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PNAS:原发性、转移性和复发性卵巢癌的突变景观揭示c-MYC是BET抑制因子的潜在靶标

已有 495 次阅读 2019-9-9 20:24 |个人分类:肿瘤基因组|系统分类:论文交流| _肿瘤基因组, _卵巢癌

Mutational landscape of primary, metastatic, and recurrent ovarian cancer reveals c-MYC gains as potential target for BET inhibitors

原发性、转移性和复发性卵巢癌的突变景观揭示c-MYCBET抑制因子的潜在靶标

 

期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

发表单位:耶鲁大学医学院

文献链接:https://www.pnas.org/content/116/2/619

PublishedJanuary 8, 2019

 

卵巢癌具有早期微转移的倾向,其早期筛查具有挑战性,对晚期/复发化疗耐药性肿瘤患者治疗方法的开发仍然有待研究。本研究重点关注这种转移特征,通过对原发性、转移性和复发性卵巢肿瘤以及同步性双侧卵巢肿瘤进行了测序,揭示不同类型肿瘤的基因组特征及其演化过程,同时评估了一种BET抑制因子在抗化疗耐药性肿瘤中的效果,为更进一步治疗方法的开发提供帮助。

 


摘要


卵巢癌仍然是最致命的妇科恶性肿瘤。本研究通过全外显子组测序(WES)分析了来自77例患者的64个原发性、41个转移性和17个复发性肿瘤及其匹配的正常组织,探究卵巢癌肿瘤基因组中的变异景观;通过对13对双侧卵巢癌(SBOC)进行测序,评估肿瘤演化起源;为了寻找治疗靶点,评估了BET抑制因子GS-626510在原发性肿瘤和携带c-MYC扩增的移植瘤中的活性。大多数生殖系和体细胞突变主要发生在BRCA1/221%)和TP5386%)基因中。在已知癌症驱动基因的突变中,有77%从原发瘤传递至转移瘤,80%从原发瘤保留至复发瘤,表明在卵巢癌进展中驱动突变通常被保留。匹配的原发性和转移性肿瘤中的突变数量、突变谱和特征非常相似,表明瘤转移是早期的过程,通过已存在的转移能力而非进化获得。SBOC存在广泛共享的体细胞突变,表明它们具有共同的起源。在17名患者的复发瘤中,观察到4名患者存在PIK3CA扩增,2名患者存在c-MYC扩增,没有缺失的情况存在。来自化疗耐药肿瘤的原代细胞系和移植瘤表现出对JQ1GS-626510的敏感性,表明BET抑制因子在具有复发/化疗耐药肿瘤特征的患者中具有潜在的治疗效果。

 


前言


由于缺乏有效的筛查和治疗方案,上皮性卵巢癌(EOC)仍然是最致命的妇科恶性肿瘤,其不良预后特征强调需要更深入地了解导致早期转移和化疗耐药性的驱动因素。虽然相关文献已经公布了原发性化学性卵巢癌的广泛基因组数据,但目前可用于转移性卵巢癌或暴露于化疗选择压力的卵巢肿瘤的数据非常有限。因此,本文通过结合比较原发性、转移性和复发性卵巢癌的基因组特征,评估肿瘤的演化过程,以及寻找合适的靶向药物。

 


材料方法


研究人员在77例卵巢癌患者中取样,共获得64个原发性肿瘤组织样本(其中包含13对配对的双侧卵巢肿瘤样本),41个转移性肿瘤组织样本,17个复发性肿瘤组织样本,及其匹配的癌旁正常组织作为对照。大多数肿瘤(84%)具有高级别浆液性癌(HG-SC)组织学特征。提取DNA并进行全外显子组测序(WES)分析,并结合相关的细胞、生化试验,探究基因组变异特征,评估肿瘤演化,以及寻找合适的治疗靶点(靶药)。

材料方法的更细节信息请参见原文。

 


结论



原发性、转移性和复发性卵巢癌的突变景观


研究人员首先分析了77例患者的肿瘤基因组特征。TP53是最常见的突变基因,86%的原发性肿瘤含有体细胞TP53突变,其它肿瘤亚型中的大多数也表现出高TP53体细胞突变率。在原发性肿瘤中,通过体细胞突变的基因负荷分析鉴定到两个显著的基因:NF1MACF1。先前已有研究证实NF1在卵巢癌中具有显著突变的特征,MACF1是已知与Wnt信号传导途径相互作用的细胞骨架蛋白。77例原发性肿瘤中的7例和41例转移性肿瘤中的4例在与Lynch综合征相关的错配修复基因中至少携带一个体细胞突变。与没有MMR体细胞突变的肿瘤相比,大多数这些肿瘤具有混合或子宫内膜样组织学特征以及显著更高的体细胞突变负荷。

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1,体细胞突变分布。图中展示了每种肿瘤组织的体细胞突变负荷和突变类型;体细胞突变的非同义/同义替换比例:复发性肿瘤(3.591),转移性肿瘤(3.451),原发性肿瘤(3.231);对于具有双侧卵巢肿瘤的患者,图中仅展示右卵巢肿瘤。

 

2 PIK3CA突变富集


研究人员观察到PIK3CA存在显著的拷贝数扩增,并且表现出和已知的致病性体细胞SNVH1047RE542KE545KC420R)的高负荷。对于原发-复发肿瘤对中存在的五种PIK3CA突变,四种PIK3CA突变在至少一种相应的原发性肿瘤中缺席,且所有五种突变均存在于复发性肿瘤中。原发-转移肿瘤对中的五种突变中的两种均存在于这两种肿瘤中。在各种类型的肿瘤中,扩增频率69-88%,致病性体细胞SNV频率2-18%。复发性肿瘤具有最高的体细胞SNV和拷贝数增加负荷,表明它们推动了肿瘤过程。研究人员还发现了其它几种可能的致病突变,如N345KR93Q,功能研究已证实它们具有致癌激活突变;另外两种基因G106VV344M,预测它们的SNV存在致病风险。

 

3 肿瘤突变特征的比较


研究人员比较了原发性肿瘤与其匹配的转移性和复发性肿瘤之间的相似性和突变特征,以研究不同微环境中的体细胞突变过程。与转移性肿瘤相比,复发性肿瘤具有在相应的原发性肿瘤中未观察到的非显著的高突变负荷。所有六种可能的碱基替换模式也呈现出与先前在乳腺癌和卵巢癌相关研究中描述的突变特征一致。尽管肿瘤间共有和独特的体细胞突变不一,但取代类型的总体分布基本保持相同,表明从原发性肿瘤到转移性和复发性肿瘤的遗传改变积累很少。

 

4 原发性肿瘤向转移性和复发性肿瘤的突变传递


41对原发性和转移性肿瘤中,原发肿瘤中60%的体细胞突变在相应的转移性肿瘤检测到。类似地,在16对原发性和复发性肿瘤中,原发性肿瘤中54%的突变传递给相应的复发性肿瘤。已知癌症相关基因的体细胞突变具有比非驱动突变更频繁的传递特征,原发性肿瘤中发现的已知癌基因中77%和81%的突变也分别在匹配的转移和复发肿瘤中发现。对于已知的在原发性肿瘤中不存在突变的卵巢癌基因,它们在转移瘤中和复发性肿瘤的体细胞突变频率则较低。卵巢癌相关基因的新突变率低,这一现象不太可能仅凭偶然发生。在两例匹配的原发性、转移性和复发性肿瘤中,每个转移性和复发性肿瘤对共享高比例的体细胞SNV83%),再次表明转移至转移性肿瘤的关键突变可能在肿瘤复发期间保留。

 

5 种系分析


研究人员分析了77例正常组织样本,探究已知卵巢癌易感基因的生殖系突变。同时对6226例健康患者WES的对照组进行了平行分析,以估计这些突变在健康人群中的频率。25%的患者的同源重组修复(HRR)途径的基因发生致病突变。与正常组织相比,患者癌组织中BRCA1BRCA2突变的数量显著增加,原发性肿瘤中的HRR基因同样存在更多的体细胞突变。所有16BRCA1BRCA2突变患者均发生突变等位基因的体细胞丢失,5例生殖系BRCA1BRCA2突变的患者在HRR基因中发生了至少一个体细胞突变,8例患者在HRR基因中有一个或两个特有的体细胞突变,8名患者在BROCA基因集中的其它基因中具有致病性生殖系突变。

 

6 CNV分析


研究人员分析了77例患者的64个原发性肿瘤、41个转移性肿瘤和17个复发性肿瘤的CNV,发现染色体3q268q23-2414q11存在显著的扩增。其中3q26扩增被发现与驱动基因PIK3CA突变密切相关:8个具有PIK3CA突变的肿瘤中的7个也具有相应的3q26扩增。与转移性肿瘤和原发性肿瘤相比,3q268q23-2414q11在复发性肿瘤中的扩增率显著增加。三种肿瘤中都存在的重要缺失为1p36ARID1ARPL22)、4p16FGFR3)、7p22CARD11)、8p21-239q34NOTCH1)、11p15HRAS)和19p13GNA11STK11),这些区域涉及了多种抑癌基因。

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2,原发性、转移性和复发性肿瘤中的CNV。图中展示了检测到的显著扩增(A)和缺失(B);对于PIK3CAc-MYC的显著扩增与患病率的关系:复发性肿瘤>转移性肿瘤>原发性肿瘤。

 

双侧卵巢癌的演化和克隆关系


部分卵巢癌患者的两个卵巢中都存在肿瘤,为了确定双侧卵巢肿瘤是独立出现,还是由转移产生,研究人员比较了13例患者的双侧肿瘤中的体细胞SNV。平均而言,同步双侧卵巢癌(SBOC)共享68.5%的体细胞突变。蒙特卡罗检验拒绝了共享突变独立产生的假设,表明每对双侧肿瘤发生自共同的起源。双侧肿瘤中,90%的癌症驱动突变、80%的CNV由二者共享。为了表征SBOC的克隆结构,研究人员通过构建系统发育树,同样证实了双侧肿瘤起源于共同的祖先。

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313例患者的双侧卵巢肿瘤的比较。

 

7 GS-626510具有抗化疗耐药肿瘤的活性


先前的相关研究已证实c-MYC扩增在卵巢癌的发生、转移中起到关键作用。研究人员评估了一种新型的BETBromodomain and Extra-Terminal motif)抑制因子(GS-626510)和JQ1GS-589903)对7种原发性卵巢癌细胞系的影响,其中包括两例化疗耐药患者(KRCH31OVA10)的原发性肿瘤,已通过WES证实c-MYC存在扩增并且qRT-PCR证实c-MYC过表达。发现化疗耐药卵巢肿瘤表现出对GS-626510JQ1的高度敏感。在两种体内化疗耐药卵巢癌动物模型中,观察到GS-626510有效抑制了移植瘤的扩大。GS-626510呈现出显著的肿瘤生长抑制作用并在化疗耐药动物模型中显著提升了整体生存率。这些结果表明GS-626510JQ1c-MYC具有潜在的靶向作用,并且GS-626510相较于JQ1更有效。

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4GS-626510JQ1抑制原发性卵巢癌细胞的增殖。AB,不同浓度的GS-626510JQ1处理下的两种化疗耐药癌细胞系的细胞活性;CDGS-626510JQ1抑制化疗耐药患者KRCH31的肿瘤细胞系生长;E,在化疗耐药动物模型中,GS-626510抑制化疗耐药患者OMM78的移植瘤生长;F,化疗耐药动物模型中,GS-626510提升了总体存活率。

 


讨论


研究结果表明,尽管原发性、转移性和复发性肿瘤的共有和特有的体细胞突变数量和类型不一,但整体的碱基替换模式基本相同。最初存在的绝大多数驱动突变在肿瘤整个演变阶段中保留,在体细胞转移过程中新的体细胞突变和拷贝数改变几乎没有积累,表明瘤转移基于已存在的转移能力发生,而非依赖于在演变阶段中出现的与转移相关的驱动突变。先前的相关研究试图确定同步双侧卵巢肿瘤之间的关系,但缺乏一致的定论。本研究的结果明确证实了卵巢肿瘤的单一性,并进一步支持双侧卵巢肿瘤通过转移性扩散而发展:当原发癌仍然相对较小(<1亿个细胞)时,癌细胞可能已经通过骨盆扩散的形式早期转移至另一个卵巢,而非独立的多灶性肿瘤发生。

HRR基因的突变在卵巢癌患者中备受关注,归因于聚(ADP-核糖)聚合酶(PARP)抑制因子,其能够在HRR缺陷细胞中诱导细胞凋亡,在携带BRCA基因突变或铂敏感的患者中能够带来可观的治疗效果。本研究中观察到50.6%(39/77)的患者的与卵巢癌易感有关的HRR基因中具有致病性突变,表明部分卵巢癌患者可能从PARP抑制剂治疗中获益。研究中在两例患者的复发性肿瘤中发现了激酶结构域(H1047R)中的复发性PIK3CA突变,表明卵巢癌演变过程存在PIK3CA途径激活/依赖。

CNV分析检测到原发性、转移性和复发性肿瘤中存在多个反复发生的局灶性缺失,涉及了多种抑癌基因的拷贝数丢失。同时鉴定3q268q23-2414q11为显著扩增的区域,其中3q268q23-24扩增涵盖PIK3CAc-MYC,两个基因已被证实和细胞凋亡以及化疗耐药相关,这为通过靶向基因疗法治疗化疗耐药性疾病提供了可能性。尽管c-MYC在癌细胞中存在大量扩增,并且已知其驱动功能,但由于缺乏可靶向的配体位点,c-MYC难以通过小分子抑制。c-MYC通常通过扩增而非功能获得突变的方式实现表达量的上调,因此c-MYC的表达能够作为化疗耐药肿瘤的治疗靶点。最近已经开发出BET抑制因子作为治疗c-MYC驱动的细胞增殖的新策略,BET蛋白失活能够导致c-MYC转录水平的持续降低。本研究中发现BET抑制剂JQ1GS-626510能够显著抑制肿瘤的生长,且在具有化疗耐药肿瘤特征的患者中具有潜在的治疗效果。

综上,本研究详细阐述了原发性、转移性和复发性卵巢癌肿瘤的基因组特征,并提供了对双侧卵巢肿瘤起源的新见解。在复发性化疗耐药性疾病中存在高频突变的基因和途径,例如PIK3CAc-MYC,能够作为靶向药物BET抑制剂的直接靶标,为进一步确定治疗化疗耐药性疾病的方法提供了合理的依据。

 



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