揭秘结直肠癌PTEN突变图谱

2022
05/07

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基因智检
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本研究者确定了与MSS/MSI、TMB、患者年龄和肿瘤位置相关的PTEN突变的特定模式,为CRC肿瘤提供了一个详细的蓝图。

肿瘤抑制因子PTEN多低表达或者失活会导致类似致癌基因PIK3CA激活突变,会调节细胞内磷脂酰肌醇(3,4,5)-三磷酸(PIP3)的水平,从而通过AKT和其他促肿瘤信号蛋白诱导信号,最终就会促进肿瘤发生。为了对PTEN突变的进一步研究,本文将Foundation Medicine Inc. (FMI)的34129 名结直肠癌 (CRC) 患者测序数据进行分析,捕获到3,434个PTEN突变,并对PTEN突变图谱进行研究 。 

表一、CRC病人的临床特征

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1、CRC病人亚组分类

在收集到的34129名CRC患者中,1443个样本(4.2%)是MSI-H。32233个样本是MSS且TMB-L,为了方便记忆我们标记为MT-L;1603个样本MSI-H且TMB-H,标记为MT-H;在MSS样本中,有243个样本TMB-H ,标记为MSS-htmb。 从数据上来看MSS-htmb主要发生在较年轻病人中,而MT-H主要是较年长的病人(MSS-htmb,MT-L和MT-H年龄中位数分别是55,59和 64)。在发病性别上MT-L和MSS-htmb的患者主要偏向男性。此外在MT-H的病人中,小于60岁的病人偏向男性,高于60岁的病人偏向女性。男性具有非常高的TMB值,特别是MSS-htmb病人。与MT-L和MSS-htmb病人相比,MT-H的病人直肠癌占比较低。

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图1 CRC数据集的特征描述 

2、PTEN变异特征

在2966(8.7%)位CRC患者中检测到非同义的PTEN突变或缺失, 癌症基因组图谱( T he Cancer Gen ome Atlas , T C GA ) 报道为8.1%, 与TCG A一致。PTEN突变主要是引起氨基酸变化或者蛋白功能缺失的典型突变,主要包括纯合子缺失、移 码突变、无义突变、剪接位点突变、错义突变或短框内突变、缺失或插入。但是从数据上看, 仅在1个病人中检出PTEN扩增以及38个病人中检出重排。 我们再分析一下患者数据看看不同类型的CRC患者当中PTEN的突变出现频率。在MT-L组患者中,PTEN的突变数最低,在MT-H组中PTEN数较高(与 之前的研究一致), 在MSS-htmb中极高。 MT-L组的大部分的CRC病人中,7.2%的肿瘤中仅包含一个PTEN突变(2301/32233) ,而仅有0.4% (137/32,233)的肿瘤包含多个PTEN突变。 有趣的是,在MT-L病人中,PTEN突变的发病率女性高于男性,但是在MSS-htmb中,男性高于女性,在MT-H中并无显著的性别差异。在结直肠中不同的部位PTEN突变的频率也有着一定的差异,在 结肠癌中PTEN的突变频率高于直肠癌。 PTEN突变的频率还与年龄密切相关,随着年龄的增长,MT-L病人PTEN变异的突变率显著增加。 在MT-L病人中,纯合性缺失占主导体位(41%),截短突变(33%),错义突变和短框内缺失或插入占比25%。 在MT-H中仅检出1例PTEN缺失突变,70%的PTEN变异主要是截短突变,其余的30%是错义突变和短框内缺失或插入。 然而在MSS-htmb中却截然相反,36%是截短突变,62%是错义突变和短框内缺失或插入, 仅有2%发生大片段缺失。

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图2 CRC不同肿瘤亚组的PTEN变异分布

3、PTEN突变分布

PTEN的蛋白结构域包括氨基端调控区,催化磷酸酶区(residues 14–185),介导磷脂结合和蛋白定位的 C2区(residues 190–350),以及有助于蛋白稳定性的羧基端区(residues 351–403)包含区域结合motif和磷酸化位点。 有研究表明错义突变主要位于编码催化磷酸酶区的外显子上,截短突变主要集中于C2区。数据分析来看,在CRC的2966个PTEN突变的病人中也得到类似的结论,错义和插入缺失突变主要位于编码磷酸酶区,截短无义突变和移码突变主要位于C2区。在CRC病人中的50个热点突变中,30个突变在多个癌症中已经报告,但是其余24个则是新发现突变。热点突变占据PTEN突变的主导地位(MT-L ~51%,MT-H ~64%,MSS-htmb ~71%)。在所有热点突变中,3个突变仅出现在MT-L病人中(C124,Q219和Q298),3个是MSS-htmb特有的(F341,R41和K183)。

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图3 影响PTEN蛋白的热点突变

4、PTEN突变对LPA活性和蛋白丰度影响

在CRC患者的PTEN非移码突变中,60%PTEN的错义突变会一定程度上导致磷酸酶活性受损。AMP-seq分析(阈值0.4)表明大约一半(54–58%)的PTEN突变会导致PTEN的蛋白丰度降低。MT-L组和MT-H组患者中的90%的突变,以及MSS-htmb组患者的 80% 的突变均预测为部分或完全功能缺失,以上基本 包括所有的热点突变。 由于PTEN具有同源二聚体的功能,其突变影响磷酸酶活性但是不影响其稳定性很有可能是由于其具有显性负性作用(DNE)。 MT-L组中的DNE突变显著高于MT-H(~11% versus ~7.6%)。 CRC病人中的热点突变对DNE和功能缺失具有非常强烈的选择性,也表现出其对LPA活性和蛋白丰度有降低的作用。总的来说, MT-H和MT-L的PTEN突变具有不同的功能模式。

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图4 CRC不同肿瘤亚组的PTEN突变的LPA和蛋白丰富

5、PTEN共突变模式

CRC发病机制最常见突变通常是激活RAS(KRAS和NRAS),RAF和PI3K基因或者使APC,TP53或SMAD4等基因失去失活。PTEN突变通常仅发生在有APC突变(14%)和KRAS突变的肿瘤中,很少发生在APC和TP53共突变(4.7%)的肿瘤中。在MT-H组肿瘤中未发现这些基因之间的共突变情况,在MSS-htmb组肿瘤中发现PTEN与APC的共突变。在MT-L肿瘤中发现PTEN变异和SMAD4,KRAS,TP53基因突变之间具有相似的共突变和突变互相排斥情况。 然而,在PTEN缺失、KRAS和TP53突变之间存在极小显著的共突变/突变排斥可能。在MT-L和MSS-htmb肿瘤中却发现高频的PTEN和PIK3CA共突变,但是在MT-H肿瘤中并未发现此现象。有趣的是这些突变还与患者的年龄有关,在MT-L肿瘤中PI3KCA突变和PTEN错义/插入缺失共突变的发生趋向于较低年龄。

与此相反,PTEN缺失和PI3KCA突变出现显著的互相排斥情况。相比单个PTEN突变的MT-L肿瘤,具有多个PTEN突变的MT-L肿瘤更容易与PIK3CA发生共突变(45% versus 25%)。

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图5 PTEN突变的共发生模式

总之,本研究者确定了与MSS/MSI、TMB、患者年龄和肿瘤位置相关的PTEN突变的特定模式,为CRC肿瘤提供了一个详细的蓝图。

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关键词:
缺失,患者,肿瘤,人中,突变

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