基因組遺傳變異與腫瘤防治

中國醫(yī)學科學院腫瘤醫(yī)院分子腫瘤學國家重點實驗室病因及癌變研究室lindx@大多數(shù)復雜性疾病是由環(huán)境因素直接作用或通過表遺傳修飾引起遺傳因素通過直接作用或與環(huán)境及表遺傳因素交互作用承擔重要角色常見復雜性疾病的病因學復雜性疾病遺傳因素表遺傳因素環(huán)境因素基因組研究及其結果在疾病防治中的應用鑒定與疾病或治療療效相關的基因/遺傳變異基因遺傳變異功能分析遺傳結構檢測致病機制治療靶點生物標志早期診斷個體化醫(yī)療和預防預后預防優(yōu)化治療4目前對惡性腫瘤發(fā)生的病因學認識環(huán)境因素作用自發(fā)性腫瘤(~15%)純遺傳因素引起(~12%)純環(huán)境因素引起(~3%)基因-環(huán)境交互作用引起(~70%)++遺傳因素作用遺傳因素環(huán)境因素腫瘤病因學研究的關鍵問題化學因素

生物因素

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

●單核苷酸多態(tài)(SNP,群體中頻率1%的突變)結構變異(0.12%)●

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

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

微觀~次染色體:染色體丟失,染色體插入,染色體易位●

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

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

食管鱗癌：NatGenet2011,2012,

2013,2014胰腺癌：NatGenet2012喉癌：NatGenet2014

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

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

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