Αφηρημένο

Γονιδίωμα-ευρύ μελέτες συσχέτισης (GWAS) εντόπισαν μια σειρά από γενετικές παραλλαγές που σχετίζονται με τον κίνδυνο εμφάνισης καρκίνου του πνεύμονα. Ωστόσο, αυτοί οι τόποι εξηγούν μόνο ένα μικρό κλάσμα του hereditability καρκίνο του πνεύμονα και άλλες παραλλαγές με μπορεί να χαθεί στην προσέγγιση GWAS ασθενή επίδραση οφείλεται στο αυστηρό επίπεδο σημαντικότητας μετά από πολλαπλές διόρθωση σύγκριση. Σε αυτή τη μελέτη, προκειμένου να εντοπίσει σημαντικές οδούς που αφορούν την καρκινογένεση του πνεύμονα, πραγματοποιήσαμε μια ανάλυση μονοπάτι σε δύο στάδια σε GWAS του καρκίνου του πνεύμονα σε Κινέζους Χαν, χρησιμοποιώντας μέθοδο ανάλυσης εμπλουτισμού γονίδιο που (GSEA). Προκαθορισμένα μονοπάτια από BioCarta και KEGG βάσεις δεδομένων αξιολογηθεί συστηματικά σε μελέτη Nanjing (στάδιο Ανακάλυψης: 1.473 περιπτώσεις και 1.962 μάρτυρες) και τα ενδεικτικά μονοπάτια ήταν ακόμη να επικυρωθεί στη μελέτη του Πεκίνου (στάδιο αναπαραγωγής: 858 περιπτώσεις και 1.115 μάρτυρες). Βρήκαμε ότι τέσσερις πορείες (achPathway, metPathway, At1rPathway και rac1Pathway) ήταν σταθερά σημαντική και στις δύο μελέτες και τις

P τιμές

για τη συνδυασμένη σύνολο δεδομένων ήταν 0.012, 0.010, 0.022 και 0.005 αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα αυτά ήταν σταθερά μετά την ανάλυση ευαισθησίας βασίζεται σε ορισμό των γονιδίων και του γονιδίου επικαλύψεις μεταξύ οδών. Τα ευρήματα αυτά μπορούν να παρέχουν νέες πληροφορίες σχετικά με την αιτιολογία του καρκίνου του πνεύμονα

Παράθεση:. Zhang R, Zhao Υ, Chu Μ, Wu C, Jin G, Dai J, et al. (2013) Διαδρομή Ανάλυση για Γονιδιώματος-Wide Μελέτη σύνδεσης του καρκίνου του πνεύμονα στην Κινέζων Χαν πληθυσμού. PLoS ONE 8 (3): e57763. doi: 10.1371 /journal.pone.0057763

Εκδότης: Ge Zhang, Νοσοκομείο Ιατρικό Κέντρο Σινσινάτι των παιδιών, Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής

Ελήφθη: 2, Νοέμβρη 2012? Αποδεκτές: 24 Γενάρη του 2013? Δημοσιεύθηκε: 1 Μάρτη 2013

Copyright: © 2013 Zhang et al. Αυτό είναι ένα άρθρο ανοικτής πρόσβασης διανέμεται υπό τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Attribution, το οποίο επιτρέπει απεριόριστη χρήση, τη διανομή και την αναπαραγωγή σε οποιοδήποτε μέσο, ​​με την προϋπόθεση το αρχικό συγγραφέα και την πηγή πιστώνονται

Χρηματοδότηση:. Το παρόν έργο ιδρύθηκε από την Κίνα Εθνικό Πρόγραμμα High-Tech Έρευνας και Ανάπτυξης Grant (2009AA022705) και χρηματοδοτείται εν μέρει από το Εθνικό Key πρόγραμμα βασικής έρευνας Grant (2011CB503805) και το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας (81072389, 30901232, 30730080, 30972541 και 30901233) , η έρευνα διαπίστωσε για το Διδακτορικό Πρόγραμμα της Ανώτατης Εκπαίδευσης της Κίνας (20113234110002), Jiangsu Φυσικών Επιστημών Ίδρυμα (BK2011028), Φυσικών Επιστημών Ίδρυμα της Jiangsu ιδρύματα τριτοβάθμιας εκπαίδευσης της Κίνας (11KJA330001 και 10KJA33034), τις ΗΠΑ Εθνικά Ινστιτούτα Grant Υγείας ( U19 CA148127), το έργο έρευνας και καινοτομίας για Αποφοίτων Κολλεγίου της επαρχίας Jiangsu (CXZZ11_0733), και η προτεραιότητα Ακαδημαϊκό Πρόγραμμα Ανάπτυξης των Jiangsu Ιδρυμάτων Ανώτατης Εκπαίδευσης (PAPD). Οι χρηματοδότες δεν είχε κανένα ρόλο στο σχεδιασμό της μελέτης, τη συλλογή και ανάλυση των δεδομένων, η απόφαση για τη δημοσίευση, ή την προετοιμασία του χειρογράφου

Αντικρουόμενα συμφέροντα:.. Οι συγγραφείς έχουν δηλώσει ότι δεν υπάρχουν ανταγωνιστικά συμφέροντα

Εισαγωγή

ο καρκίνος του πνεύμονα είναι ένας από τους πιο συχνά διαγιγνώσκονται καρκίνοι και οι κύριες αιτίες θανάτου από καρκίνο παγκοσμίως [1]. Στην Κίνα, τα ποσοστά εμφάνισης και θνησιμότητας του καρκίνου του πνεύμονα αυξάνεται με ταχείς ρυθμούς τις τελευταίες τρεις δεκαετίες, κυρίως εξαιτίας της κατανάλωσης καπνού [2]. Ωστόσο, οι γενετικοί παράγοντες παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στην πνευμονική καρκινογένεση. Κατά τα τελευταία αρκετά χρόνια, μελέτες συσχέτισης γονιδιώματος-ευρεία (GWAS) έχουν εντοπίσει πάνω από 10 τόπους που συνδέονται με τον κίνδυνο καρκίνου του πνεύμονα με ένα μέτριο αποτέλεσμα για κάθε πολυμορφισμού ενός νουκλεοτιδίου (SNP) [3], [4], [5], [ ,,,0],6], [7], [8]. Ωστόσο, αυτές οι παραλλαγές αντιπροσωπεύουν μόνο ένα μικρό κλάσμα των hereditability του καρκίνου του πνεύμονα [9], [10], [11].

Δεδομένου ότι οι αλληλεπιδράσεις γονίδιο-γονίδιο μπορεί να συμβάλει στην πολύπλοκες ασθένειες, έχει προταθεί ότι συνδυάζοντας τις πολλαπλές παραλλαγές με μικρή επίδραση από κοινού βασίζεται σε βιολογικά μονοπάτια χρησιμοποιώντας τα δεδομένα GWAS μπορεί να τείνουν να ανιχνεύσουν τις κοινές επιπτώσεις των πολλαπλών γονιδίων και να αναδείξει το συγκεκριμένο μονοπάτι συναθροίζονται σε μια ορισμένη ασθένεια [12]. Ένα μεγάλο ποσοστό των γονιδίων ευαισθησίας νόσου μπορεί να είναι λειτουργικά συνδεδεμένα και /ή αλληλεπιδρούν μεταξύ τους σε βιολογικές οδούς και μόνο ένας μικρός αριθμός των βιολογικών οδών μπορεί να συμβάλει κυρίως στην αιτιολογία της σύνθετης νόσου [13]. Έτσι, οι προσεγγίσεις βάσει διαδρομής εφαρμοστεί στην GWAS αρκετών πολύπλοκων ασθενειών, και ορισμένες νέες οδοί ασθένεια επιδεκτικότητα αποκαλυφθεί [14], [15], [16], [17], [18], [19] , [20], [21], [22], [23]. Πρόσφατα, Chung et al. (2012) [24] αξιολογούνται μονοπάτια που σχετίζονται με τον κίνδυνο καρκίνου του πνεύμονα σε ασθενείς που συλλέγονται από την Αμερικανική Αντικαρκινική Εταιρεία σε όλες τις πολιτείες των ΗΠΑ, χρησιμοποιώντας μια μέθοδο μονοπάτι ανάλυση σε δύο στάδια τυχαία δασικές βάσει της βάσης δεδομένων KEGG (URL: http: //www.genome .jp /kegg /pathway.html /), και προσδιόρισε 4 μονοπάτια που σχετίζονται με τον καρκίνο του πνεύμονα, συμπεριλαμβανομένων σηματοδοτικό μονοπάτι p53. Εν τω μεταξύ, Fehringer et al. (2012) [25] εκτελείται η ανάλυση μονοπατιού για τον κίνδυνο καρκίνου του πνεύμονα σε άτομα που συλλέγονται από την Κεντρική Ευρώπη, το Τορόντο, τη Γερμανία και το Τέξας, χρησιμοποιώντας τέσσερις διαφορετικές μεθόδους που βασίζονται σε Γονιδιακή Οντολογία (GO) της βάσης δεδομένων (URL: https://www.geneontology.org/), και βρέθηκε ότι η οδός δραστηριότητα υποδοχέα της ακετυλοχολίνης συσχετίστηκε σημαντικά με τον κίνδυνο καρκίνου του πνεύμονα χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικές προσεγγίσεις. Ωστόσο, κανένα από μονοπάτι αναλύσεις του καρκίνου του πνεύμονα GWAS αναφέρονται σε πληθυσμούς μη ευρωπαϊκής καταγωγής μέχρι σήμερα.

Αρκετές μέθοδοι έχουν προταθεί για την ανάλυση μονοπατιού [26], και ένα από τα συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος είναι η σειρά του γονιδίου εμπλουτισμό ανάλυση (GSEA) [16]. Εν συντομία, τα τρία βήματα που χρησιμοποιείται για την ανάλυση της πορείας GSEA. Πρώτον, η ανάλυση σύνδεσης άτομο-SNP διεξάγεται για να προσδιοριστεί η επίδραση για κάθε SNP. Δεύτερον, ο αντιπρόσωπος SNP με το χαμηλότερο

P

τιμή αντιστοιχίζεται σε κάθε γονίδιο, και όλα τα γονίδια εκχωρηθεί σε προκαθορισμένες βιολογικές οδούς. Τέλος, όλα τα γονίδια ανάλογα με τη σημασία τους, και στη συνέχεια πρέπει να αξιολογούνται κατά πόσον μια συγκεκριμένη ομάδα γονιδίων είναι εμπλουτισμένη στην κορυφή του πίνακα κατάταξης κατά τύχη. Ως αποτέλεσμα, ένα σύμπλεγμα βιολογικών σχετικές SNPs που εμφανίστηκε στην κορυφή της λίστας μπορεί δυνητικά να σχετίζονται με τη νόσο ως την ένταξη.

Σε μια μεγάλης κλίμακας GWAS του καρκίνου του πνεύμονα στην Κινέζων Χαν πληθυσμού, έχουμε ήδη επικυρωθεί υποδηλώνουν SNPs με

P

αξία ≤1.0 × 10

-4 στην ανεξάρτητη πληθυσμούς και βρήκαν πέντε νέες θέσεις σχετίζονται με τον κίνδυνο καρκίνου του πνεύμονα με το μέγεθος του αποτελέσματος (λόγος πιθανοτήτων) κυμαίνονται 0,84 – 1,35 σε ένα γονιδίωμα-ευρεία επίπεδο σημαντικότητας [3], [4]. Για την περαιτέρω βαθιά κατανόηση του μηχανισμού γενετική του καρκίνου του πνεύμονα και να προσδιορίσει το κρίσιμο μονοπάτι σε καρκινογόνες ουσίες των πνευμόνων, πραγματοποιήσαμε σήμερα μια ανάλυση της πορείας δύο σταδίων χρησιμοποιώντας τη μέθοδο GSEA με βάση τα υπάρχοντα δεδομένα GWAS μας στην Κινέζων Χαν πληθυσμού. Στο στάδιο 1, θα προβληθεί όλα τα διαθέσιμα μονοπάτια στη μελέτη Nanjing χρησιμοποιώντας 1.473 περιπτώσεις και 1.962 ελέγχους. Στο στάδιο 2, τα μονοπάτια με

P

τιμές ≤0.05 και

FDR

≤0.50 επικυρώθηκαν στη μελέτη του Πεκίνου, χρησιμοποιώντας 858 περιπτώσεις και 1.115 ελέγχους.

Υλικά και Μέθοδοι

Ηθική Δήλωση

Αυτή η συλλογική μελέτη εγκρίθηκε από τα θεσμικά διοικητικά συμβούλια επανεξέταση της Κίνας Ιατρικού Πανεπιστημίου, Tongji Medical College, Πανεπιστήμιο Fudan, Ιατρικό Πανεπιστήμιο Nanjing και Guangzhou Medical College με γραπτή συγκατάθεση από όλους τους συμμετέχοντες [27 ], [28], [29], [30].

Οι συμμετέχοντες στη μελέτη

Η μελέτη άτομα ήταν από την εν εξελίξει σε δύο κέντρα GWAS του καρκίνου του πνεύμονα στην Κίνα, συμπεριλαμβανομένης της Nanjing μελέτη και το Πεκίνο μελέτη. Οι λεπτομέρειες του πληθυσμού έχουν περιγραφεί αλλού [3]. Εν συντομία, υπήρχαν 1.473 περιπτώσεις και 1.962 ελέγχους στη μελέτη Nanjing, 858 περιπτώσεις και 1.115 ελέγχους στη μελέτη του Πεκίνου μετά τον έλεγχο της ποιότητας. Όλες οι περιπτώσεις καρκίνου του πνεύμονα επιβεβαιώθηκαν ιστοπαθολογικά ή κυτταρολογικά από τουλάχιστον δύο τοπικές παθολόγους. Όλοι οι έλεγχοι επιλέχθηκαν από εκείνους που λαμβάνουν ρουτίνα φυσικές εξετάσεις σε τοπικά νοσοκομεία ή από τους συμμετέχοντες στην κοινότητα έλεγχο των μη μεταδοτικών ασθενειών και τη συχνότητα-συμφωνημένα για την ηλικία, το φύλο και γεωγραφικές περιοχές σε κάθε σύνολο των περιπτώσεων καρκίνου του πνεύμονα.

Γονοτυπικές και Ποιοτικού Ελέγχου

η γονοτύπηση εκτελέστηκε χρησιμοποιώντας ένα Array Affymetrix Genome-Wide Ανθρωπίνων SNP 6.0. Μια συστηματική διαδικασία ποιοτικού ελέγχου εφαρμόστηκε και για τους δύο SNPs και ιδιώτες πριν από την ανάλυση της οδού [3]. Εν συντομία, SNPs είχαν αποκλεισθεί αν δεν χάρτη για αυτοσωματικό χρωμοσώματα, είχε ένα ποσοστό κλήσεων & lt? 95%, ελάσσονα συχνότητα αλληλόμορφο (MAF) & lt? 0,05,

P

& lt? 1 × 10

-5 για Hardy-Weinberg ισορροπία (HWE) σε συνδυασμό δείγματα των δύο μελετών ή

P

& lt? 1 × 10

-4 για HWE είτε τα δείγματα της μελέτης Nanjing ή το Πεκίνο. Έχουμε απομακρυνθεί δείγματα με συντελεστή & lt? 95%, διφορούμενο φύλο, οικογενειακές σχέσεις, ακραίες ποσοστό ετεροζυγωτίας και ακραίες τιμές. Τέλος, συνολικά 2.331 περιπτώσεις και 3.077 μάρτυρες (μελέτη Nanjing: 1.473 περιπτώσεις και 1.962 ελέγχους? Πεκίνο μελέτη: 858 περιπτώσεις και 1.115 μάρτυρες) με 570.373 SNPs παρέμειναν στην επακόλουθη ανάλυση μονοπάτι

Pathway Δεδομένα Κατασκευή

Εμείς συλλέγονται μονοπάτια από δύο δημόσιους πόρους: KEGG και BioCarta βάση δεδομένων (URL: https://www.biocarta.com/). Πορείες που περιέχουν γονίδια από 10 έως 200 συμπεριλήφθηκαν σε αυτή τη μελέτη. Αυτό το εύρος αριθμού γονιδίων θεωρήθηκε σκόπιμο να μειωθεί το ζήτημα πολλαπλής σύγκρισης και να αποφευχθούν οι δοκιμές υπερβολικά στενό ή ευρύ λειτουργικές κατηγορίες γονίδιο [22]. επικάλυψη οδού ορίστηκε ως το ποσοστό των κοινών γονιδίων στο συνολικό αυτά των δύο οδών [14].

Στατιστική Ανάλυση

Logistic μοντέλο παλινδρόμησης με προσαρμογή για την ηλικία, το φύλο, το πακέτο-έτος του καπνίσματος και τα πρώτα τέσσερα κύρια συστατικά που προέρχονται από EIGENSTRAT 3.0 [31] χρησιμοποιήθηκε για την αξιολόγηση της σημασίας σύνδεση της κάθε SNP, χρησιμοποιώντας το πακέτο GLM εκτελούνται στο λογισμικό R (έκδοση 2.14.0? το Ίδρυμα R για στατιστικούς υπολογισμούς). SNPs αποδόθηκαν σε ένα γονίδιο, εφόσον βρίσκονται εντός 50 kb κατάντη ή ανάντη του γονιδίου. Η σημασία του κάθε γονιδίου προήλθε από τον εκπρόσωπο SNP. Όλα τα γονίδια είχαν ανατεθεί σε μονοπάτια. Στη συνέχεια, η συσχέτιση μεταξύ του κινδύνου καρκίνου του πνεύμονα και κάθε μονοπάτι αξιολογήθηκε από το λογισμικό GenGen [16] χρησιμοποιώντας τον σταθμισμένο Kolmogorov-Smirnov-όπως τρέχον άθροισμα στατιστική (συμβολίζεται με τον εμπλουτισμό σκορ,

ES

), η οποία αντανακλούσε την υπερεκπροσώπηση από ένα σύμπλεγμα των γονιδίων εντός αυτής της οδού στην κορυφή ολόκληρου του πίνακα κατάταξης των γονιδίων στο γονιδίωμα. Εμείς ανακατεύονται τυχαία την κατάσταση ασθενών-μαρτύρων για 1.000 φορές, και επανέλαβε αυτά τα παραπάνω βήματα για να πάρει τα αποτελέσματα μετατεθούν ένωση οδού. Έτσι, η κανονικοποιημένη

ES

μετά ρυθμίζεται για διαφορετικά μεγέθη των γονιδίων, θα μπορούσε να αποκτηθεί μέσω της διαδικασίας μετάθεσης. Εν τω μεταξύ,

P

αξία του κάθε μονοπατιού και το ποσοστό εσφαλμένης ανακάλυψη (FDR) να κρατήσει το ποσοστό της αναμένεται ψευδώς θετικά ευρήματα προήλθαν. Το επίπεδο σημαντικότητας της ανάλυσης οδών ορίστηκε να είναι

P

≤0.05 και

FDR

≤0.5.

Αποτελέσματα

γενετικές πληροφορίες και Πριν Βιολογικών Πληροφορίες που χρησιμοποιούνται σε Pathway Ανάλυση

Από το σύνολο των 570.373 γονότυπου SNPs, 340.060 SNPs χαρτογραφήθηκαν σε 17.225 γονίδια μέσα σε 50 kb ανοδικά ή καθοδικά. Μεταξύ αυτών, 135.160 SNPs ήταν τελικά ανατεθεί σε 3.514 γονίδια εντός των προκαθορισμένων διαδρομών (41560 SNPs σε 1.003 γονίδια σε μονοπάτια BioCarta και 120.864 SNPs σε 3.134 γονίδια σε μονοπάτια KEGG). Όλα τα γονίδια που είχαν ανατεθεί σε 368 πορείες που περιείχε 10 έως 200 γονίδια (191 πορείες που χρησιμοποιούνται στη βάση δεδομένων BioCarta, 177 πορείες που χρησιμοποιούνται στη βάση δεδομένων KEGG) στην ανάλυση που ακολουθεί μονοπάτι.

Αποτελέσματα της Οδού Ανάλυση χρησιμοποιώντας GSEA Μέθοδος

Όπως παρουσιάζεται στον πίνακα 1, συνολικά 22 μονοπάτια ήταν σημαντική (

P

≤0.05,

FDR

≤0.5) στη μελέτη Nanjing. Μεταξύ αυτών, πέντε πορείες επιτυχώς αναπαραχθεί στη μελέτη του Πεκίνου, συμπεριλαμβανομένων achPathway (

P

= 0,007), agrPathway (

P

= 0,033), At1rPathway (

P

= 0.003 ), metPathway (

P

= 0,007) και rac1Pathway (

P

= 0,041). Μετά από συνδυασμό των δύο μελετών, τέσσερις από τις πέντε αναπαραχθεί οδών παρέμειναν σημασίας, συμπεριλαμβανομένων achPathway (

P

= 0,012), At1rPathway (

P

= 0,022), metPathway (

P

= 0,010) και rac1Pathway (

P

= 0,005). Ενώ, στη βάση δεδομένων KEGG, δεν οδός ταυτοποιήθηκε (τα δεδομένα δεν παρουσιάζονται). Μεταξύ των σημαντικών οδών (

P

≤0.05) για το συνδυασμένο σύνολο δεδομένων από τις δύο μελέτες (Πίνακας S1 στο αρχείο S1), αυτά τα τέσσερα αταξινόμητους οδοί κατατάσσεται στην κορυφή της λίστας (Νο.1 για rac1Pathway, No. 3 για metPathway, Νο.4 για achPathway και Νο.5 για At1rPathway)

η

για την achPathway, 9 του 16 αυτοί είχαν SNPs με

P

τιμές & lt?. 0,05? Παρομοίως, 15, 14 και 18 σημαντικά γονίδια παρατηρήθηκαν μεταξύ 28 γονίδια στο At1rPathway, 32 γονίδια στο metPathway και 23 γονιδίων στον rac1Pathway, αντίστοιχα. Οι αντιπροσωπευτικές SNPs με τον κίνδυνο καρκίνου του πνεύμονα σε

P

αξιών & lt? 0,01 για κάθε γονίδιο σε αυτούς τους 4 πορείες δείχνονται στον Πίνακα 2.

Η

Ανάλυση ευαισθησίας των βάσει διαδρομής

Σύνδεσης

για να αξιολογηθεί η επίδραση της στρατηγικής χαρτογράφησης SNP-to-γονιδίου σχετικά με την ανάλυση της οδού, θα χαρτογραφηθεί περαιτέρω SNPs σε γονίδια μέσα σε 20 kb ανοδικά ή καθοδικά. Είκοσι τρεις οδούς ήταν σημαντικές στη μελέτη Nanjing, και 7 από αυτά αναπαράγονται στη μελέτη του Πεκίνου. Μετά από συνδυασμό δύο μελέτες μαζί, τρεις οδούς (achPathway, metPathway και rac1Pathway) ήταν ακόμα σημαντική (0,019, 0,005 και 0,004 αντίστοιχα) (Πίνακας S2 σε S1 αρχείου). Αυτά τα τρία μονοπάτια εντοπίστηκαν επίσης στην αρχική προσέγγιση της ανάλυσης. Επιπλέον, At1rPathway που είχε προσδιοριστεί στην αρχική ανάλυση ήταν επίσης σημαντική για τις συνδυασμένες σύνολο δεδομένων (

P

= 0,015), αν και η

P

τιμή ήταν 0.086 στη μελέτη Nanjing. Για τις σημαντικές πορείες που παρατηρήθηκε στη μελέτη Nanjing, 19 μονοπάτια εντοπίστηκαν και στις δύο προσεγγίσεις που χρησιμοποιούν ’50 kb »κανόνα και ’20 kb« κανόνα και το ποσοστό αντιστοιχίας ήταν 73.08% (19/26) μεταξύ των δύο προσεγγίσεων.

Λαμβάνοντας υπόψη την επικάλυψη των γονιδίων μεταξύ των οδών, υπολογίσαμε τα ζεύγη επικαλύψεις μεταξύ 4 πανομοιότυπες οδούς και βρήκε τα ποσοστά επικάλυψης κυμαίνονταν από 6,25% έως 25,00% (Πίνακας S3 στο αρχείο S1). Δεδομένου ότι μόνο σημαντικά γονίδια σε μονοπάτια συνέβαλαν με τα τελικά αποτελέσματα, που υπολογίζεται εκ νέου τις επικαλύψεις μεταξύ αυτών των οδών χρησιμοποιώντας σημαντικά τα γονίδιά τους, και τα ποσοστά επικάλυψης ήταν από 4,17% έως 18,75% (Πίνακας S3 στο S1 αρχείου). Επιπλέον, τέσσερα γονίδια (

ΡΑΚ1

,

PIK3R1

,

ΡΤΚ2

, και

PTK2B

) που συνέβαλαν περισσότερο από 2 μονοπάτια (Πίνακας S4 στο Αρχείο S1), απομακρύνθηκαν περαιτέρω από μονοπάτια για ανάλυση ευαισθησίας. Ως αποτέλεσμα, οι τέσσερις πανομοιότυπες οδούς (achPathway, metPathway, At1rPathway και rac1Pathway) ήταν ακόμα σημαντική (Πίνακας S5 στο S1 αρχείου) σε συνδυασμό σύνολο δεδομένων (

P

= 0.033, 0.040, 0.039 και 0.012, αντίστοιχα).

Συζήτηση

GWAS έχουν εντοπίσει με επιτυχία μια σειρά από τόπους που σχετίζονται με ασθένειες /γνωρίσματα, τα οποία έχουν βελτιώσει σε μεγάλο βαθμό την κατανόησή μας για τη γενετική μηχανισμό αυτών των φαινοτύπων. Ωστόσο, δεδομένου ότι η αυστηρή διαδικασία ελέγχου της ποιότητας και την αυστηρή διόρθωση για πολλαπλές συγκρίσεις χρησιμοποιούνται σε GWAS, ατομική SNPs που πραγματικά σχετίζονται με φαινότυπους με μέτρια επίδραση μπορεί να έχουν χαθεί. Ως εκ τούτου, μια προσέγγιση βάσει διαδρομής που αξιολογεί την αθροιστική συμβολή των γονιδίων που σχετίζονται με τη λειτουργία μπορεί να παρέχει νέες γνώσεις σχετικά με τη βιολογία μιας ορισμένης νόσου χρησιμοποιώντας δεδομένα GWAS. GSEA έχει δύο μεγάλα πλεονεκτήματα σε σύγκριση με άλλες μεθόδους [16], [26]. Πρώτον, εκτελεί δύο σταδίων διαδικασίας διόρθωσης μετάθεση με βάση το οποίο προσαρμόζει αποτελεσματικά για διαφορετικά μεγέθη των γονιδίων και διατηρεί συσχετίσεις του SNPs στο ίδιο γονίδιο. Δεύτερον, συμπαράγοντες όπως η ηλικία, το φύλο ή διαστρωμάτωση του πληθυσμού στην GWAS μπορεί να ρυθμιστεί σε GSEA. Έτσι, στην παρούσα μελέτη, χρησιμοποιήσαμε GSEA και προσδιόρισε τέσσερις πορείες (achPathway, metPathway, At1rPathway και rac1Pathway) που μπορεί να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη του καρκίνου του πνεύμονα σε Κινέζους Χαν πληθυσμού. Τα ευρήματα αυτά ήταν σταθερά μετά την ανάλυση ευαισθησίας κατά την εξέταση της προσέγγισης χαρτογράφησης SNP-to-γονιδίου και του γονιδίου επικάλυψης των οδών.

Η achPathway (Ρόλος των νικοτινικούς υποδοχείς ακετυλοχολίνης στη ρύθμιση της απόπτωσης) αναγνωρίστηκε για να είναι οι κορυφαίες οδοί σχετίζονται με τον κίνδυνο καρκίνου του πνεύμονα σε αυτήν την μελέτη. Το νικοτινικό ακετυλοχολίνης υποδοχέων (nAChRs) είναι απαραίτητα για νευρομυϊκές σηματοδότηση και έχουν επίσης βρεθεί σε μη νευρωνικά κύτταρα, όπως βρογχικών επιθηλιακών κυττάρων και του καρκίνου του πνεύμονα κυτταρικές γραμμές [32], [33], [34]. Η νικοτίνη και τα παράγωγα καρκινογόνων νιτροζαμινών του μπορεί να παίξει ένα σημαντικό ρόλο στην παθογένεση του καρκίνου του πνεύμονα μέσω της σύνδεσης προς nAChRs εκφράζεται σε επιθηλιακά κύτταρα πνεύμονα, τα οποία προκύπτουν κυρίως από την αντίσταση των καρκινικών κυττάρων σε απόπτωση [35]. Maneckjee et al. (1994) έδειξε ότι οι χαμηλές συγκεντρώσεις της νικοτίνης θα μπορούσε να μπλοκάρει την επαγωγή απόπτωσης σε καρκινικά κύτταρα του πνεύμονα [33]. Εκτός προσδίδει αντίσταση ενάντια σε απόπτωση, αρκετές μελέτες έχουν δείξει ότι nAChRs μπορεί να διεγείρει τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων, καθώς και την αγγειογένεση [36], [37], και τα δύο από τα οποία ενέχονται στη γένεση του καρκίνου.

Είναι σημαντικό ότι, αρκετές GWAS με βάση Καυκάσου πληθυσμοί έχουν εντοπιστεί σταθερά 15q25 ως περιοχή ευαισθησίας στον καρκίνο του πνεύμονα [5], [6], [7], το οποίο περιέχει το νικοτινικό σύμπλεγμα γονιδίων υπομονάδας του υποδοχέα της ακετυλοχολίνης, υπόθαλψη

CHRNA5

,

CHRNA3

και

CHRNA4

γονίδια.

TERT

συμπεριλαμβάνεται στην achPathway και εκπρόσωπος rs2736100 του SNP έχει αναγνωριστεί ως ένα τόπο ευαισθησίας στον καρκίνο του πνεύμονα σε διαφορετικές εθνοτικές πληθυσμούς [3], [8], ιδιαίτερα σε πληθυσμούς Ασιατικής καταγωγής [38], [39], [40].

στο (μεσολάβηση ενεργοποίηση της αγγειοτενσίνης ΙΙ της JNK Διαδρομή μέσω εξαρτώνται Pyk2 σηματοδότησης) At1rPathway, Clereet. al (2010) πρότειναν ότι η αγγειοτενσίνη II υποδοχέα τύπου 2 (ΑΤ2Κ) θα προωθήσει την ανάπτυξη των όγκων, συμπεριλαμβανομένων τόσο κακοήθη κυτταρικό πολλαπλασιασμό και την αγγειογένεση των όγκων [41]. Υπερ-έκφραση του γονιδίου του υποδοχέα της αγγειοτασίνης II τύπου 2 προκαλεί κυτταρικό θάνατο σε κύτταρα αδενοκαρκινώματος του πνεύμονα [42], [43]. Η παρεκκλίνουσα ενεργοποιημένο μονοπάτι JNK μπορεί να προκαλέσει παθολογικές κυτταρικό θάνατο και διαφόρων ασθενειών, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου [44], ενώ οι μεταλλάξεις στο μονοπάτι JNK μπορεί επίσης να εμπλέκονται στην ανάπτυξη του καρκίνου [45].

Για την metPathway (σηματοδότηση των ηπατοκυττάρων Ανάπτυξης Factor Receptor), ο υποδοχέας του αυξητικού παράγοντα ηπατοκυττάρων, που ονομάζεται επίσης c-Met, ενεργοποιείται από αυξητικό παράγοντα ηπατοκυττάρων (HGF). Η παρεκκλίνουσα σηματοδότηση c-Met παίζει σημαντικούς ρόλους στην παθογένεση και τη βιολογία των ανθρώπινων καρκίνων [46]. Εν τω μεταξύ, μεταλλαχθεί και υπερεκφράζεται μορφές του c-Met σχετίζονται με ογκογένεση και μετάσταση, καθιστώντας c-Met ένας δυνητικός θεραπευτικός στόχος για φάρμακα κατά του καρκίνου [47], [48]. Είναι ενδιαφέρον ότι, υποδοχέα c-Met και του επιδερμικού αυξητικού παράγοντα (EGFR) αναστολείς μπορούν συνεργικά αναστέλλουν τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων και την προώθηση της απόπτωσης στον καρκίνο του πνεύμονα [49]. Yano et al. (2008) πρότεινε ότι HGF-μεσολαβητική ενεργοποίηση ΚΟΑ μπορεί να προκαλέσει αντίσταση gefitinib στο αδενοκαρκίνωμα του πνεύμονα με το

EGFR-

μεταλλάξεις ενεργοποίησης [50].

Για το (οδός Rac 1 κινητικότητα των κυττάρων σηματοδότησης) rac1Pathway, Ρακ-1 είναι μία μικρή GTP πρωτεΐνης δέσμευσης στην οικογένεια Rho που ρυθμίζει κυτταρική κινητικότητα και πολλαπλασιασμό σε απόκριση προς εξωκυτταρικά σήματα [51]. Εν τω μεταξύ, Rac-1 μπορεί να λειτουργήσει ως ογκογονίδια σε ινοβλάστες όταν υπερεκφράζεται [52]. Rab5 μπορεί να επάγει την ενεργοποίηση της RAC μέσω διαφόρων μηχανισμών, Rab5 ρυθμιζόμενη διακίνησης Rac εμπλέκεται στην κυτταρική κινητικότητα, η οποία μπορεί επίσης να επηρεάσει την κυτταρική μετανάστευση κατά την διάρκεια της μορφογένεσης και της μετάστασης του καρκίνου [53], [54]. Εν τω μεταξύ, η ενεργοποίηση Rac από το σύμπλοκο IRSp53 /eps8 παίζει σημαντικό ρόλο στη μεταστατική συμπεριφορά του κακοήθους κυττάρου όγκου [55].

Επιπλέον, ελέγξαμε επίσης τα αναφερθέντα οδούς από τους Chung et al. (2012) και Fehringer et al. (2012) στη μελέτη μας. Είναι ενδιαφέρον ότι, η ισχυρότερη ένωση αναφέρεται από Fehringer et al. (2012) ήταν η οδός δραστηριότητα υποδοχέα της ακετυλοχολίνης, ενώ η achPathway εντοπίστηκε στην παρούσα μελέτη. Μερικές μελέτες έχουν δείξει ότι η ενεργοποίηση των νικοτινικών υποδοχέων ακετυλοχολίνης μπορεί να μεταβάλει αποπτωτική σηματοδότηση καθώς και διεγείρουν τον πολλαπλασιασμό, τα οποία διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην καρκινογένεση του πνεύμονα [56], [57], [58]. Τα αποτελέσματα υποστηρίζουν σταθερά τη σημασία των 2 οδών στην ανάπτυξη του καρκίνου του πνεύμονα, το οποίο είναι βιολογικά εύλογη. Ωστόσο, δεν βρέθηκαν σημαντικές ενδείξεις για άλλες αναφερθεί μονοπάτια. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από την εθνική ετερογένεια, διαφορετικές μεθόδους ανάλυσης μονοπατιού ή ο ορισμός των οδών από διαφορετικές βάσεις δεδομένων.

Αυτή η μελέτη έχει πολλές αντοχές. Πρώτον, πραγματοποιήσαμε μια ανάλυση μονοπάτι σε δύο στάδια σε δύο ανεξάρτητους πληθυσμούς, η οποία μπορεί να μειώσει τα ψευδώς θετικά ευρήματα και να βελτιώσουν την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων. Δεύτερον, οι τέσσερις πανομοιότυπες οδούς ήταν ακόμη σταθερό μετά από την ανάλυση ευαισθησίας κατά την εξέταση SNP-προς-γονίδιο προσεγγίσεις χαρτογράφησης και γονίδιο επικαλύψεις μεταξύ των οδών. Αυτό το σημείο, καθώς και το σημαντικό βιολογία των καθορισμένων μονοπατιών στην καρκινογένεση του πνεύμονα έχει αυξηθεί η εμπιστοσύνη μας ότι τα ευρήματά μας μπορεί να είναι αλήθεια, εκτός από απλά κατά τύχη. Παρ ‘όλα αυτά, αρκετοί περιορισμοί είναι, επίσης, πρέπει να αντιμετωπιστούν σε αυτή τη μελέτη. Πρώτον, ατελής σχολιασμό του ανθρώπινου γονιδιώματος μπορεί να μειώσει την ισχύ μελέτη για την ανάλυση μονοπατιού, αφού πολλά γονίδια άγνωστης λειτουργίας δεν μπορούν να αποδοθούν με γνωστές πορείες και διαγονιδιακές SNPs φυσικώς μακρινή από γονίδια δεν είχαν συμπεριληφθεί ακόμα. Έτσι, περαιτέρω μελέτες που βασίζονται σε βελτιωμένη βάση δεδομένων γονιδιώματος-σχολιασμός μπορεί να παρέχει πρόσθετες αντιλήψεις στη γενετική του καρκίνου του πνεύμονα. Δεύτερον, διαφορετικές βάσεις δεδομένων μονοπατιού έχουν διαφορετικές οδηγίες για την κατασκευή της οδού. Έτσι, το περιεχόμενο γονίδιο μονοπατιών που αντιπροσωπεύουν την ίδια βιολογική διεργασία μπορεί να διαφέρουν σημαντικά μεταξύ των διαφόρων βάσεων δεδομένων [14]. Εμείς επικεντρώθηκε μόνο στα KEGG και BioCarta βάσεις δεδομένων που μπορεί να έχουν περιορισμένη ανάλυση μας λόγω εγγενών ορισμός της οδού, αν και αυτές οι δύο βάσεις δεδομένων έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στην ανάλυση μονοπάτι [19], [22], [24]. Τέλος, είναι καλύτερα να εκτελέσει την ανάλυση της αλληλεπίδρασης ή αλληλεπίδραση γονιδίων-γονίδιο ανάλυση γονιδίων το κάπνισμα για να συζητήσει περαιτέρω σχετικά με τη συμμετοχή αυτών των τεσσάρων περιόδων καρκινογένεση σχετίζονται με το κάπνισμα. Θα τα ερευνήσει σε μελλοντικές μελέτες μας.

Εν ολίγοις, αυτή η μελέτη διεξήγαγε μια ανάλυση μονοπάτι σε δύο στάδια σε GWAS του καρκίνου του πνεύμονα στην Κινέζων Χαν με τη μέθοδο GSEA, και προσδιόρισε τέσσερις πορείες (achPathway, metPathway, At1rPathway και rac1Pathway) που σχετίζεται με τον κίνδυνο καρκίνου του πνεύμονα. Τα ευρήματα αυτά μπορεί να είναι ένα σημαντικό συμπλήρωμα για GWAS και να παρέχουν νέες γνώσεις για τη βιολογία του καρκίνου του πνεύμονα.

Υποστήριξη Πληροφορίες

S1 αρχείου.

Πίνακας S1. Η κατάταξη των οδών βασίζονται σε συνδυασμό σύνολο δεδομένων των μελετών Nanjing και το Πεκίνο. Πίνακας S2. Ανάλυση ευαισθησίας της ανάλυσης μονοπατιού για τα γονίδια που ορίζεται από SNPs μέσα σε 20 kb ανοδικά ή καθοδικά. Πίνακας S3. Γονίδιο αλληλεπικαλύψεις μεταξύ 4 αταξινόμητους μονοπάτια για όλα τα γονίδια που ορίζεται από τη βάση δεδομένων BioCarta ή γονιδίων με σημαντική εκπρόσωπο SNPs (

P

& lt? 0,05)

α. (Α) Η από κάτω προς τα αριστερά από το συμμετρικό πίνακα είναι ο αριθμός των γονιδίων επικάλυψη μεταξύ μονοπατιών ζεύγη και ο συνολικός αριθμός γονιδίων τους. Το πάνω δεξιά μέρος είναι το ποσοστό επικάλυψης μεταξύ των οδών ζεύγη (%). Πίνακας S4. Γονιδίων με σημαντική εκπρόσωπο SNPs (

P

≤0.01) συνέβαλαν στην πολλαπλές οδούς. (Α) Προέρχεται από μοντέλο λογιστικής παλινδρόμησης με προσαρμογή για την ηλικία, το φύλο, το πακέτο-έτος του καπνίσματος και τα κύρια στοιχεία σε συνδυασμό σύνολο δεδομένων των μελετών Nanjing και το Πεκίνο. Πίνακας S5. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης ευαισθησίας για 4 προσδιορίζονται οδό μετά την αφαίρεση σημαντική επικάλυψη γονίδια (

ΡΑΚ1

,

PIK3R1

,

ΡΤΚ2

και

PTK2B

).

doi: 10.1371 /journal.pone.0057763.s001

(DOCX)

Ευχαριστίες

Οι συντάκτες ευχαριστήσω όλους τους συμμετέχοντες στη μελέτη, ερευνητικό προσωπικό και τους φοιτητές που συμμετείχαν σε αυτό το έργο. Εκτιμούμε επίσης δύο ανώνυμους αναθεωρητές για τις πολύτιμες υποδείξεις τους για αυτό το χειρόγραφο.