangen van Bayer, BMS, Blueprint en Boehringer-Ingelheim. Jessica Zucman-Rossi is adviseur voor IntraGen. De overige auteurs onthullen geen conflicten.

Financiering Jessica Zucman-Rossi heeft subsidie ​​van de Ligue Contre le Cancer en de INCa met het ICGC-project. Josep M. Llovet ontving subsidies van het Kaderprogramma 7 van de Europese Commissie (Heptromic, voorstelnummer 259744), de Samuel Waxman Cancer Research Foundation, het Grant I+D-programma (SAF2013-41027) en de Asociación Española Contra el Cáncer (AECC).

Vetgedrukte auteursnamen duiden gedeeld co-eerste auteurschap aan.


Achtergrond

Aneuploïdie, het fenomeen dat genomen chromosomale fragmenten verwerven of verliezen, is causaal betrokken bij een grote verscheidenheid aan menselijke ziekten zoals neuropsychiatrische stoornissen en kanker [1,2,3]. Genetische en fenotypische plasticiteit als gevolg van aneuploïdie-evolutie veroorzaakt behandelingsresistentie en ziekterecidief [4,5,6], wat de huidige geneeskunde fundamenteel uitdaagt. Recente studies hebben aangetoond dat niet alleen ziekteweefsels, maar ook pathologisch normale weefsels een hoge mate van somatische mozaïekismen kunnen bevatten (bijvoorbeeld perifeer bloed [7] en slokdarm [8]). Daarom wordt het in de genoomgeneeskunde steeds belangrijker om te bepalen welke kopienummerveranderingen (CNA's) pathogenese veroorzaken en welke deel uitmaken van normale variaties, vooral voor kanker [9, 10].

Er zijn verschillende pogingen gedaan om uitgebreide kennis te verkrijgen van CNA's die verantwoordelijk zijn voor kankerdiagnostiek, prognoses en gerichte therapieën. Systematische CNA-analyse in meer dan 10.000 primaire tumormonsters in de kankergenoomatlas (TCGA) en 2500 monsters in het International Cancer Genome Consortium (ICGC) onthulden verschillende CNA-landschappen in verschillende kankertypes [11,12,13]. Vergelijking van CNA's tussen autologe tumoren verkregen in verschillende stadia van verschillende histologie onthulde dat CNA's cruciaal zijn voor tumorevolutie in tijd en ruimte. Studies op basis van bulkweefselmonsters kunnen echter niet volledig de geschiedenis van tumorevolutie weergeven, die plaatsvindt in eencellige resolutie [14], en hebben dus een beperkte kracht om de bijbehorende genetische drivers te ontdekken.

Recente ontwikkelingen in eencellige DNA-sequencing (bijv. op tagmentatie gebaseerde benadering [15] en eencellige CNV-oplossing door de 10x Genomics) hebben grootschalige acquisitie van single-cell copy number (SCCN)-profielen mogelijk gemaakt in tienduizenden van cellen met een resolutie van ongeveer 100 kb (

0,1X sequencingdekking per cel) [16,17,18,19]. Andere platforms zoals single-cell RNA-sequencing [20, 21] en single-cell ATAC-sequencing [22] zijn ook gebruikt voor SCCN-profilering. Er is een reeks bio-informatische hulpmiddelen ontwikkeld om SCCN-profielen aan te roepen, waarbij rekening wordt gehouden met verschillende verstorende factoren [23,24,25].

Deze SCCN-profielen presenteren niet alleen een rijke pool van genetische verstoringen die onzichtbaar zijn op weefselniveau, maar versterken ook de reconstructie van cellulaire afstamming, op basis waarvan de impact van een allel op cellulaire fitness kan worden gemeten. Statistische benaderingen die het traceren van cellulaire afstamming integreren met populatiegenetische analyse [26] kunnen dus de ontdekking van nieuwe ziektegenen en mechanismen van ziekteprogressie mogelijk maken.

Tot dusverre hebben studies die retrospectieve afstammingstracering uitvoeren op basis van eencellige gegevens grotendeels gebruik gemaakt van fylogenetische benaderingen die zijn ontworpen om de evolutie van soorten te modelleren, die behoorlijk verschilt van cellulaire evolutie in termen van duur, schaal, genetica en dynamiek [27, 28]. Veel bestaande fylogenetische benaderingen gaan ervan uit dat genomische sites onafhankelijk evolueren en volgen de zogenaamde oneindige site-aanname (ISA) [29]. Maar in de context van aneuploïdie kan een genoomplaats vaak herhaaldelijk worden gewijzigd door verschillende CNA's, deels als gevolg van beperkingen op genoom- en chromatinestructuren, eigenschappen van DNA-replicatie / -reparatie [30] en functionele selectie. Om conventionele maximale spaarzaamheidsbenaderingen op SCCN-gegevens toe te passen, moet men genomische regio's oversegmenteren en kopienummers weergeven als tekens in onsamenhangende intervallen, wat de eigenschappen van DNA's slecht weergeeft en de neiging tot evolutie in verschillende kopienummerstaten vervormt. Andere conventionele methoden die gebruik maken van Euclidische, Hamming- of correlatieafstanden geven ook een slecht beeld van de segmentale, niet-lineaire aard van CNA-evolutie [31], wat leidt tot onnauwkeurige gevolgtrekking van boomtopologie en taklengtes.

Er zijn een paar nieuwe fylogenetische benaderingen ontwikkeld om deze beperkingen aan te pakken door de introductie van een nieuwe afstandsmetriek genaamd Minimal Event Distance (MED), die het minimale aantal en de reeks winsten of verliezen op één kopie postuleert die nodig zijn om het ene genoom naar het andere te evolueren . In het bijzonder leidt het MEDICC [32]-algoritme een fylogenetische boom met het aantal kopieën af uit de allelische kopie-aantalprofielen van een reeks monsters. Het probleem is echter NP-hard [33]. Zelfs de vereenvoudigde oplossingen kunnen worden toegepast op slechts tientallen genomen en zijn niet schaalbaar naar de huidige eencellige datasets die uit duizenden cellen bestaan. Zeira et al. [34] stelde een lineaire-tijdoplossing voor het probleem voor op basis van een integer lineaire programmering (ILP) formulering, maar er werd geen tool vrijgegeven.

Het hebben van de nieuwe afstands- en efficiënte boominferentie-algoritmen was een goede stap voorwaarts, maar het blijft onduidelijk hoe functionele varianten kunnen worden geïdentificeerd, gezien een celfylogenetische boom. Intuïtief zouden functionele varianten die de cellulaire fitheid beïnvloeden, moeten leiden tot veranderde variant-allelfrequenties in de afstammelingenpopulaties, zoals geïmpliceerd door eerdere multiregionale tumorfylogenetische studies [10, 35]. Er zijn echter geen wiskundige procedures [28, 31] ontwikkeld om de impact van een genomische wijziging op een fylogenetische boom te kwantificeren, rekening houdend met schaarste in celpopulatiebemonstering, multipliciteit in subset-partitionering en neiging van de wijziging op een bepaalde genomische locatie , enz. [36]


Resultaten

Overzicht van DriverNet-aanpak

We ontwikkelden een nieuwe, geïntegreerde algoritmische benadering (DriverNet) om populatiegebaseerde genomische en transcriptomische ondervragingen van tumor(sub)types te analyseren voor identificatie van pathogene drivermutaties. Onze benadering relateert genomische afwijkingen aan verstoorde transcriptionele patronen, geïnformeerd door bekende associaties of interacties tussen genen. De volledige details van het algoritme worden beschreven in de Online Methoden, maar zullen hier kort worden samengevat. Schematisch weergegeven in figuur 1C, formuleert DriverNet associaties tussen mutaties en expressieniveaus met behulp van een tweedelige grafiek waarin knooppunten zijn: i) de set genen die de mutatiestatus vertegenwoordigen (de linkerpartitie van de grafiek) en ii) de set genen die de buitenste expressie vertegenwoordigen status bij elk van de patiënten (de rechterpartitie van de grafiek). Voor elke patiënt wordt een rand getekend tussen de knopen op de linker- en rechterpartitie van de grafiek als aan de volgende drie voorwaarden is voldaan: i) gen G l is gemuteerd in patiënt P van de populatie (groene knopen op de linker partitie van de grafiek) ii) gen G J vertoont afwijkende expressie bij patiënt P (rode knopen op de rechter partitie van de grafiek) en iii) G l en G J waarvan bekend is dat ze interageren volgens route- of genenset-databases (een 'invloedgrafiek' na [18]). Onze methode gebruikt vervolgens een hebzuchtige optimalisatiebenadering om zoveel mogelijk knooppunten op de rechterpartitie van de bipartiete grafiek uit te leggen met behulp van het minste aantal knooppunten op de linkerpartitie van de grafiek, zodat de genen die het hoogste aantal afgelegen expressiegebeurtenissen verklaren (voor voorbeeld, G2 in figuur 1C) zijn genomineerd als vermoedelijke driver-genen. Ten slotte passen we statistische significantietests toe op deze kandidaten op basis van nulverdelingen op basis van stochastische resampling.

Gegevenssets

Voor onze analyse hebben we vier openbaar beschikbare datasets gebruikt die genoom- en transcriptoomgegevens van verschillende tumortypen bevatten (tabel 1). Gedetailleerde beschrijvingen van de analyse van de datasets en voorbewerkingsworkflows zijn te vinden in Aanvullend bestand 1. De GBM-dataset vertegenwoordigt het aantal kopieën, mutaties en expressiegegevens voor 120 glioblastoma multiforme-patiënten [6] afkomstig van het TCGA-portaal [19]. Merk op dat de gevallen met zowel mutatie- als kopienummergegevens in deze dataset zijn opgenomen. De METABRIC-dataset [20] vertegenwoordigt wijzigingen in het aantal kopieën en bijbehorende genexpressiegegevens voor 997 borstkankerpatiënten. TN vertegenwoordigt de gevalideerde mutaties, het aantal kopieën en de expressiegegevens voor 66 triple-negatieve borstkankerpatiënten [11]. De TCGA HGS-dataset bevat mutaties, kopienummers en expressiegegevens voor 304 patiënten met hooggradige sereuze eierstokkanker [7] die afkomstig zijn van het TCGA-portaal. Net als de GBM-dataset hebben we alleen de gevallen opgenomen die zowel mutatie- als kopienummergegevens bevatten. De workflow voor gegevensanalyse wordt schematisch weergegeven in aanvullend bestand 2. De GBM2-, TN2- en HGS2-gegevenssets vertegenwoordigen alleen mutaties en genexpressiegegevens voor respectievelijk 140, 66 en 307 glioblastoom-, drievoudig-negatieve en hoogwaardige sereuze eierstokkankerpatiënten.

Prestatiebenchmarkanalyse stelt DriverNet vast als een gevoelig en specifiek algoritme

In de praktijk zijn kwantitatieve metingen met standaard gevoeligheids-/specificiteitsbenchmarktechnieken onpraktisch bij gebrek aan grondwaarheid. Vanwege de beschikbaarheid van goed bestudeerde kankergendatabases, waaronder de kankergentelling (CGC) [21] en de catalogus van somatische mutaties in kankergegevenssets (COSMIC) [22], wilden we prestatiestatistieken benaderen en vergelijken DriverNet met de volgende twee concurrerende methoden: i) een methode beschreven door Masica en Karchin [14], die gebruikmaakt van op correlatie gebaseerde statistieken gevolgd door een Fisher exact-test om mutaties te associëren met genexpressiepatronen (aangeduid als 'Fisher', zie aanvullende bestand 1), ii) een methode beschreven in Youn en Simon [5], die drivergenen identificeert op basis van de achtergrondmutatiesnelheid, functionele impact op eiwitten en redundantie in genetische code (aangeduid als 'Frequentie'). In overeenstemming met beide hierboven genoemde benaderingen, hebben we kopienummergegevens uit de analyse verwijderd en de vergelijkingen beperkt tot alleen mutatiegegevens (GBM2, TN2 en HGS2, tabel 1), wat resulteerde in de uitsluiting van de METABRIC-dataset omdat deze kopienummeraberratie bevatte alleen gegevens. We gebruikten als volgt twee systematische maatstaven voor benchmarking: i) het onderzoeken van het aandeel voorspellingen gevonden in de Cancer Gene Census (CGC)-database [21] ii) het onderzoeken van de prevalentie van somatische mutaties van kandidaatgenen in overeenstemming met de COSMIC-database, uitgaande van genen met hogere mutatieprevalentie in de overeenkomstige patiëntenpopulatie van interesse in COSMIC (glioblastoom-, borst- en eierstokkanker) zijn waarschijnlijker bestuurdersgenen. Theoretisch zou deze maatregel de frequentiebenadering moeten bevoordelen.

Om de specificiteit systematisch te evalueren, vergeleken we het aandeel voorspellingen dat aanwezig was in CGC als een functie van afnemende gevoeligheidsdrempels (Figuur 2A, B, C) voor alle drie de methoden. We hebben ook gekeken naar de cumulatieve verdeling van mutatieprevalentie in de COSMIC-database voor alle drie de datasets (Figuur 2D, E, F). Over het hele bereik van de topvoorspellingen die door DriverNet werden uitgevoerd, was de overeenstemming met CGC altijd hoger dan voor Fisher en Frequency in de GBM2- en TN2-datasets. Voor HGS2 presteerden DriverNet en de Frequency-benadering beter dan de Fisher-methode. De cumulatieve prevalentie in de COSMIC-dataset was hoger voor DriverNet in vergelijking met de andere twee benaderingen in het hele bereik van de topvoorspellingen, met Frequentie op de tweede plaats. DriverNet heeft dus veel minder voorspellingen nodig om de meeste drivers in de dataset vast te leggen, wat wijst op een hogere relatieve specificiteit.

DriverNet prestatiebenchmarking met de GBM2-, HGS2- en HGS2-datasets. (AC) Overeenstemming met Cancer Gene Census voor DriverNet, Frequency-based en Fisher-based benaderingen als een functie van de top N gerangschikte genen (van de 200) voor respectievelijk de GBM2-, TN2- en HGS2-datasets. (D-F) Overeenstemming met de COSMIC-database (cumulatieve verdeling van mutatieprevalentie in de COSMIC-database) voor DriverNet, Frequency-based en Fisher-based benaderingen als functie van de top N gerangschikte genen (van de 200) voor respectievelijk de GBM2-, TN2- en HGS2-datasets. Merk op dat DriverNet voor de GBM2-dataset 113 genen nomineert als kandidaat-drivers, daarom is de overeenstemming van DriverNet-genen met de Cancer Gene Census uitgezet voor de 113 kandidaten.

Voor GBM2 (alleen mutaties) identificeerde de frequentiemethode acht genen: EGFR, IDH1, NF1, PIK3R1, PTEN, RB1, TP53, en FKBP9 zoals significant veranderd met zeven van deze gevonden in CGC (aanvullend bestand 3). In totaal identificeerde DriverNet 34 genen (P < 0,05) inclusief zeven van de genen die zijn genomineerd door de frequentiegebaseerde benadering (aanvullend bestand 4). Verschillende genen gevonden in CGC (PIK3C2G, MDM2, BCR, ERBB2, DDIT3, FGFR1, BRCA2, MET, en PDGFRA) behoorden ook tot de top 34 genen genomineerd door DriverNet. We hebben gedetecteerd LEERDE KENNEN als het 29e gerangschikte gen (P = 0,002, gemuteerd in drie gevallen), wat werd gerapporteerd in [1], wat suggereert dat het over het hoofd is gezien door de frequentiemethode, die dit gen als de 93e rangschikte.

Voor TN2 (alleen mutatie, geen kopienummer), identificeerde de frequentiemethode vijf genen: PIK3CA, RB1, TP53, PTEN, en MYO3A als significant veranderde genen door mutatie, waarvan er vier werden gevonden in CGC (aanvullend bestand 5). In totaal identificeerde DriverNet 59 genen met P < 0,05, waarvan vier genomineerd door de Frequentiegerichte aanpak (Aanvullend dossier 6). Een DriverNet-voorspelling die niet wordt geïdentificeerd door de meegeleverde frequentiebenadering JAK1 (P = 0, 13e gerangschikt, in één geval gemuteerd), wat een sleutelrol speelt bij de prolactinesignalering, die betrokken is bij borstkanker [23, 24].

Voor HGS2 (alleen mutatie, geen kopienummer), de frequentiemethode geïdentificeerd CSMD3, BRCA1, BRCA2, en TP53 als significant veranderde genen, waarvan er drie werden gevonden in CGC (aanvullend bestand 7). DriverNet geïdentificeerd BRCA1, BRCA2, en TP53 naast CGC-genen, KRAS, PTEN, KIT, NRAS, RPN1, RB1, PIK3CA, CLTCL1, ATIC, CREBBP, MET, PPP2R1A, CLTC, CTNNB1, BRAF, en TSHR (Extra bestand 8). BRAF, PIK3CA, KRAS, en NRAS zijn bekende oncogene drivers en benadrukken de kracht van integratie van expressiegegevens om belangrijke maar zelden gemuteerde genen te benoemen. Bovendien is het bekende tumorsuppressorgen, PTEN, behoorde tot de topgenen in DriverNet (11e), maar werd over het hoofd gezien door de Frequency-methode, die dit gen op de 525e plaats zette.

Onregelmatige mutaties die transcriptienetwerken moduleren, zijn prominent aanwezig in datasets op populatieniveau

Vervolgens probeerden we de prevalentie van zeldzame bestuurders vast te stellen in alle vier datasets die over het hoofd werden gezien door op frequentie gebaseerde benadering van voorspelling van bestuurders. We identificeerden 'zeldzame' significante drijfveren (P < 0,05) waarbij het gen van interesse in < 2% van de gevallen werd opgeheven door mutatie of kopie-nummerwijziging (CNA). Vanwege onbekende grondwaarheid met betrekking tot werkelijke stuurprogramma's, beperken we de presentatie tot die genen die ook in de CGC worden aangetroffen. Dit resulteerde in 22 genen in METABRIC, 13 genen in HGS, 1 gen in TN en 2 genen in GBM (Tabel 2). De zeldzame stuurprogramma's in METABRIC waren: PTEN, RB1, MDM2, MYC, CDKN2A, CLTC, CREBBP, GNAS, EGFR, CCNE1, EP300, CBL, PIK3R1, JAK2, TP53, NUP98, PIK3CA, IDH2, KRAS, en TRA@. Beide PIK3CA (twee gevallen met versterkingen op hoog niveau) en PIK3R1 (twee gevallen met homozygote deleties) waren in 0,19% van de gevallen veranderd, en vertoonden toch bewijs van het aansturen van expressieniveaus van de verbonden genen naar de staarten van de expressiedistributie. Interessant genoeg identificeerden we zeven gevallen (0,67%) met homozygote deleties in TP53 (locus 17p13.1) samenvallend met afgelegen expressie in MAPK- en Wnt-signaleringsroutes (aanvullende bestanden 9 en 10). Functieverlies van TP53 wordt doorgaans geassocieerd met mutatie, maar deze resultaten suggereren dat in zeldzame gevallen homozygote deleties het mechanisme kunnen zijn waardoor TP53 gaat verloren bij borstkanker.

In HGS vonden we 13 genen die zeldzame aanjagers waren, ook gevonden in CGC (AKT2, KIT, NRAS, RPN, PIK3CA, CREBBP, PPP2R1A, ATIC, CLTCL1, MET, MAP2K4, ETV1, en EP300) (Tafel 2). Intrigerend, KIT (1,97% van de gevallen) en NRAS (0,66% van de gevallen) werden gedetecteerd als bestuurders (P = 2E-4 en 9E-4, respectievelijk Extra bestanden 11 en 12) waarbij KIT is gemuteerd in melanomen, gastro-intestinale stromale tumoren, volwassen patiënten met acute myeloïde leukemie en vele andere tumortypen met een hoge frequentie en is het doelwit van de kinaseremmer Imatinib. De mutaties in NRAS (meestal geassocieerd met melanomen, multipele myelomen, acute myeloïde leukemie en schildklierkanker) waren in beide gevallen de Q61R-hotspotmutatie in het Ras-domein. Beide KIT en NRAS mutaties werden over het hoofd gezien als driver-mutaties door de op frequentie gebaseerde benadering (aanvullend bestand 7). Dit illustreert de verhoogde gevoeligheid van DriverNet bij het identificeren van zeldzame bestuurders in de populatie. Interessant is dat mutaties die doorgaans worden geassocieerd met lagere graad (Type I) eierstokkankers, zoals: PIK3CA (0,66% gevallen gemuteerd) en CTNNB1 (0,6% gevallen gemuteerd) werden ook genomineerd als bestuurders, ondanks dat ze een extreem lage frequentie hadden. De twee PIK3CA mutaties waren beide in bekende, activerende hotspots, E545K en H1047R. We suggereren dat deze (vier afzonderlijke) gevallen mogelijk histologisch verkeerd gediagnosticeerde eierstokkankers zijn. Deze gevallen vormen een belangrijke anekdote omdat veel tumorpopulaties zeldzame mutaties bevatten die afwijkende expressieprofielen creëren. Type I eierstokkankers vertonen aanzienlijk verschillende expressieprofielen in vergelijking met Type II hooggradige sereuze kankers [25]. Als deze gevallen inderdaad niet-serieus zijn, zou het niet verrassend zijn, gezien de DriverNet-formulering van integratie van genomische en transcriptomische profielen, dat deze zeldzame mutaties veel uitschieters zouden dekken. Daarnaast merken we op dat de eerder genoemde MAP2K4 als een zeldzame bestuurder met een mutatie in één geval en homozygote deleties in twee gevallen, en de aanwezigheid van ETV1, die doorgaans bekend staan ​​om hun genfusies, worden vermeld als een van de zeldzame drijfveren in de HGS-ovariële gegevens. Ten slotte hebben we een kruisverwijzing naar de lijst met genen gemaakt P < 0,05 met Cheung et al. [26] (een lijst van genen met genetische kwetsbaarheden in kankercellijnen) en merkte op dat: ALG8 en CCNE1 overlapt.

In de TN- en GBM-datasets waren de resultaten schaarser. In de TN-dataset was slechts één gen een zeldzame driver die ook in CGC zat: JAK1 met een mutatie die in een enkel geval voorkomt (tabel 2). JAK1 geassocieerde uitbijters werden verrijkt voor EGFR1-signalering (aanvullende bestanden 13 en 14), wat suggereert dat de mutatie stroomafwaartse effecten heeft op een belangrijk oncogeen signaleringsnetwerk. In de GBM-dataset zijn twee genen, namelijk: KRAS en AKT1, waren zeldzame bestuurders en werden ook gevonden in CGC. KRAS geassocieerde uitbijters werden verrijkt voor MAPK- en PDGFR-signalering en AKT1 uitbijters werden verrijkt voor FoxO-familiesignalering (aanvullende bestanden 15 en 16). AKT-activering wordt geassocieerd met veel maligniteiten, waarbij AKT gedeeltelijk werkt door FoxO-tumorsuppressoren te remmen [27]. Gezamenlijk wijzen onderzoeken naar zeldzame stuurprogramma's in METABRIC, HGS, TN en GBM erop bonafide, maar zeldzame drivermutaties, die waarschijnlijk zouden worden weggelaten door methoden die genomische aberraties onderzoeken door selectie of frequentieanalyse. Deze resultaten geven aan dat zeldzame driver-mutaties die expressienetwerken moduleren een betekenisvolle component vormen van het landschap van transcriptionele variatie toegeschreven aan het somatische genoom, en dus niet over het hoofd mogen worden gezien bij de uitgebreide opsomming van driver-mutaties in studies op populatieniveau.

Veranderingen in het aantal genomische kopieën die bekende oncogenen herbergen, moduleren tegelijkertijd metabole routes

Vervolgens onderzochten we patronen van gemoduleerde expressie geassocieerd met drivers die voorkomen binnen dezelfde amplificatie op hoog niveau of homozygote deletie. Verrassend genoeg merkten we vier voorbeelden op in de METABRIC- en GBM-datasets waarbij genen proximaal van bekende drivers en binnen dezelfde genomische kopienummerverandering bewijs vertoonden voor het veranderen van de expressie van metabole routes, exclusief bekende oncogene of tumorsuppressorpadmodulatie (Figuur 3). PNMT codeert voor het fenylethanolamine N-methyltransferase-enzym en bevindt zich ongeveer 20 Kb centromeer tot ERBB2 met één tussenliggend gen. ERBB2, geamplificeerd in ongeveer 15-20% van de borstkankers, is een bekende, doelgerichte membraangebonden groeifactorreceptor die in de klinische praktijk effectief wordt geremd door trastuzumab. de nabijheid van PNMT tot ERBB2 resulteert in bijna alle gevallen in co-amplificatie van beide genen (82/83 gevallen met high-level amplificatie van ERBB2 (Aanvullend bestand 10)). PNMT was de best gerangschikte bestuurder in onze analyse (ERBB2 was rang 3). Toen we de uitbijtergenen onderzochten die geassocieerd zijn met ERBB2 en PNMT, ERBB2-geassocieerde uitbijtergenen waren, zoals verwacht, verrijkt voor Erbb-signalerings- en EGF-signaleringsroutes. PNMT-geassocieerde uitschieters werden verrijkt voor niet-oncogene biosyntheseroutes van macromoleculen, waaronder metabole routes en tyrosinemetabolisme (Figuur 3A). De gelijktijdige modulatie van oncogene en metabole routes werd ook gevonden in andere amplificaties op hoog niveau in METABRIC, waaronder de 11q14-amplificatie van PAK1 en NDUFC2 (Aanvullend bestand 10). PAK1 (27 gevallen met versterkingen op hoog niveau) toont bewijs van autorijden EGFR signalering (Figuur 3B) en vooral scheidt met een slecht resultaat ER-positief subtype zoals gerapporteerd in [20]. NDUFC2 (30 gevallen met versterkingen op hoog niveau), stroomafwaarts van PAK1 met ongeveer 660 Kb, codeert voor een NADH-dehydrogenase-enzym. Uitschieters geassocieerd met NDUFC2 werden geassocieerd met metabole routes en een oxidatieve fosforyleringsroute: een metabolische route die energie gebruikt die vrijkomt bij de oxidatie van voedingsstoffen om adenosinetrifosfaat te produceren (Figuur 3B).

Gelijktijdige modulatie van metabole routes bij wijzigingen in het aantal kopieën die bekende oncogenen herbergen. EnrichmentMap [32]-diagrammen die Reactome-routes weergeven die zijn verrijkt in de reeks uitbijters die zijn geassocieerd met paren van genen die samen worden versterkt of verwijderd. In elk paar is één gen een bekende tumorsuppressor of oncogen, terwijl het andere een metabolismegen is. Pathways worden weergegeven als verbonden knooppunten in een grafiek waarbij de grootte van het knooppunt het aantal genen in het pad aangeeft. Randen tussen knooppunten geven genen aan die beide paden gemeen hebben, waarbij de dikte van de rand de mate van overlap vertegenwoordigt. Over het algemeen werd er weinig overlap waargenomen tussen metabole drivers en oncogene/tumor-suppressor drivers. (EEN) PNMT en ERBB2 co-geamplificeerde genen op de chr17q12-locus bij borstkanker. (B) PAK1 en NDUFC2 co-geamplificeerde genen op de 11q14-locus bij borstkanker. (C) CDKN2A en MTAP co-verwijderde genen op chr9p21.3 in GBM.

Een vergelijkbaar patroon van gelijktijdige modulatie van metabole routes door de kopie-aantalveranderingen die bekende oncogenen herbergen, werd waargenomen in GBM-gegevens. Het cycline-afhankelijke kinase CDKN2A en de methylthioadenosinefosforylase MTAP zijn gescheiden door ongeveer 100 Kb en zijn aangrenzende genen. MTAP (DriverNet rang 3) en bekende tumoronderdrukker CDKN2A (DriverNet rang 4) is bekend als mede-verwijderd en ze werden als zodanig waargenomen in onze analyse. We observeerden 53 gevallen met homozygote deleties in CDK2NA met bijbehorende co-verwijdering van MTAP in alle gevallen (Aanvullend dossier 16). In twee extra gevallen met CDKN2A puntmutaties, MTAP bleek niet te zijn gemuteerd of verwijderd. De verrijkte paden van de CDK2NA-geassocieerde uitschieters waren onder meer celcyclus, p53-signalering en het FOXM1-transcriptiefactornetwerk. De enige significante verrijkte route van met MTAP-deletie geassocieerde uitschieters was de metabole route (Figuur 3C).

We onderzochten PNMT-, NDUFC2-, en MTAP- geassocieerde afgelegen genen die deel uitmaakten van metabole routes en ook ERBB2-, PAK1-, en CDKN2A-geassocieerde afgelegen genen die gerelateerd waren aan de oncogene/tumor suppressor routes. Afgelegen genen gerelateerd aan metabole routes en oncogene / tumorsuppressorroutes werden verdeeld over ongelijksoortige loci in het genoom, waardoor co-amplificatie als oorzaak voor de waargenomen signalen werd geëlimineerd (aanvullend bestand 17).

De resultaten van metabole genen die samen worden aangetast met oncogene en tumorsuppressorgenen suggereren sterk dat ten minste een deel van de verstoring van de metabole route bij kanker mechanistisch kan worden toegeschreven aan somatische afwijkingen in het genoom. Bovendien geven onze resultaten de intrigerende mogelijkheid aan dat genomische afwijkingen met bekende oncogene / tumorsuppressor-drivers worden geselecteerd vanwege oncogene routemodulatie in combinatie met niet-overlappende metabole routemodulatie.


Referenties

Iafrate, A.J. et al. Detectie van grootschalige variatie in het menselijk genoom. Natuur Genet. 36, 949–951 (2004).

Kidd, J.M. et al. In kaart brengen en sequencen van structurele variatie van acht menselijke genomen. Natuur 453, 56–64 (2008).

Korbel, J.O. et al. Paired-end mapping onthult uitgebreide structurele variatie in het menselijk genoom. Wetenschap 318, 420–426 (2007).

Redon, R. et al. Wereldwijde variatie in kopie-aantal in het menselijk genoom. Natuur 444, 444–454 (2006). Een onderzoek van 270 individuen uit de menselijke HapMap-monsters met behulp van SNP-arrays en vergelijkende genomische hybridisatie.

Sebat, J. et al. Grootschalig kopie-aantal polymorfisme in het menselijk genoom. Wetenschap 305, 525–528 (2004).

Wong, K.K. et al. Een uitgebreide analyse van veelvoorkomende variaties in kopienummers in het menselijk genoom. Ben. J. Hum. Genet. 80, 91–104 (2007).

Bruder, C.E.G. et al. Fenotypisch concordante en discordante monozygote tweelingen vertonen verschillende DNA-kopie-aantal-variatieprofielen. Ben. J. Hum. Genet. 82, 1–9 (2008).

Piotrowski, A. et al. Somatisch mozaïekisme voor variatie in kopienummers in gedifferentieerde menselijke weefsels. Brommen. Mutaat. 29, 1118–1124 (2008).

Beckmann, J.S., Estivill, X. & Antonarakis, S.E. Kopieernummervarianten en genetische eigenschappen: dichter bij de resolutie van fenotypische tot genotypische variabiliteit. Natuur Rev. Genet. 8, 639–646 (2007).

Dumas, L. et al. Variatie in het aantal kopieën van genen verspreid over 60 miljoen jaar evolutie van mens en primaat. Genoom onderzoek. 17, 1266–1277 (2007). Dit artikel beschrijft de geschiedenis van variatie in kopienummers door de evolutie van de primatenlijn.

Nahon, J.L. Geboorte van 'mens-specifieke' genen tijdens de evolutie van primaten. Genetica 118, 193–208 (2003).

Bailey, J. A. & Eichler, E. E. Segmentale duplicaties van primaten: smeltkroezen van evolutie, diversiteit en ziekte. Natuur Rev. Genet. 7, 552–564 (2006).

Stankiewicz, P., Shaw, C.J., Withers, M., Inoue, K. & Lupski, J.R. Seriële segmentale duplicaties tijdens de evolutie van primaten resulteren in complexe menselijke genoomarchitectuur. Genoom onderzoek. 14, 2209–2220 (2004).

Marques-Bonet, T. et al. Een uitbarsting van segmentale duplicaties in het genoom van de voorouder van de Afrikaanse mensapen. Natuur 457, 877–881 (2009).

Inoue, K. & Lupski, J.R. Moleculaire mechanismen voor genomische aandoeningen. Ann. Rev. Genomics Hum. Genet. 3, 199–242 (2002).

Ohnee, S Evolutie door genduplicatie (Springer, Berlijn, New York, 1970).

Rotger, M. et al. Gedeeltelijke deletie van CYP2B6 door ongelijke cross-over met CYP2B7. Farmacogenet. genomica 17, 885–890 (2007).

Zhang, F. et al. Het DNA-replicatie FoSTeS/MMBIR-mechanisme kan herschikkingen van het menselijke genomische, genetische en exon-shuffling genereren. Natuur Genet. 41, 849–853 (2009). Studies van met ziekte geassocieerde herschikkingen in proximaal chromosoom 17p onthullen complexe herschikkingen van verschillende grootte en optreden tijdens mitose met mogelijke implicaties voor genetische counseling met betrekking tot herhalingsrisico.

Volik, S. et al. Het decoderen van de fijnschalige structuur van een borstkankergenoom en transcriptoom. Genoom onderzoek. 16, 394–404 (2006).

Brodeur, G. M. & Hogarty, M. D. in De genetische basis van menselijke kanker (red. Vogelstein, B. & Kinzler, K.W.) 161-172 (McGraw-Hill, New York, 1998).

Frank, B. et al. Kopienummervariant in het kandidaat-tumorsuppressorgen MTUS1 en familiair risico op borstkanker. Carcinogenese 28, 1442–1445 (2007).

Lupski, J.R. Genomische aandoeningen: structurele kenmerken van het genoom kunnen leiden tot DNA-herschikking en menselijke ziektekenmerken. Trends Genet. 14, 417–422 (1998).

Stranger, B.E. et al. Relatieve impact van nucleotide- en kopie-aantalvariatie op genexpressiefenotypes. Wetenschap 315, 848–853 (2007).

Hastings, P.J., Ira, G. & Lupski, J.R. Een microhomologie-gemedieerd breuk-geïnduceerd replicatiemodel voor de oorsprong van variatie in het aantal menselijke kopieën. PLoS Genet. 5, e1000327 (2009). Deze review presenteert het MMBIR-model voor chromosomale herschikking met details van het bewijs waarop het is gebaseerd.

Friedberg, E.C. et al. DNA-reparatie en mutagenese (ASM, Washington DC, 2005).

Lee, J.A., Carvalho, C.M. & Lupski, J.R. Een DNA-replicatiemechanisme voor het genereren van niet-recurrente herschikkingen geassocieerd met genoomstoornissen. Cel 131, 1235–1247 (2007). Beschrijving van de complexe structuur en microhomologie van niet-recurrente duplicaties gezien bij patiënten met een genoomafwijking.

Nobile, C. et al. Analyse van 22 deletiebreekpunten in dystrofine-intron 49. Brommen. Genet. 110, 418–421 (2002).

Carvalho, C.M. et al. Complexe herschikkingen bij patiënten met duplicaties van MECP2 kan optreden door Fork Stalling en Template Switching. Brommen. Mol. Genet. 18, 2188–2203 (2009).

Chen, J.M., Chuzhanova, N., Stenson, P.D., Férec, C. & Cooper, D.N. Intrachromosomale seriële replicatie-slippage in trans geeft aanleiding tot diverse genomische herschikkingen met inversies. Brommen. Mutaat. 26, 362–373 (2005).

Gajecka, M. et al. Onverwachte complexiteit op breekpuntjuncties bij fenotypisch normale individuen en mechanismen die betrokken zijn bij het genereren van gebalanceerde translocaties t(122)(p36q13). Genoom onderzoek. 18, 1733–1742 (2008).

Sheen, C.R. et al. Dubbel complexe mutaties waarbij: F8 en FUNDC2 veroorzaakt door duidelijke breuk-geïnduceerde replicatie. Brommen. Mutaat. 28, 1198–2006 (2007).

Vissers, L.E. et al. Complexe chromosoom 17p-herschikkingen geassocieerd met herhalingen met weinig kopie bij twee patiënten met aangeboren afwijkingen. Brommen. Genet. 121, 697–709 (2007).

Stankiewicz, P. et al. Genoomarchitectuur katalyseert niet-recurrente chromosomale herschikkingen. Ben. J. Hum. Genet. 72, 1101–1116 (2003).

Lee, J.A. et al. De rol van genomische architectuur in PLP1 duplicatie die de ziekte van Pelizaeus-Merzbacher veroorzaakt. Brommen. Mol. Genet. 15, 2250–2265 (2006).

Lee, J.A. et al. Spastische paraplegie type 2 geassocieerd met axonale neuropathie en schijnbare PLP1 positie-effect. Ann. neurol. 59, 398–403 (2006).

Lovett, S.T., Hurley, R.L., Sutera, V.A. Jr, Aubuchon, R.H. & Lebedeva, M.A. Oversteken tussen regio's met beperkte homologie in Escherichia coli. RecA-afhankelijke en RecA-onafhankelijke routes. Genetica 160, 851–859 (2002).

Liskay, R. M., Letsou, A. & Stachelek, J.L. Homologievereiste voor efficiënte genconversie tussen gedupliceerde chromosomale sequenties in zoogdiercellen. Genetica 115, 161–167 (1987).

Reiter, L.T. et al. Menselijke meiotische recombinatieproducten onthuld door sequentiebepaling van een hotspot voor homologe strenguitwisseling bij meerdere HNPP-deletiepatiënten. Ben. J. Hum. Genet. 62, 1023–1033 (1998).

Stankiewicz, P. & Lupski, J.R. Genoomarchitectuur, herschikkingen en genomische aandoeningen. Trends Genet. 18, 74–82 (2002).

Krogh, B. O. & Symington, L. S. Recombinatie-eiwitten in gist. Ann. Rev. Genet. 38, 233–271 (2004).

Pâques, F. & Haber, J.E. Meerdere routes van recombinatie geïnduceerd door dubbelstrengige breuken in Saccharomyces cerevisiae. microbiologisch. Mol. Biol. ds. 63, 349–404 (1999).

Esposito, M. S. Bewijs dat spontane mitotische recombinatie plaatsvindt in het tweestrengige stadium. Proc. Natl Acad. Wetenschap. VS 75, 4436–4440 (1978).

Stark, J. M. & Jasin, M. Uitgebreid verlies van heterozygotie wordt onderdrukt tijdens homologe reparatie van chromosomale breuken. Mol. Cel. Biol. 23, 733–743 (2003).

Dupaigne, P. et al. De Srs2-helicase-activiteit wordt gestimuleerd door Rad51-filamenten op dsDNA: implicaties voor crossover-incidentie tijdens mitotische recombinatie. Mol. Cel. 29, 243–254 (2008).

Zon, W. et al. De FANCM-ortholoog Fml1 bevordert recombinatie bij vastgelopen replicatievorken en beperkt het oversteken tijdens DNA-dubbelstrengsbreukherstel. Mol. Cel 32, 118–128 (2008).

Ira, G., Malkova, A., Liberi, G., Foiani, M. & Haber, J.E. Srs2 en Sgs1-Top3 onderdrukken cross-overs tijdens dubbelstrengs breukherstel in gist. Cel 115, 401–411 (2003).

Prakash, R. et al. Gist Mph1 helicase dissocieert door Rad51 gemaakte D-loops: implicaties voor crossover-controle bij mitotische recombinatie. Genen Dev. 23, 67–79 (2009).

Wu, L. & Hickson, I. D. De helicase van het Bloom-syndroom onderdrukt het oversteken tijdens homologe recombinatie. Natuur 426, 870–874 (2003).

Prado, F. & Aguilera, A. Controle van cross-over door enkelstrengs DNA-resectie. Trends. Genet. 19, 428–431 (2003).

Smith, C.E., Llorente, B. & Symington, L.S. Sjabloonomschakeling tijdens door pauze geïnduceerde replicatie. Natuur 447, 102–105 (2007). Dit artikel toont experimenteel bewijs van gist over de aard van BIR. In het bijzonder sjabloonwisseling tussen homologe chromosomen (of soms niet-homologe chromosomen, wat translocatie veroorzaakt). Het toonde replicatie naar de telomeer na het overschakelen.

Bauters, M. et al. niet-recurrent MECP2 duplicaties gemedieerd door genomische architectuur-gedreven DNA-breuken en breuk-geïnduceerde replicatiereparatie. Genoom onderzoek. 18, 847–858 (2008).

Deem, A. et al. Defecte pauze-geïnduceerde replicatie leidt tot halve crossovers in Saccharomyces cerevisiae. Genetica 179, 1845–1860 (2008).

Narayanan, V. & Lobachev, K. S. Intrachromosomale genamplificatie veroorzaakt door haarspeld-afgetopte breuken vereist homologe recombinatie en is onafhankelijk van niet-homologe end-joining. Celcyclus 6, 1814–1818 (2007).

Payen, C., Koszul, R., Dujon, B. & Fischer, G. Segmentale duplicaties komen voort uit Pol32-afhankelijke reparatie van gebroken vorken via twee alternatieve op replicatie gebaseerde mechanismen. PLoS Genet. 4, e1000175 (2008). Bewijs van gist dat LCR's ontstaan ​​door een replicatief mechanisme, met name een waarbij BIR betrokken is.

Schmidt, K.H., Wu, J. & Kolodner, R.D. Controle van translocaties tussen sterk uiteenlopende genen door Sgs1, de Saccharomyces cerevisiae homoloog van het Bloom's syndroom eiwit. Mol. Cel. Biol. 26, 5406–5420 (2006).

Lin, F.L., Sperle, K. & Sternberg, N. Model voor homologe recombinatie tijdens overdracht van DNA in L-cellen van muizen: rol voor DNA-uiteinden in het recombinatieproces. Mol. Cel. Biol. 4, 1020–1034 (1984).

Sweigert, S.E. & Carroll, D. Reparatie en recombinatie van X-bestraalde plasmiden in Xenopus laevis eicellen. Mol. Cel. Biol. 10, 5849–5856 (1990).

Haber, J.E. Onderzoek naar de wegen van homologe recombinatie. Curr. Opin. Cel Biol. 4, 401–412 (1992).

Elliott, B., Richardson, C. & Jasin, M. Chromosomale translocatiemechanismen bij intronische Alu-elementen in zoogdiercellen. Mol. Cel 17, 885–894 (2005).

Rayssiguier, C., Thaler, D. S. & Radman, M. De barrière voor recombinatie tussen Escherichia coli en Salmonella typhimurium wordt verstoord in mismatch-reparatiemutanten. Natuur 342, 396–401 (1989).

Unal, E. et al. De reactieroute voor DNA-schade maakt gebruik van histonmodificatie om een ​​dubbelstrengs breukspecifiek cohesinedomein samen te stellen. Mol. Cel 16, 991–1002 (2004).

Strom, L., Lindroos, H. B., Shirahige, K. & Sjögren, C. Postreplicatieve rekrutering van cohesine tot dubbelstrengige breuken is vereist voor DNA-herstel. Mol. Cel 16, 1003–1015 (2004).

Kim, J.S., Krasieva, T.B., LaMorte, V., Taylor, A.M. & Yokomori, K. Specifieke rekrutering van humaan cohesine voor laser-geïnduceerde DNA-schade. J. Biol. Chem. 277, 45149–45153 (2002).

Sjögren, C. & Nasmyth, K. Zusterchromatidecohesie is vereist voor postreplicatieve reparatie van dubbelstrengs breuken in Saccharomyces cerevisiae. Curr. Biol. 11, 991–995 (2001).

Kobayashi, T., Horiuchi, T., Tongaonkar, P., Vu, L. & Nomura, M.SIR2 reguleert de recombinatie tussen verschillende rDNA-herhalingen, maar niet de recombinatie binnen individuele rRNA-genen in gist. Cel 117, 441–453 (2004).

Kobayashi, T. & Ganley, A.R. Recombinatieregulatie door transcriptie-geïnduceerde cohesine-dissociatie in rDNA-herhalingen. Wetenschap 309, 1581–1584 (2005).

Kaye, J.A. et al. DNA-breuken bevorderen genomische instabiliteit door een goede chromosoomsegregatie te belemmeren. Curr. Biol. 14, 2096–2106 (2004).

Soutoglou, E. et al. Positionele stabiliteit van enkelvoudige dubbelstrengs breuken in zoogdiercellen. Natuur cel biol. 9, 675–682 (2007).

Oh, S.D. et al. BLM-ortholoog, Sgs1, voorkomt afwijkende oversteek door de vorming van multichromatide gewrichtsmoleculen te onderdrukken. Cel 130, 259–272 (2007).

Jain, S. et al. Een controlepunt voor recombinatie-uitvoering regelt de keuze van homologe recombinatieroute tijdens DNA-dubbelstrengsbreukherstel. Genen Dev. 23, 291–303 (2009).

McVey, M. & Lee, S.E. MMEJ reparatie van dubbelstrengs breuken (director's cut): verwijderde sequenties en alternatieve eindes. Trends Genet. 24, 529–538 (2008).

Lieber, M.R. Het mechanisme van menselijk niet-homoloog DNA-eindverbinding. J. Biol. Chem. 283, 1–5 (2008).

Daley, J.M., Palmbos, P.L., Wu, D. & Wilson, T.E. Niet-homoloog eindigt met gist. Ann. Rev. Genet. 39, 431–451 (2005).

Haviv-Chesner, A., Kobayashi, Y., Gabriel, A. & Kupiec, M. Vangst van lineaire fragmenten bij een dubbelstrengs breuk in gist. Nucleïnezuren Res. 35, 5192–5202 (2007).

Yu, X. & Gabriel, A. Ku-afhankelijke en Ku-onafhankelijke eindverbindingsroutes leiden tot chromosomale herschikkingen tijdens dubbelstrengs breukherstel in Saccharomyces cerevisiae. Genetica 163, 843–856 (2003).

Nickoloff, J.A., De Haro, L.P., Wray, J. & Hromas, R. Mechanismen van leukemie-translocaties. Curr. Opin. hematol. 15, 338–345 (2008).

McClintock, B. Chromosoomorganisatie en genexpressie. Koude Lente Harb. Symp. aantal. Biol. 16, 13–47 (1951).

Tanaka, H. & Yao, M. C. Palindromische genamplificatie - een evolutionair geconserveerde rol voor omgekeerde DNA-herhalingen in het genoom. Natuur Rev. Kanker 9, 216–224 (2009).

Tanaka, H., Bergstrom, D.A., Yao, M.C. & Tapscott, S.J. Grote DNA-palindromen als een veel voorkomende vorm van structurele chromosoomafwijkingen bij menselijke kankers. Brommen. Cel 19, 17–23 (2006).

Coquelle, A., Pipiras, E., Toledo, F., Buttin, G. & Debatisse, M. Expressie van fragiele plaatsen triggert intrachromosomale zoogdiergenamplificatie en stelt grenzen aan vroege amplicons. Cel 89, 215–225 (1997).

Shaw, C.J. & Lupski, J.R. Niet-recurrente 17p11.2-deleties worden gegenereerd door homologe en niet-homologe mechanismen. Brommen. Genet. 116, 1–7 (2005).

Arlt, M.F. et al. Replicatiestress induceert genoombrede kopieaantalveranderingen in menselijke cellen die lijken op polymorfe en pathogene varianten. Ben. J. Hum. Genet. 84, 339–350 (2009).

Durkin, S.G. et al. Replicatiestress induceert tumorachtige microdeleties in FHIT/FRA3B. Proc. Natl Acad. Wetenschap. VS 105, 246–251 (2008).

Kuo, M.T., Vyas, R.C., Jiang, L.X. & Hittelman, W.N. Chromosoombreuk op een belangrijke fragiele plaats geassocieerd met P-glycoproteïne-genamplificatie in multidrug-resistente CHO-cellen. Mol. Cel Biol. 14, 5202–5211 (1994).

Coquelle, A., Rozier, L., Dutrillaux, B. & Debatisse, M. Inductie van meerdere dubbelstrengige breuken binnen een hsr door meganucleaseI-SceI-expressie of activering van fragiele plaatsen leidt tot de vorming van dubbele minuten en andere chromosomale herschikkingen. oncogen 21, 7671–7679 (2002).

Michel, B., Ehrlich, S.D. & Uzest, M. DNA dubbelstrengs breuken veroorzaakt door replicatie-stop. EMBO J. 16, 430–438 (1997).

Albertini, A.M., Hofer, M., Calos, M.P. & Miller, J.H. Over de vorming van spontane deleties: het belang van homologieën met korte sequenties bij het genereren van grote deleties. Cel 29, 319–328 (1982).

Farabaugh, P.J., Schmeissner, U., Hofer, M. & Miller, J.H. Genetische studies van de lac repressor. VII. Over de moleculaire aard van spontane hotspots in het lacI-gen van Escherichia coli. J. Mol. Biol. 126, 847–857 (1978).

Ikeda, H., Shimizu, H., Ukita, T. & Kumagai, M. Een nieuwe test voor onwettige recombinatie in Escherichia coli: stimulatie van lambda biotransducerende faagvorming door ultraviolet licht en zijn onafhankelijkheid van de RecA-functie. Adv. Biofysica. 31, 197–208 (1995).

Shimizu, H. et al. Korte homologie-onafhankelijke onwettige recombinatie in Escherichia coli: onderscheiden mechanisme van korte homologie-afhankelijke onwettige recombinatie. J. Mol. Biol. 266, 297–305 (1997).

Bi, X. & Liu, L.F. recA-onafhankelijk en recA-afhankelijke intramoleculaire plasmide-recombinatie: differentiële homologie en vereiste en afstandseffect. J. Mol. Biol. 235, 414–423 (1994).

Mazin, A.V., Kuzminov, A.V., Dianov, G.L. & Salganik, R.I. Mechanismen van deletievorming in Escherichia coli plasmiden. II. Deleties gemedieerd door korte directe herhalingen. Mol. Generaal Genet. 228, 209–214 (1991).

Chedin, F., Dervyn, E., Dervyn, R., Ehrlich, S.D. & Noirot, P. De frequentie van deletievorming neemt exponentieel af met de afstand tussen korte directe herhalingen. Mol. microbiologisch. 12, 561–569 (1994).

Lovett, S.T., Gluckman, T.J., Simon, P.J., Sutera Jr, V.A. & Drapkin, P.T. Recombinatie tussen herhalingen in Escherichia coli door een recA-onafhankelijk, nabijheidsgevoelig mechanisme. Mol. Gen. Genet. 254, 294–300 (1994).

Bierne, H., Vilette, D., Ehrlich, SD & Michel, B. Isolatie van een dnaE mutatie die RecA-onafhankelijke homologe recombinatie in de Escherichia coli chromosoom. Mol. microbiologisch. 24, 1225–1234 (1997).

Saveson, C. J. & Lovett, S. T. Verbeterde deletievorming door afwijkende DNA-replicatie in Escherichia coli. Genetica 146, 457–470 (1997).

Bzymek, M. & Lovett, S. T. Instabiliteit van repetitieve DNA-sequenties: de rol van replicatie in meerdere mechanismen. Proc. Natl Acad. Wetenschap. VS 98, 8319–8325 (2001).

Lovett, S. T. & Feshenko, V. V. Stabilisatie van divergerende tandemherhalingen door mismatch-reparatie: bewijs voor deletievorming via een verkeerd uitgelijnd replicatie-tussenproduct. Proc. Natl Acad. Wetenschap. VS 93, 7120–7124 (1996).

Cairns, J. & Foster, P. L. Adaptieve reversie van een frameshift-mutatie in Escherichia coli. Genetica 128, 695–701 (1991).

Slack, A., Thornton, P.C., Magner, D.B., Rosenberg, S.M. & Hastings, P.J. Over het mechanisme van genamplificatie geïnduceerd onder stress in Escherichia coli. PLoS Genet. 2, e48 (2006). Experimenteel bewijs van E coli wat suggereert dat chromosomale structurele verandering plaatsvindt door een replicatief mechanisme, en ook onthult dat de kenmerken van amplificatie in E coli zijn vergelijkbaar met die van niet-recurrente veranderingen die worden waargenomen bij menselijke genoomaandoeningen. Stelt CNV-vorming voor door tussen vorken te wisselen.

Kugelberg, E., Kofoid, E., Reams AB, Andersson, D.I. & Roth, J.R. Meerdere routes van geselecteerde genamplificatie tijdens adaptieve mutatie. Proc. Natl Acad. Wetenschap. VS 103, 17319–17324 (2006).

Allgood, N.D. & Silhavy, T.J. Escherichia coli xonA (sbcB) mutanten versterken onwettige recombinatie. Genetica 127, 671–680 (1991).

Bzymek, M., Saveson, C.J., Feschenko, V.V. & Lovett, S.T. Uitgegleden verkeerde uitlijningsmechanismen van deletievorming: in vivo gevoeligheid voor nucleasen. J. Bacteriol. 181, 477–482 (1999).

Lydeard, J.R., Jain, S., Yamaguchi, M. & Haber, J.E. Break-geïnduceerde replicatie en telomerase-onafhankelijk telomeeronderhoud vereisen Pol32. Natuur 448, 820–823 (2007).

Van Hulle, K. et al. Omgekeerd DNA herhaalt kanaalreparatie van verre dubbelstrengs breuken in chromatidefusies en chromosomale herschikkingen. Mol. Cel. Biol. 27, 2601–2614 (2007).

Davis, A.P. & Symington, L.S. RAD51-afhankelijke breuk-geïnduceerde replicatie in gist. Mol. Cel. Biol. 24, 2344–2351 (2004).

McVey, M., Adams, M., Staeva-Vieira, E. & Sekelsky, JJ Bewijs voor meerdere cycli van strenginvasie tijdens reparatie van dubbelstrengs hiaten in Drosophila. Genetica 167, 699–705 (2004).

Bindra, R.S., Crosby, M.E. & Glazer, P.M. Regulatie van DNA-herstel in hypoxische kankercellen. Kankermetastase Rev. 26, 249–260 (2007).

Huang, L.E., Bindra, R.S., Glazer, P.M. & Harris, A.L. Hypoxie-geïnduceerde genetische instabiliteit - een berekend mechanisme dat ten grondslag ligt aan tumorprogressie. J. Mol. Med. 85, 139–148 (2007).

Bindra, R. S. & Glazer, P. M. Repressie van RAD51-genexpressie door E2F4 / p130-complexen bij hypoxie. oncogeen. 26, 2048–2057 (2007).

Coquelle, A., Toledo, F., Stern, S., Bieth, A. & Debatisse, M. Een nieuwe rol voor hypoxie bij tumorprogressie: inductie van een fragiele plaats die genomische herschikkingen en vorming van complexe DM's en HSR's veroorzaakt. Mol. Cel 2, 259–265 (1998).

Hastings, P.J., Bull, H.J., Klump, J.R. & Rosenberg, S.M. Adaptieve amplificatie: een induceerbaar chromosomaal instabiliteitsmechanisme. Cel 103, 723–731 (2000).

Lombardo, M.-J., Aponyi, I. & Rosenberg, S. M. Algemene stressresponsregulator RpoS bij adaptieve mutatie en amplificatie in Escherichia coli. Genetica 166, 669–680 (2004).

Ponder, R.G., Fonville, N.C. & Rosenberg, S.M. Een omschakeling van high-fidelity naar foutgevoelig DNA dubbelstrengs breukherstel ligt ten grondslag aan stress-geïnduceerde mutatie. Mol. Cel 19, 791–804 (2005).

Mullighan, C.G. et al. Genoombrede analyse van genetische veranderingen bij acute lymfatische leukemie. Natuur 446, 758–764 (2007).

Shao, L. et al. Identificatie van chromosoomafwijkingen in subtelomere regio's door microarray-analyse: een studie van 5.380 gevallen. Ben. J. Med. Genet. EEN 146A, 2242–2251 (2008).

Yatsenko, S.A. et al. Moleculaire mechanismen voor subtelomere herschikkingen geassocieerd met het 9q34.3 microdeletiesyndroom. Brommen. Mol. Genet. 18, 1924–1936 (2009).

Zhang, L., Lu, H.H., Chung, W.Y., Yang, J. & Li, W.H. Patronen van segmentale duplicatie in het menselijk genoom. Mol. Biol. Evol. 22, 135–141 (2005).

Zij, X. et al. De structuur en evolutie van centromere overgangsgebieden binnen het menselijk genoom. Natuur 430, 857–864 (2004).

Nguyen, D. Q., Webber, C. & Ponting, C. P. Bias van selectie op menselijke kopie-nummervarianten. PLoS Genet. 2, e20 (2006).

Visser, R. et al. Identificatie van een belangrijke recombinatie-hotspot van 3,0 kb bij patiënten met het Sotos-syndroom met een algemene microdeletie van 1,9 Mb. Ben. J. Hum. Genet. 76, 52–67 (2005).

de Smith, A.J. et al. Kleine verwijderingsvarianten hebben stabiele breekpunten die gewoonlijk worden geassocieerd met: Alu elementen. PLoS ONE 3, e3104 (2008).

Bacolla, A. et al. Breekpunten van grove deleties vallen samen met niet-B-DNA-conformaties. Proc. Natl Acad. Wetenschap. VS 101, 14162–14167 (2004).

Bacolla, A., Wojciechowska, M., Kosmider, B., Larson, J.E. & Wells, R.D. De betrokkenheid van niet-B-DNA-structuren bij grove chromosomale herschikkingen. DNA-reparatie (Amst.) 5, 1161–1170 (2006).

Inagaki, H. et al. Chromosomale instabiliteit gemedieerd door niet-B-DNA: kruisvormige conformatie en niet de DNA-sequentie is verantwoordelijk voor terugkerende translocatie bij mensen. Genoom onderzoek. 19, 191–198 (2009).

Myers, S., Freeman, C., Auton, A., Donnelly, P. & McVean, G. Een veelvoorkomend sequentiemotief geassocieerd met recombinatie-hotspots en genoominstabiliteit bij mensen. Natuur Genet. 40, 1124–1129 (2008).

Shaw, C.J. & Lupski, J.R. Implicaties van de architectuur van het menselijk genoom voor op herschikking gebaseerde aandoeningen: de genomische basis van ziekte. Brommen. Mol. Genet. 13, R57-R64 (2004).

Bi, W. et al. Verhoogde LIS1-expressie beïnvloedt de ontwikkeling van de hersenen van mensen en muizen. Natuur Genet. 41, 168–177 (2009).

Galhardo, R.S., Hastings, P.J. & Rosenberg, S.M. Mutatie als een stressreactie en de regulatie van evolueerbaarheid. Kritiek. ds. Biochem. Mol. Biol. 42, 399–435 (2007). Een breed overzicht van stress-geïnduceerde mutatie en de betekenis ervan voor evolutie.

Rosenberg, S. M. Responsief evoluerend: adaptieve mutatie. Natuur Rev. Genet. 2, 504–515 (2001).

Cirz, R.T. et al. Remming van mutatie en bestrijding van de evolutie van antibioticaresistentie. PLoS Biol. 3, e176 (2005).

Riesenfeld, C., Everett, M., Piddock, L.J. & Hall, B.G. Adaptieve mutaties produceren resistentie tegen ciprofloxacine. Antimicrob. Agenten Chemother. 41, 2059–2060 (1997).

Bindra, R.S.S. et al. Neerwaartse regulatie van Rad51 en verminderde homologe recombinatie in hypoxische kankercellen. Mol. Cel. Biol. 24, 8504–8518 (2004). Dit artikel laat zien dat HR-enzymen worden gedownreguleerd door stress in menselijke cellen, en dat dit gepaard gaat met een verlaging van HR.

Mihaylova, V.T. et al. Verminderde expressie van het DNA-mismatch-reparatiegen Mlh1 onder hypoxische stress in zoogdiercellen. Mol. Cel. Biol. 23, 3265–3273 (2003).

Kolodner, R.D. et al. Kiemlijn msh6 mutaties in families van colorectale kanker. Kanker onderzoek. 59, 5068–5074 (1999).

Loeb, L. A. Mutator-fenotype kan nodig zijn voor meertrapscarcinogenese. Kanker onderzoek. 51, 3075–3079 (1991).

Modrich, P. Mismatch-reparatie, genetische stabiliteit en tumorvermijding. Fil. Trans. R. Soc. Londen. B 347, 89–95 (1995).

Nguyen, D.Q. et al. Verminderde zuiverende selectie prevaleert boven positieve selectie in de evolutie van menselijke kopienummervarianten. Genoom onderzoek. 18, 1711–1723 (2008).

Perry, G.H. et al. Dieet en de evolutie van menselijke amylase-genkopie-aantalvariatie. Natuur Genet. 39, 1256–1260 (2007).

Gonzalez, E. et al. De invloed van CCL3L1 gen-bevattende segmentale duplicaties op HIV-1/AIDS-gevoeligheid. Wetenschap 307, 1434–1440 (2005).

Higgs, D.R. et al. Een overzicht van de moleculaire genetica van het menselijke alfaglobinegencluster. Bloed 73, 1081–1104 (1989).

Nozawa, M., Kawahara, Y. & Nei, M. Genomische drift en kopie-aantalvariatie van sensorische receptorgenen bij mensen. Proc. Natl Acad. Wetenschap. VS 104, 20421–20426 (2007).

Jakobsson, M. et al. Genotype, haplotype en kopie-aantal variatie in wereldwijde menselijke populaties. Natuur 451, 998–1003 (2008).

Locke, D.P. et al. Koppelingsonevenwicht en erfelijkheid van kopie-aantal polymorfismen binnen gedupliceerde regio's van het menselijk genoom. Ben. J. Hum. Genet. 79, 275–290 (2006).

Sharp, A.J. et al. Segmentale duplicaties en kopie-aantalvariatie in het menselijk genoom. Ben. J. Hum. Genet. 77, 78–88 (2005).

Fortna, A. et al. Lineage-specifieke genduplicatie en verlies in de evolutie van mens en mensapen. PLoS Biol. 2, E207 (2004).

McCarroll, S.A. et al. Geïntegreerde detectie en populatie-genetische analyse van SNP's en variatie in kopienummers. Natuur Genet. 40, 1166–1174 (2008).

Turner, D.J. et al. Kiemlijn tarieven van de novo meiotische deleties en duplicaties die verschillende genomische aandoeningen veroorzaken. Natuur Genet. 40, 90–95 (2008).

Lam, K.W. & Jeffreys, A.J. Processen van kopie-aantalverandering in menselijk DNA: de dynamiek van α-globine-gendeletie. Proc. Natl Acad. Wetenschap. VS 103, 8921–8927 (2006).

Lam, K. W. & Jeffreys, A. J. Processen van de novo duplicatie van menselijke α-globinegenen. Proc. Natl Acad. Wetenschap. VS 104, 10950–10955 (2007).

Flores, M. et al. Terugkerende herschikkingen van DNA-inversie in het menselijk genoom. Proc. Natl Acad. Wetenschap. VS 104, 6099–6106 (2007).

Liang, Q., Conte, N., Skarnes, W.C. & Bradley, A. Uitgebreide genomische kopie-aantalvariatie in embryonale stamcellen. Proc. Natl Acad. Wetenschap. VS 105, 17453–17456 (2008).

Lupski, J.R. Genomische herschikkingen en sporadische ziekte. Natuur Genet. 39, S43-47 (2007).

van Ommen G. J. Frequentie van nieuwe kopie-aantalvariatie bij mensen. Natuur Genet. 37, 333–334 (2005).

Tuzun, E., Bailey, J.A. & Eichler, E.E. Recente segmentale duplicaties in de werkende ontwerpassemblage van de bruine Noorse rat. Genoom onderzoek. 14, 493–506 (2004).

Graubert, T.A. et al. Een kaart met hoge resolutie van de variatie in het aantal DNA-kopieën in het muizengenoom. PLoS Genet. 3, e3 (2007).

Lovett, S. T. Gecodeerde fouten: mutaties en herschikkingen gemedieerd door verkeerde uitlijning bij repetitieve DNA-sequenties. Mol. microbiologisch. 52, 1243–1253 (2004).


RESULTATEN

Geamplificeerde genen geïdentificeerd door genoombrede kopienummeranalyse

Een totaal van 58 SCLC's, bestaande uit 33 verse tumoren en 25 cellijnen (ondersteunende informatietabel S1A, B), werden onderworpen aan 250K SNP-array-analyse en alle genomische regio's met ≥ 5 kopieën in ≥ 5 opeenvolgende SNP-loci werden eerst opgepikt als de geamplificeerde regio's in de SCLC-genomen. Volgens deze criteria werden hele chromosomen of hele chromosomale armen echter vaker opgepikt dan focale chromosomale regio's in verschillende chromosomen onder verschillende tumoren en cellijnen. Daarom werden vervolgens geamplificeerde chromosomale regio's gedefinieerd als segmenten van ≥5 opeenvolgende SNP-loci met geschatte kopie-aantallen van ≥6 uit elke SCLC opgepikt. Tien geamplificeerde regio's werden geïdentificeerd op chromosomen 1p, 8q, 9p, 12p en 19p in 7 van de 33 verse tumoren (ondersteunende informatietabel S2). Groottes van geamplificeerde regio's varieerden van 0,05 tot 3,61 Mb (gemiddelde ± SD = 1,06 ± 1,25 Mb), en 110 genen werden in deze regio's in kaart gebracht. Zevenenveertig geamplificeerde regio's werden geïdentificeerd op chromosomen 1p, 2p, 8q, 9p, 12p, 14q, 17q en 20q in 13 van de 25 cellijnen (ondersteunende informatietabel S2). Grootte van geamplificeerde regio's varieerde van 0,08 tot 4,22 Mb (gemiddelde ± SD = 0,67 ± 0,81 Mb), en 211 genen werden in deze regio's in kaart gebracht. Daarom werden verschillende chromosomale regio's geïdentificeerd als focaal geamplificeerd volgens de criteria van kopieaantallen ≥6, de grootte van de geamplificeerde regio's was vergelijkbaar in verse tumoren en cellijnen, en de verschillende geamplificeerde regio's in verse tumoren overlapten met die in cellijnen (ondersteunende informatie Tabellen S2). Dienovereenkomstig werden algemeen geamplificeerde regio's bepaald door vergelijking van geamplificeerde regio's tussen alle 58 SCLC's, waaronder zowel verse tumoren als cellijnen. Acht regio's op chromosomen 1p, 2p, 8q en 9p werden gewoonlijk (≥2 SCLC's) geamplificeerd in deze SCLC's (Tabel 1). De grootte van de regio's varieerde van 0,03 tot 0,77 Mb (gemiddelde ± SD = 0,25 ± 0,23 Mb), en 34 genen werden in deze regio's in kaart gebracht. Drie van de 8 regio's bevatten MIJN C familie oncogenen, MYCL1, MYCN, en MIJN C, waarvan bekend is dat ze vaak worden geamplificeerd in SCLC's (Wistuba et al., 2001 Kim et al., 2006 Voortman et al., 2010 Larsen en Minna, 2011).

Nee Cytoband Begin Einde Maat Gen Voorbeeldnaam Aantal versterkte SCLC's
(Mb) (Mb) (Mb) verse tumor mobiele lijn
1 1p34.3 37.37 38.19 0.77 LOC728431, ZC3H12A, MEAF6, SNIP1, DNALI1, GNL2, RSPO1, C1orf109, CDCA8, EPHA10, MANEAL, YRDC, C1orf122, MTF1, INPP5B, SF3A3, FHL3, UTP11L, POU3F1 SM09-008T H1184 3
H510
2 1p34.2 39.96 40.05 0.09 TRIT1, MYCL1 SM09-012T H1184 6
H1963
H510
HCC33
H2141
3 2p24.3 15.98 16.16 0.18 MYCNOS, MYCN - H526 2
H69
4 8q12.2 62.01 62.18 0.17 LOC100130298 - H2171 3
Lu135
N417
5 8q12.2 62.36 62.39 0.03 CLVS1 - H2171 3
Lu135
N417
6 8q24.21 128.75 128.88 0.13 MYC, MIR1204, PVT1 H2171 6
SM09-011T1 H446
SM09-019T H82
N417
7 9p24.1 5.35 5.78 0.43 PLGRKT, CD274, PDCD1LG2, KIAA1432, ERMP1 R-513T H1607 3
SM09-010T
8 9p23 13.27 13.45 0.18 FLJ41200 - H1607 2
H446

MYCL1 en MYCN werden mede versterkt met TRIT1 op 1p34.2 en MYCNOS bij respectievelijk 2p24.3 in 6 en 2 SCLC's. In de regio 8q24.21, MIJN C, MIR1204, en PVT1 werden samen geamplificeerd in 6 SCLC's. Kopie aantal breekpunten van geamplificeerde regio's op 8q24.21 werden in kaart gebracht in de PVT1 gen in vijf van de zes SCLC's (ondersteunende informatietabellen S2 Ondersteunende informatie Fig. S1). Het 1p34.3-gebied werd mede geamplificeerd met MYCL1 op 1p34.2, en de 8q12.2-regio's werden samen geamplificeerd met MIJN C op respectievelijk 8q24.21 in verschillende SCLC's (ondersteunende informatie Fig. S2). Daarom werd het optreden van gecompliceerde intrachromosomale herschikkingen gesuggereerd in het proces van MYCL1 en MIJN C amplificatie, wat resulteert in de co-amplificatie van verschillende andere genen op respectievelijk chromosomen 1 en 8.

Naast de regio's op chromosomen 1, 2 en 8, werden twee nieuwe, algemeen geamplificeerde regio's geïdentificeerd op chromosoom 9p, 9p23 en 9p24.1 (Tabel 1 Fig. 1). De regio 9p23 inclusief FLJ41200 werd geamplificeerd in 2 SCLC's, terwijl de 9p24.1-regio, inclusief PLGRKT, CD274, PDCD1LG2, KIAA1432, en ERMP1, werd geamplificeerd in drie SCLC's. Beide regio's werden samen geamplificeerd in de H1607-cellijn, terwijl alleen het 9p23-gebied werd geamplificeerd in de H446-cellijn en alleen het 9p24.1-gebied werd geamplificeerd in twee verse tumoren (ondersteunende informatie Fig. S2). Op chromosoom 9p, NFIB om 21u23 en JAK2 bij 9p24.1 werden gemeld te worden geamplificeerd in SCLC (Voortman et al., 2010 Dooley et al., 2011). Echter, NFIB en JAK2 werden respectievelijk slechts in één SCLC geamplificeerd. Daarom werden deze twee genen niet in kaart gebracht in de algemeen geamplificeerde gebieden op chromosoom 9p (Ondersteunende informatietabel S2 Tabel 1 Fig. 1).

Expressie van versterkte genen op chromosoom 9p

vijf genen, PLGRKT, CD274, PDCD1LG2, KIAA1432, en ERMP1, werden in kaart gebracht in het algemeen geamplificeerde gebied op 9p24.1 (tabel 1). Om te bepalen welke genen tot overexpressie werden gebracht door genamplificatie, werd hun mRNA-expressie geprofileerd in 19 verse tumoren (ondersteunende informatie Fig. S3A). Deze vijf genen werden geamplificeerd in een van de 19 tumoren, SM09-010T. Uitdrukking van PLGRKT, CD274 en KIAA1432, maar niet van PDCD1LG2 en ERMP1, was duidelijk hoog in SM09-010T (ondersteunende informatie Fig. S3B). Daarom, PLGRKT, CD274, en KIAA1432 tot overexpressie kunnen worden gebracht door genamplificatie in SCLC's.

Om genen verder te bepalen waarvan de expressie is geassocieerd met kopieaantallen op chromosoom 9p, hebben we vervolgens de associatiestudie van genexpressie met genkopienummer uitgevoerd in 55 SCLC's, waaronder 30 verse tumoren en 25 cellijnen (ondersteunende informatietabel S1A, B). In aanvulling op PLGRKT, CD274 en KIAA1432 op 9p24.1 en FLJ41200 op 9p23 als genen die gewoonlijk worden geamplificeerd in SCLC's, NFIB om 21u23 en JAK2 op 9p24.1 werden ook aan de analyse onderworpen. Uitdrukking van CD274 en KIAA1432 in geamplificeerde cellen was significant hoger dan die in niet-geamplificeerde cellen (P < 0,05) (Fig. 2A), en vijf genen behalve FLJ41200 toonde significante associaties tussen de niveaus van mRNA-expressie en kopieaantallen (P < 0,05) (Fig. 2B). Opmerkelijk, KIAA1432 toonde de sterkste associatie tussen hen (P = 1.04E-06). Daarom, KIAA1432 is het sterkste doelwit dat wordt geactiveerd door genamplificatie op chromosoom 9p in SCLC. Als er een ander doelwit is in de 9p23-regio, NF1B is waarschijnlijker degene dan FLJ41200.

Kopieer aantallen geamplificeerde genen gedefinieerd door realtime genomische PCR

Om de prevalentie en specificiteit van genamplificatie in de chromosoom 1, 2, 8 en 9 regio's in SCLC's verder te onderzoeken, werden 87 SCLC's bestaande uit 62 tumoren en 25 cellijnen onderworpen aan real-time genomische-PCR-analyses. Onder hen werden 33 tumoren en 25 cellijnen ook onderworpen aan 250K SNP-array-analyses (ondersteunende informatietabel S1A, B). Drie MIJN C familiegenen en zes genen op chromosoom 9p werden geanalyseerd en criteria voor genamplificatie door real-time genomische PCR werden gedefinieerd als DNA-kopie-aantalverhoudingen ≥3 die equivalent waren aan het aantal kopieën ≥6. Vijf van de 33 tumoren en 12 van de 25 cellijnen vertoonden amplificatie van 1-5 van de 9 genen door 250K SNP-array-analyse (ondersteunende informatietabellen S2). Met uitzondering van twee SCLC's, is de H1184-cellijn met MYCL1 amplificatie en de SM09-011T1-tumor met MIJN C amplificatie, amplificatie van genen gedefinieerd door 250K SNP-arrays werd consistent gedetecteerd door real-time genomische PCR (ondersteunende informatietabel S3). Aan de andere kant, in zeven SCLC's zonder amplificatie door 250K SNP-array-analyses, werden 1-6 genen beoordeeld als zijnde geamplificeerd door realtime genomische-PCR-analyses. Inconsistenties in de resultaten waren te wijten aan de volgende redenen. Ten eerste, slechts een kleine regio inclusief MIJN C gedekt door twee SNP-markers werd geamplificeerd in de Lu135-cellijn, daarom werd dit gebied niet gedefinieerd als geamplificeerd door SNP-array-analyse, maar gedefinieerd als geamplificeerd door real-time genomische-PCR-analyse. Ten tweede, in R-511T en SM09-006T, kopieernummerverlies van de referentielocus, RPPH1, op chromosoom 14 verbeterde de mate van amplificatie in verschillende genen door real-time genomische-PCR-analyse. Ten derde was het in H2195 en R-506M1 moeilijk om de kopieaantallen te definiëren, mogelijk vanwege de heterogeniteit van respectievelijk aneuploïde cellen en de aanwezigheid van besmette niet-kankercellen. Daarom werden in deze SCLC's genen met kopie-aantalverhoudingen ≥3 door real-time genomische-PCR gedefinieerd als vijf kopieën door SNP-array-analyse.

Zelfs met enkele inconsistenties tussen de resultaten van SNP-arrayanalyses en die van realtime genomische-PCR-analyses, was de associatie tussen beide zeer significant (P = 5.58E-07 volgens Fisher's exact test). Daarom hebben we vervolgens de prevalentie en specificiteit van genamplificatie onderzocht op basis van de gegevens die zijn verkregen door realtime genomische PCR-analyse. Amplificatie van deze genen werd gedetecteerd in 12 van de 62 verse tumoren (19,4%) en 13 van de 25 cellijnen (52,0%) (Tabel 2). Drie MIJN C familiegenen werden op een wederzijds uitsluitende manier geamplificeerd in 16 SCLC's (18,4%). Genen op chromosoom 9p werden geamplificeerd in 10 SCLC's (11,5%). Opmerkelijk, NF1B/FLJ41200 om 21u23 en JAK2/CD274/PLGRKT/KIAA1432 bij 9p24.21 werden niet samen geamplificeerd in 8 van de 10 SCLC's, wat aangeeft dat amplificatie van deze twee regio's onafhankelijk optrad in de meeste SCLC's. Daarom werd de aanwezigheid van doelgenen voor amplificatie in elk gebied sterk gesuggereerd. Om deze reden werden de specificiteiten van 9p23-amplificatie en 9p24.21-amplificatie onafhankelijk geanalyseerd onder de 87 SCLC's. Belangrijk is dat vier genen in het 9p24.1-gebied op een wederzijds uitsluitende manier werden geamplificeerd met MIJN C familiegenen, terwijl de MIJN C gen werd samen geamplificeerd in een van de drie SCLC's met NF1B amplificatie, consistent met de resultaten van 250K SNP-array-analyses (ondersteunende informatie Fig. S2).

1p34.2 2p24.3 8q24.21 9p23 9p24.1
Voorbeeldnaam MYCL1 MYCN MIJN C NFIB FLJ41200 JAK2 PLGRKT CD274 KIAA1432
H1963 +
HCC33 +
H510 +
H2141 +
SM09-012T +
S391T +
H69 +
H526 +
1591T +
R-511T +
H82 +
N417 +
Lu135 +
H2171 +
SM09-019T +
H446 + + +
H2195 + +
SM09-008T +
SM09-006T + + + + + +
H1607 + + + + +
R-506M1 + + + +
SM09-010T + + +
R-513T + + +
SM09-004T + +
1491M +
Amplificatiesnelheid in 87 SCLC's (%) 6.9 4.6 6.9 3.4 5.7 3.4 6.9 6.9 6.9

Identificatie van Fusion-transcripten door Whole-transcriptome Sequencing

Tweeënveertig SCLC's, bestaande uit 19 verse tumoren en 23 cellijnen, werden onderworpen aan volledige transcriptoomsequencing om fusiegenen te identificeren die tot expressie werden gebracht in SCLC's (ondersteunende informatietabellen S1A, B en S4). De totale leestellingen varieerden van 74.378.482 tot 93.612.490, en hun gemiddelde was 86.529.758. Een totaal van 60 fusietranscripten, getranscribeerd van een deel van 95 genen, werden geïdentificeerd als uitgedrukt door de criteria van ≥10 gepaarde-end (PE) leest voor elk transcript (Tabel 3). Tweeëntwintig van hen (36,7%) waren dus in-frame en er werd voorspeld dat ze fusie-eiwitten zouden produceren. Er was geen set van 5'-3'-fusietranscripten die herhaaldelijk werden gedetecteerd in ≥2 SCLC's. Echter, twee van de 5'-partnergenen, PVT1 en RLF, werden herhaaldelijk gedetecteerd in ≥2 SCLC's (14 paren in 7 SCLC's). PVT1 werd gedetecteerd als het 5'-partnergen van zeven fusieparen met verschillende 3'-partnergenen in vijf SCLC's. Eerder, PVT1 bleek te zijn gefuseerd met CHD7 in H2171 en Lu135 (Campbell et al., 2008 Pleasance et al., 2010). In dit onderzoek, PVT1-CHD7 werd gedetecteerd in H2171 met ≥10 PE-waarden, maar was niet in Lu135. RLF werd gedetecteerd als het 5'-partnergen van 7 fusieparen met verschillende 3'-partnergenen in 2 SCLC's. RLF werd gerapporteerd als een fusiegen met MYCL1 tot expressie gebracht in SCLC-cellen (Makela et al., 1991a, 1991b, 1995), en de RLF-MYCL1 fusie werd ook gedetecteerd in H1963 met ≥10 PE-waarden in deze studie. Drie van de vijf fusieparen hebben RLF als het 5'-partnergen, RLF-MYCL1, RLF-SMAP2 en RLF-FAM132A, werden voorspeld om fusie-eiwitten te produceren. De resterende 46 fusietranscripten werden gedetecteerd in respectievelijk een enkele SCLC, en van 19 werd voorspeld dat ze fusie-eiwitten zouden produceren. Daarom werd geen van de 22 fusietranscripten waarvan werd voorspeld dat ze fusie-eiwitten produceren herhaaldelijk tot expressie gebracht in meerdere SCLC-gevallen.

5' partnergen 3' partnergen Afstand op genoom (bp) Kader
Nee Steekproef #PE leest #kruispunt leest Gen mRNA Nee Chr versterker. Gen mRNA Nee Chr versterker. In het kader
I. 5'-transcripten gedetecteerd in ≥ 2 gevallen
1 H82 408 239 PVT1 NR_003367.1 8 + MYH7 NM_000257.2 14 +
2 H2171 345 177 PVT1 NR_003367.1 8 + CHD7 NM_017780.3 8 + 67027313
3 H2171 219 20 PVT1 NR_003367.1 8 + SLC7A7 NM_001126105.2 14 105507749
4 H2171 114 17 PVT1 NR_003367.1 8 + CCNB1IP1 NM_021178.3 14 NA
5 H2107 37 13 PVT1 NR_003367.1 8 NOL4 NM_001198546.1 18 NA
6 N417 34 82 PVT1 NR_003367.1 8 + CLVS1 NM_173519.2 8 + 66392576
7 H446 12 26 PVT1 NR_003367.1 8 + LY6H NM_00130478.1 8 15125833
8 HCC33 525 128 RLF NM_012421.3 1 + UBE2J2 NM_058167.2 1 39417806
9 H1963 391 562 RLF NM_012421.3 1 + MYCL1 NM_001033081.2 1 + 259353 +
10 H1963 194 68 RLF NM_012421.3 1 + COL9A2 NM_001852.3 1 + 59570
11 H1963 118 68 RLF NM_012421.3 1 + BCL2L1 NM_001191.2 20 + NA
12 H1963 112 124 RLF NM_012421.3 1 + HM13 NM_030789.2 20 + NA
13 H1963 43 163 RLF NM_012421.3 1 + SMAP2 NM_001198978.1 1 + 133135 +
14 HCC33 33 132 RLF NM_012421.3 1 + FAM132A NM_001014980.2 1 39444938 +
II. Fusietranscripten gedetecteerd in één geval
15 H1963 2168 1627 TPX2 NM_012112.4 20 + HM13 NM_030789.2 20 + 169703 +
16 SM09-012T 290 335 CAP1 NM_001105530.1 1 + MACF1 NM_012090.4 1 + 991332
17 H1963 226 52 BCL2L1 NM_138578.1 20 + HM13 NM_030789.2 20 + 94884
18 HCC33 193 83 TRIT1 NM_017646.4 1 + EP400 NM_015409.4 12 + NA
19 H1963 125 45 BCL2L1 NM_138578.1 20 + DEM1 NM_022774.1 1 + NA +
20 H2171 122 56 ENO2 NM_001975.2 12 ACRBP NM_032489.2 12 +
21 H1963 99 99 BCL2L1 NM_138578.1 20 + RIMS3 NM_014747.2 1 + NA
22 SM09-004T 82 101 WAC NM_016628.4 10 GPR158 NM_020752.2 10 2931268
23 Lu139 79 45 CSMD3 NM_052900.2 8 MIJN C NM_002467.4 8 14299072
24 H1184 54 88 RERE NM_001042681.1 1 SLC2A5 NM_001135585.1 1 223728 +
25 H69 50 44 FOXK2 NM_004514.3 17 HEXDC NM_173620.2 17 77073
26 H1963 50 17 BCL2L1 NM_138578.1 20 + ZNF684 NM_152373.3 1 + NA +
27 N417 42 30 NCOR2 NM_001077261.3 12 SCARB1 NM_005505.4 12 210164
28 HCC33 41 71 UBE4B NM_001105562.2 1 TBCB NM_001281.2 19 NA +
29 SM09-010T 41 43 KIAA1432 NM_001135920.2 9 + JAK2 NM_004972.3 9 501144 +
30 H1963 41 31 ZMPSTE24 NM_005857.4 1 + MFSD2A NM_001136493.1 1 + 288105
31 H510 38 37 SMEK1 NM_032560.4 14 HEATR3 NM_182922.2 16 NA +
32 SM09-016T 36 48 NAV2 NM_0011111018.1 11 LOC494141 NR_026563.1 11 1137161
33 Lu135 32 23 LRRC45 NM_144999.2 17 GCGR NM_000160.3 17 209390
34 H510 30 67 TWSG1 NM_020648.5 18 PIK3C3 NM_002647.2 18 30132781
35 H69 30 34 PAWR NM_002583.2 12 GNS NM_002076.3 12 14832520
36 H1184 25 20 SF3A3 NM_006802.2 1 + GNL2 NM_013285.2 1 + 361067 +
37 H209 24 19 CREBBP NM_001079846.1 16 SLX4 NM_032444.2 16 113472
38 SM09-016T 24 14 RASA2 NM_006506.2 3 NICN1 NM_032316.3 3 91739168 +
39 H1963 22 48 SMAP2 NM_022733.2 1 + MYCL1 NM_001033081.2 1 + 472040
40 SM09-016T 22 13 SFMBT1 NM_001005158.2 3 AP2A2 NM_001242837.1 11 NA
41 H510 21 12 PTK2 NM_00199649.1 8 PKHD1L1 NM_177531.4 8 31125439
42 H526 19 31 SLC25A36 NM_001104647.1 3 PLSCR1 NM_021105.2 3 5534191
43 H526 19 20 XPR1 NM_001135669.1 1 TRMT1L NM_001202423.1 1 4227805 +
44 H2195 18 22 HMBOX1 NM_001135726.1 8 ZFAND3 NM_021943.2 6 NA +
45 SM09-014T 18 10 CRLS1 NM_001127458.1 20 KCNK17 NM_001135111.1 6 NA
46 H510 17 14 PHF15 NM_015288.4 5 UBE2B NM_003337.2 5 133999
47 H1963 17 10 BCL2L1 NM_138578.1 20 + ZNF643 NM_023070.2 1 + NA +
48 SM09-016T 15 40 ATP5L NM_006476.4 11 TEAD1 NM_021961.5 11 105305820
49 SM09-014T 14 23 NUDCD1 NM_001128211.1 8 SYBU NM_001099743.1 8 244247 +
50 Lu134 14 17 SPG11 NM_001160227.1 15 SORD NM_003104.5 15 359425 +
51 SM09-016T 14 17 NGLY1 NM_001145293.1 3 CCKBR NM_176875.3 11 NA +
52 SM09-016T 13 21 DLEC1 NM_007335.2 3 ODZ4 NM_001098816.2 11 NA
53 H1963 13 19 PPT1 NM_000310.3 1 + BCL2L1 NM_001191.2 20 + NA
54 H128 13 12 NAIP NM_004536.2 5 OCLN NM_001205254.1 5 1414179
55 H1963 12 10 BCL2L1 NM_138578.1 20 + BMP8B NM_001720.3 1 + NA
56 H526 12 10 CIT NM_001206999.1 12 RFC5 NM_001130112.2 12 1653559 +
57 H1963 11 22 BCL2L1 NM_138578.1 20 + RLF NM_012421.3 1 + NA
58 SM09-018T 10 22 NFIX NM_002501.2 19 GATAD2A NM_017660.3 19 6287032 +
59 SM09-016T 11 19 STAG1 NM_005862.2 3 STXBP5L NM_014980.2 3 14912391
60 H2171 10 12 PICALM NM_001008660.2 11 CCDC81 NM_001156474.1 11 304853 +

Amplificatie van genen met fusies

Vervolgens onderzochten we de kopieaantallen van 95 genen in de 60 fusieparen die werden geïdentificeerd door sequencing van het hele transcriptoom (tabel 3). Achtentwintig van de 5'-partnergenen gedetecteerd in 9 SCLC's en 22 van de 3'-partnergenen gedetecteerd in zeven SCLC's werden in kaart gebracht in de geamplificeerde regio's.

In vier van de vijf SCLC's die fusietranscripten tot expressie brengen met PVT1 als het 5'-partnergen, de 5'-delen van de PVT1 gen op 8q24.21 werden geamplificeerd, wat aangeeft dat er chromosomale breuken waren opgetreden in de PVT1 locus (ondersteunende informatie Fig. S1). Drie van de zeven genen gefuseerd met PVT1 werden ook versterkt. Daarom werd aangegeven dat chromosomale breuken vaak voorkomen in de PVT1 locus tijdens het proces van MIJN C versterking. Om deze reden zijn we verder op zoek gegaan naar PVT1 fusietranscripten tot expressie gebracht in de H2171-, Lu135- en N417-cellijnen, die co-amplificatie van drie regio's op chromosoom 8q vertoonden (tabel 1). In aanvulling op PVT1-CHD7 (PE leest = 345), PVT1-SLC7A7 (PE lezen = 219), en PVT1-CCNB1IP1 (PE leest = 114) werden gedetecteerd in H2171. Zoals hierboven beschreven, nee PVT1 fusie werd gedetecteerd in Lu135. PVT1-CLVS1 (PE lezen = 34) en PVT1-ASPH (PE leest = 27, junction leest = 9) werden gedetecteerd in N417.

RLF, gedetecteerd als het 5'-partnergen van zeven fusieparen in twee cellijnen, H1963 en HCC33, werd in beide cellijnen geamplificeerd (Tabel 3). Drie 3′ partnergenen, MYCL1, COL9A2, en SMAP2, versmolten met RLF in H1963 werden ook toegewezen aan 1p34.2 en geamplificeerd. Twee andere 3′ partnergenen, BCL2L1 en HM13, versmolten met RLF in H1963 en toegewezen aan 20q11.21, werden ook geamplificeerd. De overige twee 3′-partnergenen, UBE2J2 en FAM132A op 1p36.33, werden ook geamplificeerd in HCC33 met opeenvolgende 2 SNP's. Daarom is de productie van fusietranscripten met RLF ging altijd gepaard met amplificatie van zowel de 5'- als de 3'-genen, wat aangeeft dat die genen waren gefuseerd tijdens het proces van MYCL1 versterking.

Deze resultaten geven sterk aan dat amplificatie van verschillende regio's op chromosomen 1 en 8 gelijktijdig maar niet opeenvolgend plaatsvindt in SCLC-cellen, en ondersteunen verder dat gecompliceerde intrachromosomale herschikkingen optreden in het proces van MYCL1 of MIJN C amplificatie, resulterend in de co-amplificatie en fusie van verschillende genen op chromosomen 1 en 8. Daarom is de PVT1 en RLF loci zouden hotspots zijn van chromosomale breuken in het proces van genamplificatie in SCLC-cellen.

SCLC's met expressie van meerdere Fusion-transcripties

Zestig fusietranscripten werden gedetecteerd in 23 van de 42 SCLC's (Tabel 3, ondersteunende informatietabel S4), wat wijst op de aanwezigheid van SCLC's die meerdere fusietranscripten tot expressie brengen. Inderdaad, zestien fusieparen bestonden uit 15 genen die werden geïdentificeerd in H1963 (ondersteunende informatie Fig. S4A). Twaalf van de 15 genen, waaronder: MYCL1, werden toegewezen aan het 1p34.2-amplicon en de resterende 3 genen werden toegewezen aan het 20q11.21-amplicon. Zeven fusies waren intrachromosomaal tussen genen op 1p34.2 of 20q11.21, terwijl de andere negen fusies interchromosomaal waren tussen genen op 1p34.2 en genen op 20q11.21. Daarom waren er in H1963 waarschijnlijk gecompliceerde chromosomale herschikkingen tijdens het proces van MYCL1 versterking.

Zeven fusieparen bestaande uit 14 genen werden geïdentificeerd in SM09-016T (ondersteunende informatie Fig. S4B). Zeven en 7 van de 14 genen werden toegewezen aan respectievelijk chromosomen 3 en 11. De 5'- en 3'-partnergenen voor vier van de zeven fusies werden toegewezen aan dezelfde chromosomen, terwijl die voor de overige drie fusies werden toegewezen aan verschillende chromosomen. Daarom werden deze genen gefuseerd door ofwel intrachromosomale of interchromosomale herschikkingen. Interessant is dat er geen gefuseerde genen werden geamplificeerd in SM09-016T, wat aangeeft dat gecompliceerde chromosomale herschikkingen hadden plaatsgevonden zonder genamplificatie. Twee tot vijf fusietranscripten werden gedetecteerd in acht andere SCLC's. Van de 24 fusies die in deze SCLC's werden gedetecteerd, waren er 18 intrachromosomaal en de overige zes waren interchromosomaal. Acht van de 5'-partnergenen en vier van de 3'-partnergenen werden toegewezen aan de geamplificeerde regio's. Daarom leken intrachromosomale herschikkingen bij voorkeur op te treden in SCLC-cellen, ongeacht het proces van genamplificatie.

KIAA1432-JAK2 Fusie gedetecteerd in een SCLC met 9p24.1-amplificatie

Interessant is dat een KIAA1432-JAK2 fusietranscript werd gedetecteerd in SM09-010T met amplificatie van de KIAA1432 gen op 9p24.1 (Tabel 3 Fig. 3A). Bovendien bleken drie (4,6%) van de 65 SCLC's geanalyseerd met RT-PCR tot expressie te brengen KIAA1432-JAK2 fusie transcripten. Er werd echter voorspeld dat slechts één van hen die tot expressie werd gebracht in SM09-010T een fusie-eiwit produceerde, hoewel het tyrosinekinasedomein werd verstoord door fusie (Fig. 3B).


Gezondheidsproblemen gerelateerd aan genetische veranderingen

Achondroplasie

Twee mutaties in de FGFR3 gen veroorzaken meer dan 99 procent van de gevallen van achondroplasie, een vorm van dwerggroei met korte ledematen. Beide mutaties leiden tot dezelfde verandering in het FGFR3-eiwit. Specifiek wordt de eiwitbouwsteen (aminozuur) glycine vervangen door het aminozuur arginine op eiwitpositie 380 (geschreven als Gly380Arg of G380R). Onderzoekers geloven dat deze genetische verandering ervoor zorgt dat de receptor te actief is, wat leidt tot de verstoringen in de botgroei die bij deze aandoening optreden.

Crouzon-syndroom met acanthosis nigricans

Een FGFR3 genmutatie is geïdentificeerd bij mensen met het Crouzon-syndroom met acanthosis nigricans. Deze zeldzame aandoening veroorzaakt voortijdige hechting van de botten van de schedel (craniosynostose), wat leidt tot een misvormd hoofd en kenmerkende gelaatstrekken, en een huidafwijking genaamd acanthosis nigricans die wordt gekenmerkt door een dikke, donkere, fluweelachtige huid in lichaamsplooien en plooien. De genetische verandering die het Crouzon-syndroom veroorzaakt met acanthosis nigricans vervangt het aminozuur alanine door het aminozuur glutaminezuur op positie 391 van het FGFR3-eiwit (geschreven als Ala391Glu of A391E). De veranderde receptor wordt gemakkelijker ingeschakeld dan normaal en kan signaalroutes activeren, zelfs zonder aanhechting van groeifactoren. De resulterende overactiviteit van het FGFR3-eiwit verstoort de normale groei van de schedelbotten en de huid, wat leidt tot de kenmerken van het Crouzon-syndroom met acanthosis nigricans.

Epidermale naevus

Mutaties in de FGFR3 gen zijn gevonden bij ongeveer 30 procent van de mensen met een bepaald type epidermale naevus (meervoud: naevi). specifiek, FGFR3 genmutaties zijn geassocieerd met sommige keratinocytische epidermale naevi, dit zijn abnormale huidgroei die is samengesteld uit huidcellen die keratinocyten worden genoemd. FGFR3 genmutaties zijn niet gevonden in andere soorten epidermale naevi.

De meest voorkomende FGFR3 genmutatie in epidermale naevi verandert een enkel aminozuur in het FGFR3-eiwit. Het aminozuur arginine is vervangen door het aminozuur cysteïne op positie 248 (geschreven als Arg248Cys of R248C). Door deze mutatie ontstaat een eiwit dat wordt aangezet zonder aanhechting van een groeifactor, waardoor het FGFR3-eiwit constant actief is. Studies suggereren dat cellen met deze FGFR3 genmutatie groeien en delen meer dan normale cellen. De resulterende overgroei van huidcellen leidt tot epidermale naevi.

De FGFR3 genmutaties gevonden in epidermale naevi komen ook voor bij mensen met een andere huidafwijking genaamd seborrheic keratosis en bij mensen met skeletaandoeningen die bekend staan ​​als thanatofore dysplasie, Crouzon-syndroom met acanthosis nigricans en SADDAN (elk beschreven in een andere sectie op deze pagina). In tegenstelling tot de skeletaandoeningen zijn de mutaties die gepaard gaan met epidermale naevi (en seborrheic keratose) echter somatische mutaties die willekeurig ontstaan. Bij epidermale naevi treden de mutaties op tijdens de vroege stadia van ontwikkeling vóór de geboorte en zijn ze alleen aanwezig in de cellen van de naevus, niet in de normale huidcellen eromheen.

Hypochondroplasie

Meer dan 25 mutaties in de FGFR3 gen zijn geïdentificeerd bij mensen met hypochondroplasie, een andere vorm van dwerggroei met korte ledematen die milder is dan achondroplasie. Veel gevallen worden veroorzaakt door een van de twee specifieke FGFR3 genmutaties, die beide leiden tot dezelfde verandering in het FGFR3-eiwit. In het bijzonder wordt het aminozuur asparagine vervangen door het aminozuur lysine op eiwitpositie 540 (geschreven als Asn540Lys of N540K). Ander FGFR3 genmutaties veroorzaken waarschijnlijk een klein aantal gevallen van hypochondroplasie. Hoewel de effecten van deze hypochondroplasie-geassocieerde mutaties niet zijn verklaard, veroorzaken ze waarschijnlijk dat de receptor licht overactief is, wat leidt tot de stoornissen in de botgroei die bij deze aandoening optreden.

Lacrimo-auriculo-dento-digitaal syndroom

Minstens één mutatie in de FGFR3 gen is gevonden dat het lacrimo-auriculo-dento-digital (LADD) syndroom veroorzaakt. De belangrijkste kenmerken van het LADD-syndroom zijn abnormale traanproductie, misvormde oren met gehoorverlies, verminderde speekselproductie, kleine tanden en handmisvormingen. De FGFR3 genmutatie die het LADD-syndroom veroorzaakt, vervangt het aminozuur asparaginezuur door het aminozuur asparagine op positie 513 in het FGFR3-receptoreiwit (geschreven als Asp513Asn of D513N). Deze mutatie vermindert hoogstwaarschijnlijk het vermogen van het FGFR3-receptoreiwit om chemische signalering in cellen te activeren wanneer het aan zijn groeifactor is gehecht. Deze defecten in celsignalering verstoren de celrijping en -ontwikkeling, wat resulteert in abnormale vorming van de oren, het skelet en de klieren in de ogen en mond bij mensen met het LADD-syndroom.

Muenke-syndroom

Een enkele mutatie in de FGFR3 gen is aangetoond dat het het Muenke-syndroom veroorzaakt, een aandoening die craniosynostose veroorzaakt, wat leidt tot een misvormd hoofd en onderscheidende gelaatstrekken. Bijkomende tekenen en symptomen kunnen gehoorverlies, subtiele hand- en voetafwijkingen en ontwikkelingsachterstand zijn. De mutatie die het Muenke-syndroom veroorzaakt, vervangt het aminozuur arginine voor het aminozuur proline op positie 250 in het FGFR3-eiwit (geschreven als Pro250Arg of P250R). Deze mutatie resulteert in de productie van een receptor die overactief is, waardoor de botten van de schedel sneller dan normaal kunnen samensmelten.

De Pro250Arg-mutatie is ook vastgesteld bij sommige mensen met schijnbaar geïsoleerde coronale craniosynostose. Deze aandoening wordt gekenmerkt door een voortijdige versmelting van de groeilijn die van oor tot oor over de bovenkant van het hoofd loopt (de coronale hechtdraad). Mensen met geïsoleerde coronale craniosynostose hebben niet de andere kenmerken die soms worden geassocieerd met het Muenke-syndroom (zoals hand- en voetafwijkingen).

SADDAN

Een mutatie in de FGFR3 gen is geïdentificeerd bij mensen met SADDAN (ernstige achondroplasie met ontwikkelingsachterstand en acanthosis nigricans). SADDAN wordt gekenmerkt door dwerggroei van de korte ledematen (achondroplasie), een diepe ontwikkelingsachterstand en een dikke, donkere, fluweelachtige huid. De genetische verandering die deze aandoening veroorzaakt, vervangt het aminozuur methionine voor het aminozuur lysine op positie 650 van het FGFR3-eiwit (geschreven als Lys650Met of K650M). Onderzoekers geloven dat deze mutatie het FGFR3-eiwit sterk overactiveert, wat leidt tot ernstige problemen met botgroei. Het blijft onzeker hoe de mutatie ontwikkelingsachterstand of acanthosis nigricans veroorzaakt.

Thanatofore dysplasie

Mutaties in de FGFR3 gen zijn geïdentificeerd bij mensen met thanatofore dysplasie, een ernstige skeletaandoening die wordt gekenmerkt door extreem korte ledematen en een smalle borstkas. Meer dan 10 FGFR3 Er is gevonden dat genmutaties type I thanatofore dysplasie veroorzaken. De meeste van deze mutaties veranderen een enkel aminozuur in het FGFR3-eiwit. De meest voorkomende mutatie vervangt het aminozuur cysteïne voor het aminozuur arginine op eiwitpositie 248 (geschreven als Arg248Cys of R248C). Andere mutaties zorgen ervoor dat het eiwit langer is dan normaal.

Van slechts één mutatie is aangetoond dat deze type II thanatofore dysplasie veroorzaakt. Deze mutatie vervangt het aminozuur lysine door het aminozuur glutaminezuur op positie 650 van het FGFR3-eiwit (geschreven als Lys650Glu of K650E). Deze verandering treft een ander deel van het FGFR3-eiwit dan de mutaties die type I thanatofore dysplasie veroorzaken.

De genetische veranderingen die verantwoordelijk zijn voor beide soorten thanatofore dysplasie zorgen ervoor dat de FGFR3-receptor overactief is, wat leidt tot de ernstige problemen met botgroei die bij deze aandoening optreden.

Blaaskanker

Sommige genmutaties worden tijdens het leven van een persoon verworven en zijn alleen in bepaalde cellen aanwezig. Deze veranderingen, die somatische mutaties worden genoemd, worden niet geërfd. Somatische mutaties in de FGFR3 gen zijn gevonden in sommige gevallen van blaaskanker. Blaaskanker is een ziekte waarbij bepaalde cellen in de blaas abnormaal worden en zich ongecontroleerd vermenigvuldigen om een ​​tumor te vormen. Blaaskanker kan bloed in de urine, pijn bij het plassen, frequent urineren, het gevoel te moeten plassen zonder te kunnen plassen, of pijn in de onderrug veroorzaken.

Blaaskanker wordt over het algemeen verdeeld in twee soorten, niet-spierinvasieve blaaskanker (NMIBC) en spierinvasieve blaaskanker (MIBC), op basis van waar in de blaas de tumor zich bevindt. Ongeveer 80 procent van de NMIBC-tumoren heeft FGFR3 gen mutaties. FGFR3 genmutaties veranderen enkele aminozuren in het FGFR3-eiwit, dat eiwitsignalering lijkt te overactiveren. Dientengevolge zijn blaascellen waarschijnlijk gericht op abnormaal groeien en delen. Deze ongecontroleerde celdeling leidt tot de vorming van blaaskanker.

Multipel myeloom

MedlinePlus Genetics geeft informatie over multipel myeloom

Andere aandoeningen

Tenminste twee FGFR3 Er is gevonden dat genmutaties een zeldzame aandoening veroorzaken die camptodactylie, grote gestalte, gehoorverliessyndroom (CATSHL-syndroom) wordt genoemd. Personen met deze aandoening zijn langer dan gemiddeld en hebben doorgaans gehoorverlies. Ze kunnen ook permanent gebogen vingers of tenen hebben (camptodactylie) en andere skeletafwijkingen. Onderzoekers suggereren dat de FGFR3 genmutaties die betrokken zijn bij het CATSHL-syndroom verminderen de functie van het FGFR3-eiwit, hoewel het onduidelijk is hoe de mutaties leiden tot de tekenen en symptomen van de aandoening.

Mutaties in de FGFR3 gen zijn gevonden bij 30 tot 70 procent van de mensen met seborrheic keratosen, dit zijn kleine, donkere, goedaardige (goedaardige) tumoren van de huid die worden veroorzaakt door overgroei van huidcellen. Seborrheic keratosen ontwikkelen zich op volwassen leeftijd en worden gezien bij de meeste mensen ouder dan 50 jaar FGFR3 genmutaties geassocieerd met seborrheic keratosen zijn somatische mutaties en worden niet geërfd. Minstens negen FGFR3 genmutaties zijn geïdentificeerd bij mensen met seborrheic keratosen. Deze mutaties veranderen enkele aminozuren in het FGFR3-eiwit. De gemuteerde FGFR3-eiwitten zijn abnormaal actief, wat resulteert in de overgroei van huidcellen, wat leidt tot seborrheic keratose. Er is gesuggereerd dat de mutaties die betrokken zijn bij seborrheic keratose kunnen worden veroorzaakt door blootstelling aan ultraviolet (UV) licht.

De somatische Arg248Cys FGFR3 genmutatie gevonden in epidermale naevus (hierboven beschreven) kan ook Garcia-Hafner-Happle-syndroom veroorzaken (ook bekend als fibroblast-groeifactorreceptor 3-epidermaal naevus-syndroom). Deze aandoening wordt gekenmerkt door een zachte, fluweelachtige keratinocytische epidermale naevus en neurologische problemen, zoals toevallen, verstandelijke beperking, onderontwikkeling van het weefsel dat de twee hersenhelften verbindt (corpus callosum) en een verlies van hersencellen (corticale atrofie) . Men denkt dat de neurologische problemen optreden omdat de somatische mutatie behalve die in de huid ook hersencellen aantast.

Andere kankers

Naast blaaskanker, somatische mutaties in de FGFR3 gen zijn in verband gebracht met kanker van witte bloedcellen (multipel myeloom) en baarmoederhalskanker. Sommige gevallen van multipel myeloom zijn gerelateerd aan een herschikking van genetisch materiaal (een translocatie) waarbij chromosoom 14 betrokken is en het gebied van chromosoom 4 dat de FGFR3 gen. Mutaties die in verband zijn gebracht met baarmoederhalskanker zijn veranderingen in enkele nucleotiden in de FGFR3 gen.

FGFR3 genmutaties die leiden tot multipel myeloom en baarmoederhalskanker zouden het FGFR3-eiwit in bepaalde cellen overactiveren. De gemuteerde receptor stuurt de cellen om te groeien en te delen in afwezigheid van signalen van buiten de cel. Deze ongecontroleerde deling kan leiden tot de overgroei van kankercellen.


Afkortingen

Gebied onder de dosis-responscurve

Bacterieel kunstmatig chromosoom

Encyclopedie van kankercellijnen:

Vergelijkende genomische hybridisatie

Reactieportaal voor kankertherapieën

Database van genomische varianten

Ewing-sarcoomfamilie van tumoren

Fluorescentie in situ hybridisatie

HUGO-comité voor genennomenclatuur

Organisatie van het menselijk genoom

Het verlies van heterozygotie

Nationaal uitgebreid kankernetwerk

Op oligonucleotide gebaseerd chromosomaal CGH

Polymerasekettingreactie

Single nucleotide polymorfisme

Therapeutisch toepasbaar onderzoek om effectieve behandelingen te genereren


Kopieer aantal variatie gerelateerde ziektegenen

Een van de belangrijkste en meest uitdagende kwesties in de biogeneeskunde en genomica is hoe ziektegerelateerde genen kunnen worden geïdentificeerd. Datasets van high-throughput biotechnologieën zijn op grote schaal gebruikt om dit probleem vanuit verschillende perspectieven op te lossen, bijv., epigenomics, genomics, transcriptomics, proteomics, metabolomics. Op genomisch niveau zijn kopie-nummervariaties (CNV's) erkend als kritische genetische variaties, die aanzienlijk bijdragen aan de genomische diversiteit. Ze zijn in verband gebracht met zowel veelvoorkomende als complexe ziekten en hebben dus een grote invloed op een verscheidenheid aan Mendeliaanse en somatische genetische aandoeningen.

Resultaten

In deze review, gebaseerd op een verscheidenheid aan complexe ziekten, geven we een overzicht van de cruciale rol van het gebruik van CNV's voor het identificeren van ziektegerelateerde genen, en bespreken we in detail de verschillende high-throughput- en sequencingmethoden die worden toegepast voor CNV-detectie. Enkele beperkingen en uitdagingen met betrekking tot CNV worden ook benadrukt.

Conclusies

Betrouwbare detectie van CNV's maakt het niet alleen mogelijk om driver-mutaties voor verschillende ziekten te onderscheiden, maar helpt ook om gepersonaliseerde geneeskunde te ontwikkelen wanneer deze wordt geïntegreerd met andere genomische kenmerken.


Genen waarbij zowel een invaliderende mutatie als kopienummerversterking verschillende genetische ziekten veroorzaken - Biologie

Genetische mutaties worden beïnvloed door sequentiecontext, structuur en genomische kenmerken.

Er zijn mechanismen geïdentificeerd die verantwoordelijk zijn voor veel mutatie-hotspots.

Hotspots zijn grotendeels gerelateerd aan loci die vatbaar zijn voor mutatie tijdens replicatie of DNA-reparatie.

Selectie leidt tot terugkerende mutaties in somatische weefsels die voor therapeutische doeleinden kunnen worden benut.

Mutatie van het menselijk genoom resulteert in drie klassen van genomische variatie: varianten met één nucleotide, korte inserties of deleties en grote structurele varianten (SV's). Sommige mutaties treden op tijdens normale processen, zoals meiotische recombinatie of B-celontwikkeling, en andere zijn het gevolg van DNA-replicatie of afwijkend herstel van breuken in sequentiespecifieke contexten. Ongeacht het mechanisme zijn mutaties onderhevig aan selectie en sommige hotspots kunnen zich manifesteren in ziekte. Hier bespreken we genomische regio's die vatbaar zijn voor mutatie, mechanismen die bijdragen aan mutatiegevoeligheid en de processen die leiden tot hun accumulatie in normale en somatische genomen. Met verdere, nauwkeurigere sequentiebepaling van het menselijk genoom, zullen waarschijnlijk extra mutatie-hotspots, mechanistische details van hun vorming en de relevantie van hotspots voor evolutie en ziekte worden ontdekt.


Bekijk de video: Genetische en omgevingsinvloeden Ontwikkelings- en Onderwijspsychologie (November 2021).