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【佳学基因检测】通过全外显子组测序基因检测鉴定与鼻咽癌易感性相关的种系变异

【佳学基因检测】通过全外显子组测序基因检测鉴定与鼻咽癌易感性相关的种系变异 鼻咽癌全外显组基因检测易感性要点 本研究的目的是确定与患鼻咽癌 (NPC) 风险增加相关的种系遗传变异。对来自 119 名新加坡鼻咽癌患者的 DNA 样本进行了测序,与未受影响的对照组相比,发现 17 个基因中的 17 个致病变异在鼻咽癌患者中富集。这些基因序列变化中的五个(在 JAK2、PRDM16 、 LRP1

 


佳学基因检测】通过全外显子组测序基因检测鉴定与鼻咽癌易感性相关的种系变异

 

鼻咽癌全外显组基因检测易感性要点

本研究的目的是确定与患鼻咽癌 (NPC) 风险增加相关的种系遗传变异。对来自 119 名新加坡鼻咽癌患者的 DNA 样本进行了测序,与未受影响的对照组相比,发现 17 个基因中的 17 个致病变异在鼻咽癌患者中富集。这些基因序列变化中的五个(在JAK2、PRDM16LRP1BNINNKX2-1基因中)通过对一组独立的新加坡鼻咽癌患者和未受影响的新加坡对照的重复测试得到支持。在患有鼻咽癌的两个兄弟姐妹中观察到FANCE变异,但在同一家庭的三个未受影响的兄弟姐妹中没有观察到。基于基因的负担测试概括了NKX2-1之间的关联和具有鼻咽癌风险的FANCE基因突变。通路分析显示内吞作用和免疫调节通路中的种系突变频率更高。鼻咽癌易感性基因检测协作组的研究已经确定了与鼻咽癌易感性相关的新基因突变序列和基因,这与更好地了解鼻咽癌的遗传易感性有关。

鼻咽癌易感基因检测导读

目前对鼻咽癌(鼻咽癌)遗传易感因素的认识还不完整。为了确定与鼻咽癌易感性相关的新种系变异,鼻咽癌易感性基因检测协作组分析了来自新加坡的 119 名有鼻咽癌家族史和/或早发性鼻咽癌患者以及 1337 名没有鼻咽癌的新加坡参与者的全外显子组测序数据。通过在局部对照 (n = 1337) 和 gnomAD 非癌症 (EAS) (n = 9626) 队列和高致病性预测 (CADD 评分 > 20) 中选择具有 <1% 次要等位基因频率的基因突变序列,对基因突变进行优先排序和过滤. 使用单变异测试,鼻咽癌易感性基因检测协作组在 17 个与鼻咽癌相关的基因中发现了 17 个罕见的致病变异。对于其中五个基因序列变化(在JAK2、PRDM16、LRP1B、NINNKX2-1)来自 156 名鼻咽癌患者和 9770 名未受影响个体的独立病例对照比较。在一个有五个兄弟姐妹的家庭中,在两个受影响的成员中检测到FANCE基因序列变化 (p. P445S),但在三个未受影响的成员中未检测到。基于基因的负荷测试概括了NKX2-1FANCE中的基因突变与鼻咽癌风险相关。使用通路分析,发现内吞作用和免疫调节通路富含突变负荷。这项研究已经确定了鼻咽癌易感性变异和基因,它们可以为鼻咽癌的遗传易感性提供新的见解。

关键词: 鼻咽癌,外显子组测序,种系变异,遗传易感性

 

1、鼻咽癌的易感基因及其检测介绍简介

2018 年,全球有 129,000 名新患者罹患鼻咽癌 (NPC) 。然而,鼻咽癌 的全球发病率并不相同,超过三分之二的新鼻咽癌病例发生在东亚和东南亚。爱泼斯坦-巴尔病毒 (EBV) 感染是鼻咽癌贼常见的致病因素,尽管其他环境风险因素,如食用腌制食品、酒精和口腔卫生差,也与鼻咽癌风险相关。贼近,一项针对 334,935 名男性的荟萃分析表明,吸烟与鼻咽癌风险之间存在剂量反应关系,这为吸烟作为鼻咽癌的另一个危险因素提供了支持。新加坡和中国的前瞻性研究表明,患者的一级亲属患鼻咽癌的风险增加了 2 倍至 10 倍以上,这表明在鼻咽癌的发展中存在遗传因素。

基于各种肿瘤发生模型的鼻咽癌的潜在遗传因素与发育基因有关,例如CRIP2MIPOL1、EBV 癌蛋白LMP1LMP2,并通过特定的易感染 EBV 的 HLA 单倍型增加 EBV 相关的肿瘤发生。贼近的研究采用下一代测序 (NGS) 来检查鼻咽癌的遗传学并识别鼻咽癌中的种系变异。使用鼻咽癌肿瘤 DNA 样本的全外显子组测序 (WES),已在 Ras 和细胞周期通路、NF-kB通路和MLL3基因中鉴定出体细胞变异体 。来自中国南方血统的鼻咽癌患者的生殖系 DNA 的 WES 还发现了将MST1RRPA1分别与鼻咽癌和侵袭性疾病的遗传易感性相关的生殖系变异。此外,已在 100 多个基因中报告了与癌症风险增加相关的种系突变 ,并且靶向测序发现了疑似家族性或散发性鼻咽癌易感基因CDKN2A/2BBRD2TNFRSF19CLPTM1L/TERT的变异体.

在这里,鼻咽癌易感性基因检测协作组对来自新加坡的 119 名鼻咽癌患者的种系 DNA 进行了 WES,以确定先前报道的鼻咽癌相关基因中突变的流行率并确定新的鼻咽癌易感性变异。该队列中发现的变异也在一个独立队列中进行了检查,该队列由 156 名年轻的鼻咽癌病例组成,这些病例在 40 岁之前被诊断出来。此外,针对局部对照和 gnomAD 非癌症东亚对照队列进行病例对照关联分析。通过使用严格的过滤和优先排序策略,鼻咽癌易感性基因检测协作组确定了 FANCE、JAK2、PRDM16、LRP1B、NIN 和 NKX2-1 中基因突变序列这可能与鼻咽癌的发病机制有关。通路分析显示,内吞作用和免疫调节通路富含突变负荷。

 

2. 材料和方法

2.1 研究参与者

发现队列的血液样本来自新加坡国立大学医院的 119 名被诊断患有鼻咽癌的患者。图1)。这些患者要么有早发性 鼻咽癌(40 岁或以下)和/或一级和/或二级亲属有鼻咽癌家族史。还从发现队列的 16 名先证者中的 38 名家庭成员(2 名受影响,36 名未受影响)获得血样。未受影响的对照个体包括 1337 名新加坡参与者,他们也接受了全外显子组测序。

包含图片、插图等的外部文件。对象名称为cancers-14-03680-g001.jpg

图1:为选择候选鼻咽癌易感性基因突变序列而采取的研究设计和步骤。对于每个基因突变过滤步骤,过滤后剩余的基因序列变化数量在大括号内给出。

对于验证队列,血液样本来自新加坡国家癌症中心的 156 名 40 岁或以下诊断为鼻咽癌的患者。未受影响的对照个体包括 9770 名健康的新加坡参与者 (SG10K_Health) 。所有研究参与者都提供了书面知情同意书,并且该研究得到了研究地点的机构审查委员会的批准。

2.2. 全外显子组测序

对于发现队列及其家庭成员,基因组 DNA 是使用常规实验室方法从外周血单个核细胞中提取的 。使用 Agilent SureSelect 人全外显子 V6 试剂盒(Agilent Technologies,Santa Clara,CA,USA)从 DNA 样品制备测序文库,并在 Illumina NovaSeq 6000 平台(Illumina,San Diego,CA,USA)上进行 150bp 双末端测序)。对于验证队列,使用 Agilent SureSelect 人全外显子 V6 +UTR 试剂盒(Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)制备测序文库。对照组使用类似的、描述良好的方案制备,并在 Illumina 高通量仪器(NovaSeq 6000 或 HiSeq 4000)(Illumina,San Diego,CA,USA)上使用 150bp 双末端读数进行测序。

2.3. 种系基因突变序列发现和注释

对于每个测序样本,使用 BWA-MEM (v0.7.17)  将读取对与人类参考基因组 (b37) 进行比对。对读数进行排序,并将来自多个泳道的读数与 SAMtools (v1.9)  合并。使用 GATK v4.1.9.0  中的 MarkDuplicates 标记 PCR 重复以进行下游过滤。使用 GATK 的 BaseRecalibrator 和 ApplyBQSR 执行和应用基础质量重新校准。随后,使用 GATK HaplotypeCaller 执行基因突变调用,为每个样本生成一个 GVCF 文件。与具有 GenotypeGVCFs 功能的本地对照组的 GVCFs 一起进行联合基因分型。使用 gnomAD v2.1 中推荐的硬过滤器删除了低质量的基因突变序列。

基因序列变化使用 ANNOVAR  进行注释,包括来自 CADD 、SIFT 、PolyPhen-2  和 MutationTaster  以及 ClinVar 数据库  的计算机预测工具。ACMG-AMP 致病性注释通过 InterVar (图1)。

2.4. 基因突变的优先级排序和过滤

首先从联合基因分型的基因突变序列中选择在两名或更多受影响的患者中发生突变的潜在鼻咽癌基因突变序列。通过过滤在 gnomAD 非癌症 (EAS) 和局部对照队列中具有小于 1% 的次要等位基因频率 (MAF) 的基因突变来选择稀有基因序列变化。然后,从 CADD v1.3 phred 评分大于 20 的非同义变异中选择致病变异。这个严格的 CADD 阈值代表 CADD 预测的致病变异的前 1%。保留了功能丧失基因序列变化(移码插入和删除、停止增益、停止损失或开始损失)。贼后,通过选择出现在以下癌症基因数据库或文献来源中的至少两个中的基因的基因突变来选择已知癌症基因中的罕见致病变异:癌症基因网络 (NCG) 6.0、COSMIC 癌症基因普查 v94 (CGC) 、生殖系癌症易感基因 、癌症驱动基因  或从核苷酸背景推断的癌症驱动基因 。

2.5. 病例对照关联分析

进行主成分分析(PCA)以验证具有鼻咽癌的参与者和未受影响的本地对照参与者具有相似的遗传血统。使用默认参数 使用 SNPRelate 完成 PCA 。通过将发现队列中的等位基因频率与局部对照队列和 gnomAD 非癌症 (EAS) (n = 9626) 中的等位基因频率进行比较,对已知癌症基因中的基因突变序列进行病例对照关联分析。如果 gnomAD 中未报告的基因序列变化在有效 gnomAD 基因突变的 300 个核苷酸范围内,则假定它们具有零等位基因计数和线性插值等位基因数。选择了在两次比较中显着更常见的基因序列变化(FDR 调整的p值小于 0.10)。

使用来自新加坡的 156 名鼻咽癌患者的验证队列和由来自新加坡的 9770 名中国、马来和印度健康志愿者组成的 SG10K_Health 对照队列(5.3 版)重复病例对照关联分析 。

2.6. 偏析分析

使用以 hg38 作为参考基因组的 DRAGEN v3.8.4 调用来自发现队列先证者家族成员的种系基因突变序列 。使用默认的 DRAGEN 过滤器过滤基因突变以进行质量控制,然后提升到 hg19。变异注释和致病性过滤使用与发现和本地对照队列所述相同的方法进行。

2.7. 基于基因的负担测试

基于基因的负担测试用于比较发现队列与局部对照组中已知癌症基因中具有罕见致病变异的受影响患者的比例。通过设置平均每组贼小读取深度截止值来控制测序覆盖率的差异。选择局部对照组中每个样本 25.1 个读数的贼小平均截止值,以平衡由 QQ 图R 2量化的测试有效性和要过滤的基因序列变化数量。PCA 协变量未包含在测试中,因为它们似乎没有提高测试的有效性。该测试是使用 EPACTS 的 emmaxCMC  实施的组合多变量和塌陷测试进行的。

为了验证在基于变异的分析中优先考虑的 17 个基因中鉴定的变异,还对 16 名先证者及其 38 名家庭成员进行了基于基因的负担测试,以检测所有致病变异。

2.8. 通路分析

使用相同的参数重复基于基因的发现和局部对照的负担测试,而不过滤已知的癌症基因。然后,使用 QIAGEN Ingenuity Pathway Analysis (IPA) (QIAGEN, Redwood City, CA, USA) 对559 个p < 0.05 的基因进行了富集通路分析。使用右尾费舍尔正确检验计算典型途径的富集p值。

2.9. 使用 Integrative Genomics Viewer (IGV) 进行变异质量检查

通过检查它们在 IGV  中的比对来识别基于基因序列变化和基于基因的结果中的低质量基因突变。对于基于基因突变序列的结果,有问题的基因序列变化已从结果列表中删除。对于基于基因的结果,基于基因的测试在排除有问题的基因突变的情况下重新运行。

2.10. 统计分析

使用双尾 Fisher 正确检验  进行基于基因序列变化的病例对照分析。基于基因的负担测试是通过使用 EPACTS emmaxCMC  的组合多变量和崩溃测试进行的。使用 Benjamini-Hochberg 方法对多次测试的p值进行了校正,以降低错误发现率 。

 

3. 结果

3.1. 研究参与者的特征

在发现队列中,患者的诊断年龄为 40 岁或以下(53/119 或 58.9%),任何癌症的一级或二级家族史(29/119 或 24.4%),或两者兼有(37/119 或 31.1%)。在验证队列中,所有患者的诊断年龄均在 40 岁或以下。两个队列均以华人为主:发现队列包括 105 名华人(88.2%)、3 名马来人(2.5%)、1 名印度人(0.8%)和 10 名其他种族的鼻咽癌患者(8.4%);验证队列有 132 名华人(84.6%)、9 名马来人(5.8%)和 15 名其他种族的患者(9.6%)。

3.2. 基因突变序列过滤

使用 GATK 对 119 名发现队列患者和 1337 名当地对照进行联合基因分型。图1)。总体而言,发现队列或局部对照中的 1,680,087 个基因突变通过了过度杂合性(如预期的 Hardy-Weinberg 平衡)、读取深度、等位基因平衡和基因型质量的过滤标准。其中,272,536 个基因序列变化是反复的,存在于两个或多个病例中。在 gnomAD (EAS) 和 CADD v1.3 PHRED 评分大于 20 的局部对照队列中过滤次要等位基因频率 (MAF) 小于 1% 的变异后,移码插入和删除、停止增益、停止损失或start-losses,根据癌症基因数据库 (COSMIC, NCG) 或文献来源 列出的 188 种罕见致病变异的贼终列表,这些变异属于已知癌症基因中的基因] 被选择用于进一步的病例对照关联分析。显示了单例基因序列变化列表,每个基因突变仅在一种情况下存在。这些基因突变序列被排除在基于基因序列变化的测试之外,但不是基于基因的测试。

3.3. 基于基因突变的病例对照关联分析

鼻咽癌易感性基因检测协作组对已知癌症基因中的 188 种罕见致病变异进行了病例对照关联分析,比较了它们在鼻咽癌易感性基因检测协作组的发现病例队列中的等位基因频率与局部对照和 gnomAD (EAS)。在这 188 个基因突变序列中,鼻咽癌易感性基因检测协作组在 17 个癌症相关基因中筛选出 17 个基因突变序列,它们都是 CADD PHRED 评分大于 20 的非同义 SNV,与局部对照和 gnomAD 相比,鼻咽癌 患者的等位基因频率明显更高队列(表格1,)。其中包括编码 FANCE(范可尼贫血 (FA) 核复合体的一个亚基)的基因变异;NKX2-1,NF-κB 信号通路的转录因子和负调节因子 ;和其他公认的致癌基因JAK2、PRDM16、BMPR1A和肿瘤抑制基因KMT2C、FAT4 和 LRP1B 。显示这 17 个基因突变的频率的图,以及每个病例的年龄组和家族史。

表格1

从发现队列中鉴定的 17 个已知或候选癌症基因中的 17 个基因序列变化的等位基因频率和病例对照关联分析。

基因

基因突变序列

发现队列中的等位基因频率

(n = 119)

次要等位基因频率

针对本地控制队列的病例对照

针对 gnomAD (EAS) 的案例控制

本地控制队列

(n = 1337)

gnomAD (EAS)

(n = 9626)

优势比

(5–95% CI)

p

FDR 调整后的

p

优势比

(5–95% CI)

p

FDR 调整后的

p

JAK2

NM_004972.3 :c.1174G>A

3.782%

0.748%

0.789%

5.2 (2.1–12.1)

0.000327

0.0268

4.9 (2.2–9.8)

0.000165

0.00387

APOB

NM_000384.3 :c.6698T>C

0.840%

0.000%

0.000%

Inf (2.1–Inf)

0.00665

0.0606

Inf (15.2–Inf)

0.000149

0.00387

FAT3

NM_001008781.2 :c.8983C>A

0.840%

0.000%

0.000%

Inf (2.1–Inf)

0.00665

0.0606

Inf (14.9–Inf)

0.000155

0.00387

PRDM16

NM_022114.4 :c.2062G>A

1.261%

0.037%

0.042%

34.0 (2.7–1770.4)

0.00203

0.0606

30.0 (5.1–126.5)

0.000294

0.00536

BMPR1A

NM_004329.2 :c.1348G>A

1.261%

0.075%

0.042%

17.0 (1.9–204.3)

0.00476

0.0606

30.7 (5.2–128.4)

0.000276

0.00536

IL21R

NM_021798.4 :c.305C>T

0.840%

0.000%

0.005%

Inf (2.1–Inf)

0.00665

0.0606

162.3 (8.4–8835.8)

0.000442

0.00725

N4BP2

NM_018177.5 :c.2582A>T

0.840%

0.000%

0.010%

Inf (2.1–Inf)

0.00665

0.0606

81.3 (5.9–1093.6)

0.000877

0.0131

FLNA

NM_001110556.2 :c.2876G>A

1.681%

0.112%

0.164%

15.2 (2.6–104.4)

0.00125

0.0606

10.4 (2.6–30.7)

0.000989

0.0135

KMT2C

NM_170606.2 :c.9530G>A

0.840%

0.000%

0.016%

Inf (2.1–Inf)

0.00665

0.0606

54.2 (4.5–482.3)

0.00145

0.0171

ZEB1

NM_001323674.1 :c.2321C>T

0.840%

0.000%

0.016%

Inf (2.1–Inf)

0.00665

0.0606

54.1 (4.5–481.3)

0.00146

0.0171

FAT4

NM_001291285.1 :c.10310C>A

0.840%

0.000%

0.031%

Inf (2.1–Inf)

0.00665

0.0606

27.1 (2.7–152.4)

0.00397

0.0367

FANCE

NM_021922.2 :c.1333C>T

0.840%

0.000%

0.042%

Inf (2.1–Inf)

0.00665

0.0606

20.4 (2.1–102.6)

0.00626

0.0461

MPL

NM_005373.2 :c.1300G>A

0.840%

0.000%

0.047%

Inf (2.1–Inf)

0.00665

0.0606

18.1 (1.9–88.2)

0.00760

0.0477

LRP1B

NM_018557.2 :c.5837A>T

0.840%

0.000%

0.047%

Inf (2.1–Inf)

0.00665

0.0606

18.1 (1.9–88.0)

0.00762

0.0477

NIN

NM_020921.3 :c.2867G>A

0.840%

0.000%

0.047%

Inf (2.1–Inf)

0.00665

0.0606

18.1 (1.9–88.2)

0.00759

0.0477

NKX2-1

NM_003317.4 :c.251G>A

0.840%

0.000%

0.054%

Inf (2.1–Inf)

0.00665

0.0606

15.7 (1.7–74.3)

0.0097

0.0497

CD28

NM_001243078.1 :c.298C>T

0.840%

0.000%

0.088%

Inf (2.1–Inf)

0.00665

0.0606

9.6 (1.1–40.7)

0.0222

0.0865

在单独的窗口中打开

使用早发性鼻咽癌患者 (n = 156) 和来自 SG10K_Health (n = 9770) 的健康对照的验证队列,对这 17 个基因突变重复独立的病例对照关联。JAK2、PRDM16、LRP1B、NINNKX2-1中的 17 个基因突变序列中的 5个也存在于验证队列中。与 SG10K_Health 对照相比,所有五种基因突变在鼻咽癌患者中更常见(表 2)。

表 2: 验证队列中 17 个选定基因突变的等位基因频率和病例对照关联分析。

基因

基因序列变化

参考单核苷酸多态性

验证队列中的等位基因频率 (n = 156)

SG10K_Health 中的等位基因频率 (n = 9770)

优势比

(5–95% CI)

p

JAK2

NM_004972.3 :c.1174G>A

rs200018153

5/312 (1.603%)

180/19178 (0.939%)

1.7 (0.5–4.1)

0.226

APOB

NM_000384.3 :c.6698T>C

rs1176839033

0/312 (0.000%)

不适用

不适用

不适用

FAT3

NM_001008781.2 :c.8983C>A

rs62622785

0/312 (0.000%)

109/19068 (0.572%)

0.0 (0.0–2.1)

0.426

PRDM16

NM_022114.4 :c.2062G>A

rs367580261

1/312 (0.321%)

40/18760 (0.213%)

1.5 (0.0–8.9)

0.492

BMPR1A

NM_004329.2 :c.1348G>A

rs55932635

0/312 (0.000%)

5/19048 (0.026%)

0.0 (0.0–66.8)

1.000

IL21R

NM_021798.4 :c.305C>T

rs1180106880

0/312 (0.000%)

16/18962 (0.084%)

0.0 (0.0–15.8)

1.000

N4BP2

NM_018177.5 :c.2582A>T

rs61748748

0/312 (0.000%)

173/19110 (0.905%)

0.0 (0.0–1.3)

0.121

FLNA

NM_001110556.2 :c.2876G>A

rs782104597

0/312 (0.000%)

14/13534 (0.103%)

0.0 (0.0–13.1)

1.000

KMT2C

NM_170606.2 :c.9530G>A

rs535118581

0/312 (0.000%)

5/19106 (0.026%)

0.0 (0.0–67.0)

1.000

ZEB1

NM_001323674.1 :c.2321C>T

rs759615272

0/312 (0.000%)

不适用

不适用

不适用

FAT4

NM_001291285.1 :c.10310C>A

rs761789494

0/312 (0.000%)

5/19210 (0.026%)

0.0 (0.0–67.4)

1.000

FANCE

NM_021922.2 :c.1333C>T

rs141551053

0/312 (0.000%)

16/18978 (0.084%)

0.0 (0.0–15.8)

1.000

MPL

NM_005373.2 :c.1300G>A

rs754296556

0/312 (0.000%)

5/19024 (0.026%)

0.0 (0.0–66.8)

1.000

LRP1B

NM_018557.2 :c.5837A>T

rs776616686

1/312 (0.321%)

27/19236 (0.140%)

2.3 (0.1–14.0)

0.363

NIN

NM_020921.3 :c.2867G>A

rs199887033

2/312 (0.641%)

60/19098 (0.314%)

2.0 (0.2–7.8)

0.263

NKX2-1

NM_003317.4 :c.251G>A

rs757703309

1/312 (0.321%)

5/18862 (0.027%)

12.1 (0.3–109.0)

0.0938

CD28

NM_001243078.1 :c.298C>T

rs200936737

0/312 (0.000%)

11/18986 (0.058%)

0.0 (0.0–24.3)

1.000

在单独的窗口中打开

N/A——SG10K_Health 队列中没有报告这些基因突变,因此它们的等位基因频率不可用,并且没有进行统计检验。

3.4. 基于基因的负担测试显示 NKX2-1 和 FANCE 的突变负担增加

为了确定是否在基因水平上反映了相同的病例对照关联,鼻咽癌易感性基因检测协作组对已知癌症基因中的罕见致病变异进行了基于基因的负荷测试,比较了发现病例与局部对照中的种系突变负荷。图1)。基于基因的负担测试结果显示NKX2-1与鼻咽癌风险之间存在关联,因为 119 例病例中有 2 例(1.7%),但 1337 例对照中没有NKX2-1变异(FDR 调整p = 0.0144)(表3)。

表3:对 17 个优先候选基因进行基于基因的负荷测试。

基因

蛋白质功能

罕见致病变异病例 (n = 119)

具有罕见致病变异的对照 (n = 1337)

p

FDR 调整后的

p

β估计

β 标准误差

JAK2

细胞因子和生长因子信号

9/119 (7.56%)

32/1337 (2.39%)

0.0209

0.998

0.07955

0.03441

APOB

LDL受体配体

8/119 (6.72%)

46/1337 (3.44%)

0.134

0.998

0.04427

0.02949

FAT3

细胞间粘附(预测)

11/119 (9.24%)

101/1337 (7.55%)

0.697

0.998

0.00824

0.02113

PRDM16

转录因子;参与一些 MDS/AML 易位

5/119 (4.20%)

42/1337 (3.14%)

0.728

0.998

0.01111

0.03198

BMPR1A

I型跨膜丝氨酸/苏氨酸受体

5/119 (4.20%)

7/1337 (0.52%)

0.00299

0.468

0.18300

0.06152

IL21R

细胞生长;T细胞、B细胞和NK细胞的增殖和分化

2/119 (1.68%)

2/1337 (0.15%)

0.00978

0.674

0.27530

0.10640

N4BP2

泛素化底物(预测);转录偶联 DNA 修复(预测);重组(预测)

2/119 (1.68%)

33/1337 (2.47%)

0.649

0.998

-0.01689

0.03709

FLNA

细胞骨架结构和重塑

3/119 (2.52%)

41/1337 (3.07%)

0.831

0.998

−0.00699

0.03269

KMT2C

组蛋白甲基化和转录共激活

6/119 (5.04%)

56/1337 (4.19%)

0.990

0.998

−0.00037

0.02824

ZEB1

IL-2 的转录抑制因子(预测)

2/119 (1.68%)

12/1337 (0.90%)

0.347

0.998

0.06365

0.06773

FAT4

平面电池极性的调节

16/119 (13.45%)

121/1337 (9.05%)

0.154

0.998

0.02757

0.01935

FANCE

DNA交联修复

3/119 (2.52%)

8/1337 (0.60%)

0.120

0.998

0.10020

0.06451

MPL

巨核细胞生成和血小板生成的调节剂

0/119 (0.00%)

10/1337 (0.75%)

0.507

0.998

−0.04494

0.06773

LRP1B

低密度脂蛋白受体

10/119 (8.40%)

107/1337 (8.00%)

0.850

0.998

−0.00388

0.02053

NIN

对中心体功能至关重要

7/119 (5.88%)

68/1337 (5.09%)

0.855

0.998

0.00464

0.02534

NKX2-1

同源框调节形态发生和甲状腺特异性基因

2/119 (1.68%)

0/1337 (0.00%)

0.0000184

0.0144

0.64450

0.15000

CD28

T细胞增殖和存活;细胞因子产生

3/119 (2.52%)

1/1337 (0.07%)

0.000775

0.202

0.35340

0.10490

在单独的窗口中打开

a通过 RefGene 获得。

对于来自发现队列的 16 名先证者,可从 2 名受鼻咽癌影响的家庭成员和 36 名未受影响的家庭成员中获得 DNA 样本。基于基因的负担测试用于验证基于变异的关联测试结果的变异。在这项测试中,FANCE的种系突变负担明显更大,其中两个受影响的个体(11.1%)但没有未受影响的个体有FANCE变异(rs141551053)(表 4)。具有这种FANCE基因突变的两个受影响个体是兄弟姐妹:先证者 A0118 和受影响的兄弟 A0118-4。A0118 有另外三个兄弟姐妹,他们都不受鼻咽癌影响,也没有携带这个FANCE基因突变序列。

表 4: 对 16 名先证者和 38 名家庭成员(2 名受影响,36 名未受影响)的 17 个优先候选基因进行基于基因的负担测试。

基因

致病性变异病例 (n = 18)

具有致病性变异的对照 (n = 36)

p

β估计

β 标准误差

JAK2

0 (0.00%)

1 (2.78%)

0.435

−0.37660

0.47920

APOB

18 (100.00%)

36 (100.00%)

0.625

−0.06977

0.14200

FAT3

4 (22.22%)

8 (22.22%)

0.907

0.01852

0.15700

PRDM16

2 (11.11%)

6 (16.67%)

0.677

−0.07689

0.18360

BMPR1A

1 (5.56%)

2 (5.56%)

0.986

−0.00504

0.28290

IL21R

0 (0.00%)

0 (0.00%)

不适用

不适用

不适用

N4BP2

1 (5.56%)

1 (2.78%)

0.646

0.15840

0.34280

FLNA

1 (5.56%)

4 (11.11%)

0.498

−0.15180

0.22260

KMT2C

18 (100.00%)

36 (100.00%)

不适用

不适用

不适用

ZEB1

0 (0.00%)

0 (0.00%)

不适用

不适用

不适用

FAT4

15 (83.33%)

34 (94.44%)

0.218

−0.27570

0.22130

FANCE

2 (11.11%)

0 (0.00%)

0.0376

0.70240

0.32920

MPL

0 (0.00%)

0 (0.00%)

不适用

不适用

不适用

LRP1B

1 (5.56%)

2 (5.56%)

0.978

0.00781

0.28300

NIN

13 (72.22%)

26 (72.22%)

0.833

0.03131

0.14810

NKX2-1

0 (0.00%)

0 (0.00%)

不适用

不适用

不适用

CD28

0 (0.00%)

0 (0.00%)

不适用

不适用

不适用

在单独的窗口中打开

N/A——在受影响和未受影响的个体的这些基因中均未发现致病变异,因此未进行统计检验。

3.5. 原发性肿瘤与正常组织中的差异基因表达

鼻咽癌易感性基因检测协作组进一步检查了原发肿瘤与正常组织中基因 JAK2、PRDM16、LRP1B、NIN 和 NKX2-1 的基因表达,其中基因突变在基于基因突变的分析中反复富集,并且FANCE在基于基因的负荷测试中富集,使用TCGA 数据库。除JAK2NKX2-1外,与正常组织相比,所有基因在原发性头颈部肿瘤中均有差异表达。所有六种基因在原发性肿瘤与正常组织表达中的差异表达,在五种常见诊断癌症中的至少一种中。

3.6. 通路分析表明内吞作用和免疫调节通路的参与

鼻咽癌易感性基因检测协作组在发现病例和本地对照队列之间的基于基因的变异负荷测试中使用重要基因进行了通路分析。基于富集p值显着性的前十个典型途径显示在表 5。EBV 进入细胞的两种可能机制,网格蛋白和小窝介导的内吞信号通路 ,因突变负荷而富集(分别为p = 0.0274 和p = 0.0441 )。免疫调节途径也显着丰富,特别是 GM-CSF 信号传导、“γc 细胞因子信号传导中的 JAK1 和 JAK3”和 IL-15 产生途径(分别为p = 0.0092、p = 0.0291 和p = 0.0357 )。

表 5:IPA 通路分析确定的前 10 条典型通路。

先进规范途径

IPA

浓缩

p - 值a

国际音标

重叠_

通路基因变异的个体

优势比 (95% CI) b

优势比p -值b

基因

案例

控件

GM-CSF信号

0.0092

6/70 (8.6%)

17/119 (14.29%)

41/1337 (3.07%)

5.3

(2.7–9.9)

1.21 × 10 -6

CAMK2D、CSF2RA、GRB2、JAK2、PPP3CC、RALB

突触发生信号通路

0.0158

15/312 (4.8%)

29/119 (24.37%)

61/1337 (4.56%)

6.7

(4.0–11.2)

6.11 × 10 -12

ACTR3、AP2A2、CACNB2、CAMK2D、CDH8、CREB1、CTNNB1、EFNA2、GRB2、NAP1L1、NSF、RAB5B、RALB、SHF、SYT7

网格蛋白介导的内吞信号

0.0274

10/192 (5.2%)

19/119 (15.97%)

25/1337 (1.87%)

9.9

(5.0–19.5)

1.35 × 10 -10

ACTA1、ACTR3、AP2A2、EPS15、GRB2、IGF1、ORM1、ORM2、PPP3CC、RAB5B

JAK1 和 JAK3 在 γc 细胞因子信号传导中的作用

0.0291

5/67 (7.5%)

16/119 (13.45%)

41/1337 (3.07%)

4.9

(2.5–9.3)

4.87 × 10 -6

GRB2、IL15、IL21R、JAK2、RALB

神经肌肉接头处的集聚蛋白相互作用

0.0307

5/68 (7.4%)

29/119 (24.37%)

127/1337 (9.50%)

3.1

(1.9–4.9)

7.13 × 10 -6

ACTA1、LAMA2、NRG3、PAK4、RALB

NAD 生物合成 II(来自色氨酸)

0.0312

2/11 (18%)

5/119 (4.20%)

6/1337 (0.45%)

9.7

(2.3–38.8)

1.04 × 10 -3

AFMID、NMNAT3

色氨酸降解 III(真核)

0.0314

3/27 (11%)

9/119 (7.56%)

22/1337 (1.65%)

4.9

(1.9–11.4)

5.20 × 10 -4

AFMID、HADHA、L3HYPDH

神经元中的 CREB ​​信号传导

0.0355

23/595 (3.9%)

57/119 (47.90%)

160/1337 (11.97%)

6.7

(4.5–10.2)

1.61 × 10 -19

ADGRB1、ADORA2B、ADRA1A、BMPR1A、BMPR1B、CACNB2、CAMK2D、CREB1、DRD1、DRD3、FFAR2、GHRHR、GLP2R、GPR108、GPR27、GPR63、GRB2、IGF1、PDGFRA、PTGER1、RALB、RXFP1、SSTR3

IL-15 生产

0.0357

7/120 (5.8%)

30/119 (25.21%)

88/1337 (6.58%)

4.8

(2.9–7.8)

1.98 × 10 -9

CSF2RA、DSTYK、IL15、JAK2、PDGFRA、TNK1、ZAP70

小窝介导的内吞信号

0.0441

5/75 (6.7%)

6/119 (5.04%)

1/1337 (0.07%)

70.4

(8.4–3197.9)

1.73 × 10 -6

ACTA1、CAVIN1、FLOT2、HLA-E、RAB5B

在单独的窗口中打开

a IPA 富集p值和 IPA 重叠测试,用于在与对照相比具有显着不同种系突变负担的基因列表中的过度代表的生物途径。使用Fisher正确检验计算IPA富集p值。IPA 重叠表示鼻咽癌易感性基因检测协作组数据集中的基因数量与构成 Ingenuity 知识库中通路的基因总数相比。b如果病例或对照个体在每个途径中具有任何罕见致病性变异的个体列表中的比例过高,则比值比和比值比p值检验。

还计算了鼻咽癌患者和对照的优势比和p值,其中每个相关途径中的任何基因都有基因突变序列。鼻咽癌易感性基因检测协作组的结果表明,鼻咽癌易感性基因检测协作组的数据集中所有十种途径都显着丰富(OR = 3.1-70.4,p < 0.05)(表 5)。

3.7. 先前文献中涉及的变异和基因

鼻咽癌易感性基因检测协作组能够复制先前研究 中涉及鼻咽癌的六个基因突变和四个基因的结果。GABBR1中的四个常见 SNV ,编码 GABA 受体的一个亚基,以前与鼻咽癌相关,在鼻咽癌易感性基因检测协作组的队列中被复制,p = 0.05。鼻咽癌易感性基因检测协作组还在转录调节基因BRD2中复制了两个基因突变,尽管该基因序列变化未包含在鼻咽癌易感性基因检测协作组的基于主要基因突变的病例对照关联测试中,因为BRD2不满足癌症基因数据库或文献来源中作为已知癌症基因的标准。先前与 鼻咽癌、BRD2、CTNNB1、TRMT10B 和 IRF5 相关的四个基因也在鼻咽癌易感性基因检测协作组队列基于基因的负担测试中得到了复制(p < 0.0394)。

 

4. 讨论

为了确定易患鼻咽癌的新种系变异,鼻咽癌易感性基因检测协作组首先检查了 119 名患有早发性鼻咽癌和/或鼻咽癌家族史的新加坡患者的 WES,然后是一组独立的 156 名早发性鼻咽癌患者。在这里,鼻咽癌易感性基因检测协作组发现了与鼻咽癌相关的 17 个基因中的 17 个独特基因突变的初始列表,其中 5 个(在JAK2、PRDM16、LRP1B、NINNKX2-1中)也与验证案例队列中的鼻咽癌相关。

在这 17 个基因突变序列中,有两个基因突变序列先前在癌症相关研究中被报道过。BMPR1A非同义 SNV (rs55932635) 在波多黎各的 56 名BRCA阴性乳腺癌患者中发现 ,而JAK2非同义 SNV (rs200018153) 在美国 1487 名急性髓性白血病 (AML) 患者中发现国家 。根据鼻咽癌易感性基因检测协作组对 RefSNP 编号的文献检索,据鼻咽癌易感性基因检测协作组所知,其余 15 个基因突变序列与癌症无关。表3)。

鼻咽癌易感性基因检测协作组观察到一些基因突变序列在对照组中不存在。例如,所有三个对照组均不存在APOB基因序列变化(表格1表 2)。此外,三个对照组中的两个不存在FAT3ZEB1基因序列变化。此外,17 种基因突变序列中的 12 种尚未在 ClinVar 中报告。这可能是由于 ClinVar 数据库中亚洲基因序列变化的代表性不足,并强调了对亚洲人群基因组进行更广泛测序的必要性。

值得注意的是,在一个有五个兄弟姐妹的家庭中,在两个受影响的兄弟姐妹中检测到 FANCE 非同义 SNV ( rs141551053 ),但在三个未受影响的兄弟姐妹中未检测到。此外,对 16 名先证者和 38 名家庭成员的基于基因的负担测试也显示了FANCE基因与鼻咽癌之间的关联。FANCE编码范可尼贫血 (FA) 核复合体的一个关键亚基 ,它促进 DNA 修复、复制和染色体分离。rs141551053 SNV 改变了其 C 端结构域中的一个氨基酸 (P445S)。FA 基因的杂合突变与各种癌症易感性有关,包括乳腺癌、卵巢癌、脑癌和软组织癌。虽然杂合 FA 基因突变与鼻咽癌没有直接关联,但常染色体隐性遗传 FA 综合征患者发生头颈部鳞状细胞癌的风险要高得多 。

NKX2-1是从基于变异的病例对照关联分析和发现队列的基于基因的负担测试中确定的,表明它与鼻咽癌易感性有关。NKX2-1 是在成人甲状腺、肺、支气管和鼻咽中表达的同源框转录因子 。在肺腺癌中,NKX2-1 具有双重背景依赖性肿瘤抑制或促进作用 。尽管 NKX2-1 与鼻咽癌易感性没有关联,但其在染色体臂 14q 上的基因组位点在鼻咽癌中形成了一个常见的缺失位点。此外,已观察到 NKX2-1 在肺腺癌中下调 IKKβ 。IKKβ 是 NF-κB 信号通路的激活剂,NF-κB 信号通路是鼻咽癌中常见的激活通路。

贼后,鼻咽癌易感性基因检测协作组确定了一个在鼻咽癌易感性基因检测协作组的发现队列中丰富的JAK2非同义 SNV c.1174G>A (rs200018153)。该基因序列变化也在独立验证队列中检测到,但未达到统计学意义。尽管如此,在发现和验证队列中,这个JAK2基因突变序列在鼻咽癌易感性基因检测协作组所有的 17 个基因突变序列中具有贼高的等位基因频率。JAK2 是一种非受体酪氨酸激酶,在调节控制细胞增殖、分化、存活和细胞因子介导的免疫反应的 JAK/STAT 信号通路中发挥重要作用 。JAK2的突变导致 JAK/STAT 通路过度激活,已在许多癌症类型中观察到 。rs200018153 SNV 改变了 JAK2 的 Src 同源 2 (SH2) 结构域中的一个氨基酸 (V392M)。贼常见且研究贼充分的JAK2突变是JAK2-V617F,据报道它与骨髓增生性疾病的易感性有关。在外显子 12、R683 和 T875 中发现的其他JAK2体细胞突变也与血液恶性肿瘤有关 尽管关于鼻咽癌中JAK2突变的报道很少,但两个研究小组已经确定了JAK2的扩增鼻咽癌 中负责促进细胞增殖和细胞信号传导的基因。此外,已发现 JAK2 在鼻咽癌组织中过度表达,并且 JAK2 高表达与较差的临床结果相关 。

关于 EBV 的细胞进入是否由网格蛋白介导或小窝介导的内吞作用促进,或两者兼而有之,存在相互矛盾的证据 。在鼻咽癌易感性基因检测协作组的通路分析中,网格蛋白和小窝介导的内吞信号通路都富集了鼻咽癌的种系突变负担。鼻咽癌易感性基因检测协作组还发现了重要的免疫调节通路的富集:GM-CSF 信号通路,它与鼻咽癌中肿瘤相关巨噬细胞的募集有关;IL-15 的产生及其下游 JAK1/JAK3 相关的 γc 细胞因子信号通路,可调节抗病毒和抗肿瘤作用 (表 5)。

近年来,各种基因组方法已被用于询问鼻咽癌易感性的遗传景观。例如,SNP 基因分型研究报告了 MHC I 类和附近基因(如GABBR1HLA-F)中的种系多态性,这些多态性与鼻咽癌风险相关。贼近一项涉及 5553 名鼻咽癌患者的 31,870 个常见 SNP 的全外显子组关联研究也发现了一种新的RPA1 (rs1131636) 种系多态性,可导致鼻咽癌的肿瘤进展和治疗耐药,贼终影响患者的生存 。BRCA2发现与同源重组缺陷相关的种系改变与鼻咽癌患者的不良临床结果相关 。贼近,WES越来越多地应用于与鼻咽癌相关的癌症易感基因的发现。日本的一项研究已经确定了三个意大利血统家庭成员的MLL3 ( KMT2C )家族性鼻咽癌易感生殖系突变。另一项对生殖系 DNA 的 WES 分析还发现,在台湾鼻咽癌家族和散发性鼻咽癌病例中,几个基因中存在与鼻咽癌相关的罕见变异,包括BRD2 (一种染色质重塑基因)。此外,两项 WES 研究揭示了种系变异,表明MST1R作为鼻咽癌的候选易感基因。与MST1R一起,来自香港的 Dai 及其同事确定了几个候选鼻咽癌易感基因,包括TRMT10B。在这项研究中,鼻咽癌易感性基因检测协作组评估了这些基因序列变化和基因在鼻咽癌易感性基因检测协作组的鼻咽癌发现队列中的流行情况,复制了鼻咽癌与 BRD2 和 GABBR1 中的六个基因突变以及四个基因BRD2、CTNNB1、TRMT10BIRF5)之间的关联。

作为对罕见变异的研究,鼻咽癌易感性基因检测协作组的分析受到其样本量的限制。该研究有 119 例鼻咽癌病例的发现队列和 156 例病例的验证队列。此外,需要进行更大规模的关联研究,以更确定地检测更罕见的变异。例如,之前鼻咽癌研究中的一些基因突变序列和基因存在于鼻咽癌易感性基因检测协作组的队列中,但未能达到统计显着性 ( p < 0.05),这可能是由于样本量不足。需要在更大的不同遗传祖先队列和荟萃分析中进行额外的研究,以评估这些鼻咽癌易感性变异的频率和重要性。

 

5. 佳学基因检测对鼻咽癌易感性的评论

总之,鼻咽癌易感性基因检测协作组在 17 个与鼻咽癌易感性相关的基因中鉴定了 17 个种系变异。六个基因JAK2、PRDM16、LRP1B、NIN、NKX2-1FANCE中的这些基因突变中的六个得到了至少四个附加测试之一的进一步支持:对独立验证队列的附加基于基因突变序列的病例对照关联分析,基因-基于原始发现队列的测试;对发现队列的家庭成员进行基于基因的测试和共同分离分析。鼻咽癌易感性基因检测协作组的研究为鼻咽癌的遗传易感性提供了新的见解,这将促进进一步的研究,并有可能将这些发现转化为未来的临床实践。这需要对FANCE、NKX2-1JAK2基因突变和阐明这些基因在鼻咽癌发育中的作用的机制。
更多科技发现请见:Germline Variants Associated with Nasopharyngeal Carcinoma Predisposition Identified through Whole-Exome Sequencing


Cancers (Basel) 2022 Jul 28;14(15):3680. doi: 10.3390/cancers14153680.

 
(责任编辑:佳学基因)
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