去势耐药前列腺癌分型分析

The genomic landscape of metastatic castration-resistant prostate cancers reveals multiple distinct genotypes with potential clinical impact

发表时间:2019.11.20

IF:11.878

该研究分析了197例转移性去势抵抗性前列腺癌(mCRPC)患者的WGS数据。描述了mCRPC的完整基因组图谱,包括肿瘤特异单核苷酸变异(SNV)和多核苷酸变异(MNV),小的插入和缺失(InDels),拷贝数改变(CNA),突变特征,kataegis,染色质和结构变体(SV)等。

通过利用反映基因组不稳定性的各种基本基因组特征并采用无监督聚类,定义mCRPC患者的八个不同的基因组亚型。确认了AR介导信号的重要调节子位于染色质开放的非编码区域,并突出了AR信号在肿瘤进展中的核心作用。

(kataegis,一种突变机制,在乳腺癌中十分常见,在基因组热点区域发生的多个突变簇)

一、mCRPC样本特征和测序方法

(1)197个去势抵抗性前列腺癌新鲜冷冻转移样本和血液样本(Fig. 1a) (TC:肿瘤纯度)

(2)肿瘤转移样本情况(Fig. 1b)

(3)样本年龄分布(Fig. 1c)

 

Figure. 1a-c

 

二、mCRPC的突变和结构变异

 

1. mCRPC样本中,平均肿瘤突变负荷(TMB),在基因组水平(SNV和InDels每Mbp)为2.7,其中包括14名TMB高(> 10)的患者。表现有由多个driver突变和结构变异组成的高度复杂的基因组格局。

前列腺癌的已知driver基因有大量非同义突变(Fig. 2)。总共检测到11个富含非同义突变的基因:TP53,AR,FOXA1,SPOP,PTEN,ZMYM3,CDK12,ZFP36L2,PIK3CA和APC。
拷贝数分析显示了独特的扩增基因组区域。已知的前列腺癌driver基因位于这些区域。除了大规模的染色体拷贝数改变外,还鉴定出样本中具有重复拷贝数改变的狭窄基因组区域,这可能揭示重要的前列腺癌驱动基因。TMPRSS2-ERG基因融合体是样本中最常见的融合体(42.6%),也是ETS家族融合体中主要的(Fig. 2)。这与原发性前列腺癌类似,后者在约50%的肿瘤中发现ETS融合。
42例患者(21.3%)中有区域超突变(Kaegegis;Fig. 2)。

 

 Figure. 2

 

2. 比较转移样本与原发性前列腺癌(n = 210)的WGS,原发性前列腺癌由Gleason score 6-7的疾病组成。比较全基因组中范围的TMB,发现mCRPC中TMB大约高3.8倍(Fig. 3a),疾病stages之间结构变异的频率也更高(Fig.3b),并且增加随着疾病进展增高。

Figure. 3a-b 

对选定的driver基因和亚型特异性基因分析,发现一些基因(AR,TP53,MYC,ZMYM3,PTEN,PTPRD,ZFP36L2,ADAM15,MARCOD2,BRIP1,APC,KMT2C,CCAR2,NKX3-1,C8orf58,和RYBP)在原发和转移样本之间有显著差异改变(q≤0.05)(Fig.3c-e)。

Figure. 3ce

为了确定以前的治疗是否会影响突变情况,利用治疗史信息,将先前的二次抗激素治疗,紫杉烷类化学疗法和全身放射性核苷酸治疗分为不同的组。该分析未发现由于预处理而导致的系统性畸变。

 

三、mCRPC中AR-pathway的功能

80%的患者有异常的AR信号。其中57.3%的患者中,AR和AR增强子(X染色体上约66.13 Mb;位于AR基因上游约629 kbp处)均受到影响(Fig.4a)。在另外的6.6%和14.7%的肿瘤中,分别仅发生AR基因改变或AR增强子扩增。AR基因和AR增强子的并发扩增不一定具有相等的幅度,这导致这些基因座的拷贝数富集差异(Fig.4b)。

基于WGS数据对两个选定的mCRPC患者样本进行了AR ChIP-seq,并进行了AR增强子扩增。用了两个前列腺癌细胞系(LNCaP和VCaP)和三个独立的原发性前列腺癌样本作为对照,这些样本在该位点没有拷贝数的变化。观察到在去势耐药组有活性增强子区域(H3K27ac)扩增的AR增强子中被AR和FOXA1共同占据。与不进行体细胞扩增的对激素敏感的原发性前列腺癌样品相比,这种方法具有明显的优势(Fig.4c)。

此外,在靠近PCAT1的8q24.21处,在非编码区中观察到复发性局灶性放大。就H3K27ac而言,该基因座具有与AR增强子相似的表观遗传学特性。

 

Figure. 4ac

 

四、WGS-based 对mCRPC分型

使用SV总数,SV类别的相对频率(易位,倒位,插入,串联重复和缺失),涵盖SNV,InDels和MNV的全基因组TMB和肿瘤倍性对基因组数据进行无监督聚类。

首先根据基因组变异的size(是否大于100 kbp)将串联重复和缺失分为两类。将mCRPC患者聚类,发现不同组患者基因组大小和数量有差异。聚类成8个组(Fig.5,6):

(A)具有微卫星不稳定性(MSI)特征(高TMB),并与错配修复缺陷相关。

(B)与双等位基因CDK12失活相关的串联重复(> 100 kbp)表型;

(D)具有同源重组缺陷(HRD)特征(具有类BRCA相关基因体细胞突变),有高的HR缺陷score(CHORD评估)

(F)染色体破裂; C,E,G,H

Figure. 5a-m

下图所示每组特征:

 

类A和B代表先前一些其他研究确定的基因组亚型(MSI和CDK12-/-)。在B类中,只有两名患者被分配到该组,基因中没有特定的体细胞突变。众所周知的错配修复基因:MLH1,MSH2和MSH6在A类中的特异突变基因中(Fig.6a)。在这13名患者中,有12名在这些基因之一中有至少一种失活改变(Fig.6b)。B类(CDK12-/-)中的两名患者,没有非同义的CDK12突变或拷贝数改变;尚不清楚其串联重复表型的原因(Fig.6b)。D类显示了HRD的显著特征,特别是双等位基因BRCA2失活。F类富集染色体碎裂事件,但是本工作没有发现以前的前列腺癌中染色体碎裂与染色体倒位和p53失活有关的结论。

Figure. 6a-b

另外使用TCGA提出的聚类方案对样本进行聚类,该方案基于SPOP,FOXA1,IDH1和ETS家族基因中的编码突变和拷贝数异常定义了七个聚类。TCGA聚类方案与本工作定义的基因组亚型(例如MSI,BRCAness或CDK12-/-)之间没有显着相关性。

在原发前列腺癌和转移癌患者中进行无监督的聚类分析和主成分分析显示,没有明显的仅原发性基因组亚型,也未在原发样本中检测到mCRPC衍生的基因组亚型。 两种疾病背景之间的突变负荷存在显着差异

小编总结:

该研究分析了197例转移性去势抵抗性前列腺癌(mCRPC)患者的WGS数据。详细的分析了基因组变异特征,采用无监督聚类,定义mCRPC患者的八个不同的基因组亚型。并且发现AR信号在肿瘤进展中的作用。另外,本工作的作图和配色也值得我们借鉴。

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