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Nature Communications|同源重组缺陷的泛癌landscape

2021

08/19

作图丫

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同源重组缺陷(HRD)导致双链断裂修复受损，是肿瘤发生的频繁驱动因素。

导语

GUIDE ╲

同源重组(HR)通路对于高保真DNA双链断裂(DSB)修复是必不可少的，涉及许多基因，包括BRCA1和BRCA2。由于这些基因失活造成的HR缺陷(HRD)导致基因组改变水平的增加。HRD是许多肿瘤的共同特征，经常见于乳腺癌和卵巢癌。HRD的准确检测具有临床意义。

背景介绍

同源重组缺陷(HRD)导致双链断裂修复受损，是肿瘤发生的频繁驱动因素。今天，小编给大家带来了一项对同源重组缺陷进行的泛癌landscape研究，这篇文章于2020年11月发表在《Nature Communications》期刊上，影响因子14.919，题目为: Pan-cancer landscape of homologousrecombination defificiency.

数据介绍

使用了两项=临床研究(NCT01855477，NCT02925234)中的患者数据，对这些患者的配对的肿瘤/血液样本进行测序和统一分析。

ICGC：560个乳腺癌（BRCA-EU）体细胞突变数据

Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes(PCAWG )数据集的ICGC部分的体细胞变异VCF文件和体细胞拷贝数TSV文件。

结果解析

随机森林分类器训练

以三种主要体细胞突变类别的发生作为训练的特征，初步的特征分析显示，与具有≥2bp侧翼同源性的小缺失相比，具有1bp侧翼同源性的小缺失更能预测BRCA1/2缺失.因此，具有侧翼同源性的缺失被进一步分为这两个同源性长度的bins。这29个特征的出现一起形成了每个样本的贡献配置文件。由此，计算了每个突变类别的相对贡献，以解释不同样本之间突变负荷的差异(Fig.1A)。然后训练一个随机森林模型来预测BRCA1或BRCA2缺失的概率(Fig.1B),模型称为CHORD。考虑到其他HR基因的缺陷可能导致类似的表型，作者以“BRCA1型HRD”和“BRCA2型HRD”来描述这些HRD亚型(Fig. 1C)。

Fig.1

Performance of CHORD

使用两种方法来评估 CHORD 的性能。在第一种方法中，对训练数据执行 10 倍 CV，允许将每个样本从训练集中排除，之后可以确定无偏 HRD 概率。发现所有预测类别的概率（即 HRD、BRCA1型HRD、BRCA2型HRD）与遗传注释高度一致（Fig.2A）。通过计算AUROC和AUPRC曲线下的面积来量化预测和注释之间的一致性（Fig.2B、C）。

对于PCAWG数据集，包括1172个样本，其中从HMF数据集中选择样本的遗传标准相同。在这些样本上应用CHORD显示，BRCA-EU和PCAWG数据集的HRD概率与它们的BRCA1/2遗传状态一致(Fig.2D、G)。AUROC（>0.98）和AUPRC（>0.93）值与CV在所有预测类的HMF训练数据上获得的值相似(Fig.2E、F、H、I)。

Fig.2

BRCA2、RAD51C和PALB2与BRCA2型HRD相关，而只有BRCA1与BRCA1型HRD相关

为了深入了解HRD的遗传原因，作者将CHORD同时应用于HMF和PCAWG数据集，并选择了通过CHORD QC标准的样本。对于HMF数据集，作者还为每个患者选择了一个肿瘤（基于最高的肿瘤纯度）。共产生5122例患者(3504例来自HMF，1618例来自PCAWG)，其中310例（6%）被归类为同源重组缺陷(sord-HRD)。其中，118例为BRCA1型HRD，192例为BRCA2型HRD。其余4812例患者被归类为同源重组熟练患者(sord-HRP)（Fig.3A）。

然后，作者希望通过对sord-HRD中的双等位基因失活基因进行富集分析来确定HRD表型背后的关键突变基因。从781个癌症相关基因列表（基于CancerGenome Interpreter）和HR相关基因(KEGG 及文献检索)开始，考虑了可能的致病性变异(根据ClinVar)以及预测的impactful变异，如无义突变，以导致基因失活。结果表明，除了BRCA1和BRCA2，RAD51C和PALB2在HRD患者中使用q值阈值为0.05显著富集(Fig.3B)。

在所有sord-HRD HMF患者中，大约60%可以通过BRCA2、BRCA1、RAD51C或PALB2的双等位基因失活来解释，这通常是由LOH联合致病性变异或移码或深度缺失引起的（Fig.3C）。RAD51C和PALB2缺陷患者与BRCA2缺陷患者共同具有BRCA2型HRD表型(Fig.3C)。

Fig.3

HRD的发生率和遗传原因在不同组织类型和癌症分期不同

接下来，作者在原发(PCAWG)和转移性(HMF)癌症数据集中的原发肿瘤位置研究了HRD的发病率和遗传原因的差异。HRD在卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌和胰腺癌中最为常见（总共85%)，偶尔发生在其他癌症类型中(15%)。

与转移性癌相比，HRD在原发性卵巢癌(52%vs30%)和乳腺癌(24%vs12%)中更常见，在原发性前列腺癌(5.6%vs13%)和胰腺癌(7.3%vs13%)中发病率较低（Fig.4A）。然而，观察到的原发性队列和转移性队列之间的HRD率差异可能不一定是决定性的，因为不能排除患者纳入标准等混杂因素。在不同类型的癌症中，作者观察到HR功能丧失的显著多样性(Fig.4B)。

在94%的sord-HRD患者中，作者发现四个HRD相关基因(BRCA1、BRBA2、RAD51C)中至少一个单等位基因或双等位基因失活（Fig.4C）。作者还发现，双等位基因的丢失往往与不同癌症种系易感性有关（Fig.4D）。卵巢癌（32%）、乳腺癌（36%）和胰腺癌（56%）患者，但前列腺癌患者（24%）的程度较低。另一方面，双等位基因丢失只发生在相当大比例的sord-HRD患者（35%全血癌)中，前列腺癌(54%)主要是由于深度缺失。尽管这些频率可能不能完全代表每种癌症类型，但这些观察结果确实强调了体细胞变异作为HR基因失活的一种机制不应被忽视。

Fig.4

小编总结

因此，虽然CHORD可以独立于潜在因素检测HRD，但HRD基因的基因检测也是对CHORD互补的，可以为对患者的HR状况做出最终判断提供支持信息。使用WGS的独特优势是，虽然在临床诊断中还不是常规，但可能在不久的将来，基因检测和基于突变的HRD检测可以同时进行。作者的分析结果促进了对当前检测HRD的临床实践的改进，并且将基于基因组的方法在临床中进行应用，并为患者提供额外的治疗选择。

同时作者还开发了R包CHORD免费供用户使用，可以在github中下载该包。