第13周-台湾OSCC癌症多组学

曾健明

生物信息学菜鸟一枚

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文章是 2016年10月年发表的:APOBEC3A is an oral cancer prognostic biomarker in Taiwanese carriers of an APOBEC deletion polymorphism

疾病背景

头颈癌是最常见的十大癌症之一,每年有50万患者深受其害,其中,超过80%的患者为口腔鳞状细胞癌(OSCC)。

口腔鳞状细胞癌(OSCC)是世界发病率排行前八的恶性肿瘤之一,发病率和致死率并没有因为手术技术的提高而减少,是公认的卫生难题。

发生在口腔、唇和舌部的口腔癌是由环境因素、遗传因素及表观遗传因素参与的多病因疾病。研究表明吸烟、饮酒被认为是口腔鳞癌的主要危险因素,咀嚼槟榔,某些化学物质、放射线暴露,环境因素及遗传因素也是口腔癌的危险因素。此外,人乳头瘤病毒感染是口腔癌的独立危险因素。

  • 传统流行病学研究揭示了环境致癌因子与口腔癌鳞癌发病风险的关系;

  • 分子流行病学研究探索了环境因素、遗传因素对口腔鳞癌遗传易感性的影响。

在台湾人群体里面,受human papilloma virus (HPV)感染的而引发OSCC的比例要低于世界平均值,而台湾人咀嚼槟榔比例高,由于台湾人群体的特殊流行病学特定,有必要对台湾人做分析。

TCGA数据总结

在TCGA计划里面,已经对头颈癌进行了比较系统的研究,有3个比较显著的突变频谱:

  • age-associated signature 1B (~24.9%)

  • APOBEC (Apolipoprotein B mRNA Editing enzyme, Catalytic polypeptide)-associated signature 2 (~35.2%)

  • smoking-associated signature 4 (~34.8%)

也发现了TP53, NOTCH1, FAT1, CASP8, and PIK3CA等癌症驱动基因,以及一些拷贝数变化事件,比如:eletion of CDKN2A and amplification of FADD

APOBEC3 基因家族介绍

人类总共有11个APOBEC基因,其中有7个是 APOBEC3 基因家族,定位于 22q13,而且已经有APOBEC3A (A3A) coding region and the APOBEC3B (A3B) 3′UTR的融合事件被发现: APOBEC3A_B (A3A_B)

本研究招募的病人

交叉比较的公共数据

  • 106 oral cavity cancers from India (OSCC-India)

  • 172 oral cavity cancer samples (OSCC-TCGA)

对外显子数据的分析

首先统计了50个病人的肿瘤癌旁配对全外显子数据的测序总览,走bwa+gatk流程,并且走mutect得到somatic mutations列表,经由 Oncotator 注释成maf文件。最终对着50个病人找到了24,051 somatic mutations 。

然后找拷贝数变异,使用的是 GATK DepthOfCOverage 计算测序深度,再用exome CNV 判断拷贝数情况。

测序策略是PE100bp, (75-Mbp target region, mean depth = 244 ± 54×),使用的测序仪和试剂盒是 HiSeq 2000 with the TruSeq PE Cluster kit v3 and TruSeq SBS kit v3

其它分析如下:

列出突变频率高的基因

使用MutSigCV对somatic mutations找显著突变基因

用lollipop diagrams展示基因上面的突变

对CNV信息进行GISTIC找sCNVs

对转录组数据的分析

该实验共得到39对OSCC病人的肿瘤癌旁配对转录组数据,首先检查的测序总览。

然后走标准的转录组数据分析流程: Trimmomatic+hg19+STAR+RSEM+GENCODE

然后,定义了 3548个显著的差异表达基因,阈值是 p-value < 0.05 and fold change > 2 ,只保留 transcripts per million (TPM) larger than 0.5

并且富集分析注释如下:

Cell-matrix interactionsInterferon signalingPlatelet-endothelium-leucocyte interactionsBlood vessel morphogenesisECM remodelingChemotaxisConnective tissue degradationActin filamentsAttractive and repulsive receptorsSkeletal muscle development

其它相关发表文章

Jayasooriya P, Fernando C, Suraweera A, Dissanayake U. Stem cell markers as a resource to predict prognosis of betel quid induced oral squamous cell carcinoma: an immunohistochemical investigation. Stomatological Dis Sci 2017;1:29-34. 研究一组斯里兰卡槟榔诱导的口腔癌患者的生存与五种肿瘤干细胞标志物的表达,即ALDH1,Sox-2,Bmi-1,C-met和Oct-4的关联性。该研究表明,五种肿瘤干细胞标记物中,仅ALDH1表达可作为预测本研究样本中口腔鳞状细胞癌患者的淋巴结转移和生存的潜在标志物。

缺氧是实体瘤的共同特点,与侵袭和患者不良预后密切相关。外泌体,起初被认为是细胞“排泄垃圾的运输汽车("garbage dumpsters)”,现在参与调节细胞与细胞微环境之间的相互作用。然而,关于外泌体和缺氧之间的联系和机制依旧不为所知。在这一研究中,作者发现来源于缺氧的口腔鳞状细胞癌(OSCC)细胞的外泌体以HIF-1α和IF-2α依赖的形式增加口腔鳞状细胞癌细胞的侵袭和迁移。由于外泌体已经被证明可以通过转运miRNAs改变靶细胞的功能,作者运用miRNA测序检测了缺氧和正常氧的口腔鳞状细胞癌细胞来源的外泌体。在108个差异表达的miRNA中,miR21在缺氧状态下下调最明显。

中南大学湘雅二医院陈林老师通过Arraystar circRNA芯片发现一种调控口腔鳞状细胞癌发生发展的circRNA分子— circRNA_100290。分析OSCC及NCMT样本( n=5 ),分析circRNA表达谱,发现共有280个circRNA表达发生显著表达,其中139个circRNA上调,141个circRNA下调,从上调最显著的10个circRNA中选出circRNA_100290, q-PCR验证circRNA_100290确实在OSCC组织中表达显著上调。CircRNA_100290通过内源竞争结合miR-29,从而解除miR-29对CDK6的抑制,促进口腔鳞状细胞癌的发生发展。该成果发表在Nature子刊Oncogene(IF=7.932)。

搜索cohort

在pubmed数据库搜索,大于10样本的数据集,也包括:head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC)

包括 mRNA,miRNA,lncRNA,cirRNA的表达芯片或者ngs测序数据, 也可以是WES/WGS的数据。

相关细胞系

Analysis of oral squamous cell carcinoma (OSCC)-derived cell lines.

整理相关signatures

比如:Expression profiling of 18 primary squamous cell carcinomas of the oral cavity with or without lymph node metastasis. GSE2280

Measure

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