Αφηρημένο

ανάλυση βάσει διαδρομής, που χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με τη μελέτη σύνδεσης γονιδίωμα-ευρεία (GWAS) τεχνικές, είναι ένα ισχυρό εργαλείο για την ανίχνευση λεπτές, αλλά συστηματικές μοτίβα στο γονιδίωμα που μπορούν να βοηθήσουν τη διαλεύκανση πολύπλοκες ασθένειες, όπως καρκίνοι. Εδώ, θα ενισχυθεί πίσω από γενετικούς πολυμορφισμούς σε ένα μόνο τόπο και εξέτασε τον τρόπο πολλαπλά σήματα ένωση μπορεί να ενορχηστρωθεί για να βρείτε μονοπάτια που σχετίζονται με την ευαισθησία του καρκίνου του πνεύμονα. Χρησιμοποιήσαμε μόνο νουκλεοτιδίου πολυμορφισμός (SNP) δεδομένων πίνακα από 869 μη-μικροκυτταρικό καρκίνο του πνεύμονα (NSCLC) περιπτώσεις από προηγούμενη GWAS στο Εθνικό Κέντρο Καρκίνου και 1.533 έλεγχοι από το έργο της Κορέας Πόρων Σύλλογος για την ανάλυση βάσει διαδρομής. Μετά τη χαρτογράφηση πολυμορφισμών μονού νουκλεοτιδίου σε γονίδια, θεωρώντας περιοχή κωδικοποίησης και τα ρυθμιστικά στοιχεία (± 20 kbp), πολυπαραγοντική λογιστική παλινδρόμηση της πρόσθετης ύλης και κυρίαρχη γενετική μοντέλα είναι εξοπλισμένα εναντίον της κατάστασης της νόσου, με προσαρμογές για την ηλικία, το φύλο και την κατάσταση καπνίσματος. στατιστικές οδού αξιολογήθηκαν χρησιμοποιώντας Gene Σετ Ανάλυση εμπλουτισμού (GSEA) και Adaptive Rank προϊόν κομμένης (ARTP) μεθόδους. Μεταξύ των 880 διαβάσεις, 11 παρουσίασαν σχετικά σημαντική στατιστικά στοιχεία σε σχέση με θετική μας μάρτυρες (P

GSEA≤0.025, ψευδή rate≤0.25 ανακάλυψη). Υποψήφιος μονοπάτια επικυρώθηκαν με τη χρήση της μεθόδου ARTP και τις ομοιότητες μεταξύ των οδών υπολογίστηκαν ένας εναντίον του άλλου. Οι κορυφαίες πορείες ήταν

ABC μεταφορείς

(P

GSEA & lt? 0.001, P

ARTP = 0.001),

VEGF μονοπάτι σηματοδότησης

(P

GSEA & lt? 0.001, P

ARTP = 0,008),

G1 /S Check Point

(P

GSEA = 0,004, P

ARTP = 0,013), και

Σήματα NRAGE Θάνατος μέσω JNK

(P

GSEA = 0,006, P

ARTP = 0.001). Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι η ανάλυση μονοπατιού μπορεί να ρίξει φως στην μετα-GWAS έρευνα και να βοηθήσει στον εντοπισμό πιθανών στόχων για την ευαισθησία του καρκίνου

Παράθεση:. Lee D, Lee GK, Yoon KA, Lee JS (2013) βάσει διαδρομής Ανάλυση Χρησιμοποιώντας γονιδίωμα-ευρύ δεδομένων Συλλόγου από μια κορεατική μη-μικροκυτταρικό καρκίνο του πνεύμονα μελέτης του Καρκίνου. PLoS ONE 8 (6): e65396. doi: 10.1371 /journal.pone.0065396

Συντάκτης: William C. S. Cho, Queen Elizabeth Hospital, το Χονγκ Κονγκ

Ελήφθη: 5, Φεβρουαρίου 2013? Αποδεκτές: 24 Απριλίου, 2013? Δημοσιεύθηκε: 6 του Ιούνη 2013

Copyright: © 2013 Lee 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:. Η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Κέντρο έρευνας για τον Καρκίνο επιχορήγηση 1210360. 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 ανταγωνίζονται υπάρχουν συμφέροντα

Εισαγωγή

Ο καρκίνος του πνεύμονα είναι μία από τις κύριες αιτίες θνησιμότητας από καρκίνο στην Κορέα και σε όλο τον κόσμο [1] -. [3]. Μεταξύ των διαφόρων καρκίνο του πνεύμονα ιστολογικών τύπων, περισσότερο από το 70% των καρκίνων του πνεύμονα Κορέας είναι μη-μικροκυτταρικό καρκίνο του πνεύμονα (NSCLCs), η κορυφαία υπότυπος είναι αδενοκαρκίνωμα [4].

Αν και οι αιτίες της ασθένειας μπορεί να προέλθει από περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως καρκινογόνα που βρίσκονται στον καπνό του τσιγάρου και την εισπνοή των τοξικών χημικών ουσιών, στις προσπάθειες να προσδιοριστεί η αιτιολογία της ασθένειας, οι ερευνητές αξιολόγησαν τη γενετική ποικιλομορφία των ατόμων. Αρκετές μελέτες γονιδιώματος σε επίπεδο σύνδεσης (GWASs), που επικεντρώνονται σε σάρωση για SNPs ασθένεια που σχετίζεται με ολόκληρο το γονιδίωμα, έχουν καταδείξει επιτυχώς δυνατό τον καρκίνο του πνεύμονα ευαισθησία loci κατά την τελευταία δεκαετία. Τα περισσότερα από αυτά τα GWASs βασίστηκαν σε ευρωπαϊκά και αμερικανικά πληθυσμών και αξιοσημείωτες ύποπτοι εντοπίστηκαν ήταν 5p15 (hTERT-CLPTM1L) [5], [6], 6p21 (BAT3-MSH5) [7], και 15q25 (CHRNA 3-5) [8 ] – [10]. Στην προηγούμενη GWAS τη συμμετοχή 1.425 ασθενών με NSCLC και 3.011 έλεγχοι από την Κορέα, που ανέφερε ότι μια νέα θέση, 3q29, και ένας τόπος προηγουμένως αναφερθεί σε άτομα ευρωπαϊκής καταγωγής, 5q15, συσχετίστηκαν με τον κίνδυνο καρκίνου του πνεύμονα στην κορεατική πληθυσμού [11].

Παρά την επιτυχή αναγνώριση αυτών των τόπων επιδεκτικότητα ασθένειας χρησιμοποιώντας GWASs, πιστεύεται ότι εξηγήσουν μόνο ένα μικρό ποσοστό της εκτιμώμενης κληρονομικότητας [12]. GWASs συγκρίνετε μισό εκατομμύριο στα εκατομμύρια των δεικτών με τη μία και παραλλαγές με μέτρια ενώσεις είναι πιθανόν να παραμεληθεί μετά από πολλαπλές διόρθωση των δοκιμών [13]. Από τη φύση του, είναι εξαιρετικά απίθανο ότι μια ενιαία παραλλαγή συνδέεται με μια πολύπλοκη ασθένεια όπως ο καρκίνος. Πιστεύεται ότι οι παραλλαγές χαμηλής διεισδυτικότητα σε όλο το γονιδίωμα θα εξηγήσει καλύτερα την βιολογία εν λόγω [14]. Για να αντισταθμίσει τις ελλείψεις της GWAS, αντί να βασίζεται σε μια αυστηρή γονιδιώματος σε επίπεδο σημαντικότητας αποκοπής, εναλλακτικές μεθόδους για τη βελτίωση της δύναμης, όπως η χρήση των συνδυασμών των δεικτών SNP [15] – [20], η ενσωμάτωση των τεκμαρτών γονότυπους και διασύνδεση πληροφοριών [21] – [23], και, πιο πρόσφατα, οι προσεγγίσεις βάσει διαδρομής [24] έχουν αναπτυχθεί

οι προσεγγίσεις βάσει διαδρομής βασίζεται στην αρχή ότι τα γονίδια που εμπλέκονται στην ίδια λειτουργική οδό αλληλεπιδρούν με το καθένα. και αποτελούν ένα δίκτυο, έτσι ώστε οι ενώσεις της νόσου τους είναι αλληλένδετα [25]. Οι τρέχουσες αναλύσεις βάσει διαδρομής είναι εμπνευσμένα κυρίως από την έκφραση του γονιδίου ανάλυση δεδομένων μικροσυστοιχιών. Με βάση την προηγούμενη βιολογική γνώση, την ανάλυση του γονιδίου σύνολο εμπλουτισμού (GSEA) [26] μέτρα πόσο οι σήματα ένωση εμπλουτισμένη σε ένα καθορισμένο σύνολο των γονιδίων. Επειδή GSEA απαιτεί δεδομένων μικροσυστοιχιών ως είσοδο, αρκετές ομάδες έχουν προτείνει τροποποιήσεις στο αρχικό αλγόριθμο για να ενσωματώσει στοιχεία GWAS [27] – [30].

Στην παρούσα μελέτη, χρησιμοποιήσαμε την ανάλυση μονοπάτι GSEA που βασίζεται προτείνεται από Wang et al. [24] με την προηγούμενη Κορέας καρκίνο του πνεύμονα δεδομένων GWAS μας, από 869 περιπτώσεις και 1533 ελέγχους, με την ελπίδα να βρουν επιπλέον θέσεις ευαισθησίας και της απόκτησης πληροφορίες για την υποκείμενη παθογένεια (Σχήμα 1). Μονοπάτια που δείχνει υψηλή στατιστική σημαντικότητα επικυρώθηκαν με τη χρήση άλλης μεθόδου βάσει διαδρομής ονομάζεται προσαρμοστική κατάταξη προϊόντος κομμένης (ARTP) [31]. Σε αντίθεση με GSEA, ARTP είναι μια αυτοδύναμη δοκιμής [32] που συσχετίζει άμεσα γονιδίων σε ένα μονοπάτι σε ασθένειες και λειτουργεί ανεξάρτητα από τα γονίδια έξω από το μονοπάτι. Αναφέρουμε επτά μονοπάτια κατηγοριοποιούνται σε τέσσερις κυτταρικές διεργασίες που έδειξε συνεπείς συσχετίσεις με ευαισθησία Κορέας NSCLC.

Η

Υλικά και Μέθοδοι

Ηθική Δήλωση

Η μελέτη εγκρίθηκε από το Διοικητικό θεσμική αναθεώρηση και την Επιτροπή Ηθικής του Εθνικού Κέντρου Καρκίνου Κορέα. συλλέχθηκαν δείγματα αίματος από ασθενείς με NSCLC που επισκέφθηκε Εθνικό Κέντρο Καρκίνου Κορέα και πήρε μια εθελοντική έρευνα ερωτηματολογίου για την υγεία από το Μάιο του 2002 και Δεκεμβρίου 2005. Για κάθε δείγμα αίματος, έγγραφη συγκατάθεση, η οποία εγκρίθηκε από τα μέλη Institutional Review Board, αποκτήθηκε. Όλες οι κλινικές έρευνες διεξάγονται σύμφωνα με τις αρχές της Διακήρυξης του Ελσίνκι.

Πληθυσμός μελέτης

Αρχικά, θα προσληφθούν 2.441 Κορέας περιπτώσεις NSCLC και τους ελέγχους (871 περιπτώσεις και 1.570 μάρτυρες) για τη μελέτη αυτή. Τα περισσότερα δείγματα NSCLC (621 περιπτώσεις) μοιράστηκαν από μία προηγούμενη μελέτη GWA στο Εθνικό Κέντρο Καρκίνου Κορέα [11], και επιπλέον 250 ασθενείς με ΜΜΚΠ οι νεοπροσλαμβανόμενοι για προσδιορισμό του γονότυπου. Για λόγους σύγκρισης, τα δεδομένα του γονότυπου των 1.570 άτομα ελέγχου χωρίς καρκίνο δόθηκαν από το έργο της Κορέας Πόρων Association (ΚΑΡΕ), μια συνεχιζόμενη μελέτη κοόρτης βασισμένη στον πληθυσμό που έχει διεξαχθεί από το Εθνικό Ινστιτούτο Κορέας Υγείας (KNIH) και το Κέντρο Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων (KCDC) από το 2007 [33]. Εφαρμόσαμε κριτήρια αυστηρό έλεγχο της ποιότητας του δείγματος (QC), λαμβάνοντας υπόψη την ένταση των πρώτων σήμα, το ποσοστό του γονότυπου (≥95%), κλινικές πληροφορίες, και διαστρωμάτωση του πληθυσμού να φιλτράρετε ανεπιφύλακτη δείγματα. Συγκεκριμένα, θα αφαιρεθούν 19 δείγματα με χαμηλή ποιότητα-γονοτυπική, 18 με ανεπαρκή δημογραφικές πληροφορίες, και δύο με πλαστοπροσωπίας φύλων. Ως αποτέλεσμα, 869 περιπτώσεις και 1533 ελέγχους περάσει το QC και παρέμεινε για την επακόλουθη ανάλυση. Μεταξύ 869 επιβεβαιώθηκε ιστολογικά NSCLC περιπτώσεις, 623 περιπτώσεις ήταν αδενοκαρκινώματα, περισσότερο από το 70% των ασθενών με NSCLC μας, 175 περιπτώσεις ήταν πλακωδών κυττάρων καρκινώματα, και το υπόλοιπο ήταν άλλα ιστολογικών τύπων NSCLC (Πίνακας 1). Περισσότερο από το 97% των ατόμων (n = 2.334) ήταν ο γονότυπος χρησιμοποιώντας Affymetrix Genome-Wide Ανθρωπίνων SNP Array 5.0 (Affymetrix, Santa Clara, CA, USA), και το υπόλοιπο (n = 68) ήταν ο γονότυπος χρησιμοποιώντας Affymetrix GeneChip χαρτογράφησης του ανθρώπινου 500 K array Set. Μετά την γονοτυπική και τη συγχώνευση των συνόλων δεδομένων, θα εφαρμόζονται τα ακόλουθα φίλτρα SNP QC: SNPs με συχνότητα έλασσον αλληλόμορφο (MAF) μικρότερο του 5% και η κλήση του γονότυπου με ρυθμό χαμηλότερο από το 95%? Hardy-Weinberg ισορροπία (HWE) δοκιμή P-values≤0.0001 αποκλείστηκαν από την περαιτέρω ανάλυση.

Η

Διαδρομή Ορισμός

Κατασκευάσαμε μια λίστα ορισμών οδού βασίζεται σε τρεις μεγάλες διαθέσιμες στο κοινό μονοπάτι βάσεις δεδομένων: συγκεκριμένα, 217 γονίδιο σύνολα από BioCarta [34], 186 από το Κιότο Εγκυκλοπαίδεια γονιδίων και γονιδιωμάτων (KEGG) [35], και 430 από Reactome [36]. Έχουμε περιλαμβάνονται επίσης αρκετές επιμελημένες σειρές γονιδίων μονοπάτι από SABiosciences [37], Sigma-Aldrich [38], Μεταγωγή σήματος Γνώση Περιβάλλοντος του περιοδικού Science [39], και μονοπάτι σηματοδότησης Database (SPAD) του Πανεπιστημίου Kyushu [40], για να καλύπτουν συνολικά 880 βιολογικές οδούς (Παράρτημα S1).

για να μετρήσετε την απόδοση της ανάλυσης μας και να ορίσετε μια γραμμή βάσης, μπορούμε επίσης να καταρτίζονται έξι έθιμο μονοπάτια από προηγουμένως αναφερθεί γονίδια ευαισθησίας στον καρκίνο του πνεύμονα. Πρώτον, έχουμε δανειστεί εννέα ογκογονίδια (IL1B, MTHFR, AKAP9, CAMKK1, SEZ6L, FAS, FASLG, TP53, και TP53BP1) από μια μελέτη που διεξήχθη από το Διεθνές Καρκίνο του Πνεύμονα Consortium (ILCCO) [41]. Σύμφωνα με τη μελέτη ILCCO, γενετικές παραλλαγές με ισχυρές ενδείξεις ότι η συσχέτιση με τον κίνδυνο καρκίνου του πνεύμονα ανήκε σε γονίδια από διάφορες καρκίνου που σχετίζονται με οδούς, όπως η φλεγμονή (IL1B), φολικό οξύ μεταβολισμό (MTHFR), ρυθμιστική λειτουργία (AKAP9 και CAMKK1), των κυττάρων πρόσφυσης (SEZL6), και την απόπτωση (FAS, FASL, TP53, TP53BP1 και BAT3). Επιπλέον, υιοθετήσαμε 11 γονίδια μετάλλαξης οδηγού NSCLC (EGFR, KRAS, erbB2, ALK, BRAF, PIK3CA, ΑΚΤ1, MAP2K1, ΚΟΑ, ROS1, και ΕΡΑ) από την επανεξέταση από Pao και οι συνεργάτες του [42], [43]. Υπό το φως της επανεξέτασης τους σχετικά με το πώς αυτά τα γονίδια επηρεάζουν τον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων και την επιβίωση, συμπεριλάβαμε αυτά τα κλινικά σημαντικών γονιδίων ως βάση για θετικούς μάρτυρες μας. Τέλος, προσθέσαμε γονίδια που καλύπτονται από καρκίνο του πνεύμονα τόπους ευαισθησία αναφερθεί σε αρκετές προηγούμενες μελέτες GWA: C3ORF21 και TP63 από 3q28-29 [11], [44], το τριτο και CLPTM1L από 5p15 [5], [7], BAT και MSH5 από 6p21 [7], CHRNA5, CHRNA4 και CHRNA3 από 15q25 [8] – [10], και τα γονίδια επιδιόρθωσης του DNA (ΧΚΧΧ1, RRM1, ERCC1) [45]. Έχουμε κατηγοριοποιούνται γονίδια από τη θέση ή με τη λειτουργία και σχεδιάστηκε έξι διαφορετικούς συνδυασμούς σχετίζονται με τον καρκίνο του πνεύμονα γονίδιο θέτει ως θετικών μαρτύρων (Πίνακας 2).

Η

SNP Σύνδεσης και Χαρτογράφηση

Η πολυπαραγοντική λογιστική παλινδρόμηση της πρόσθετης ύλης και κυρίαρχη γενετική μοντέλα είναι εξοπλισμένα εναντίον της κατάστασης της νόσου, με προσαρμογές για την ηλικία, το φύλο και την κατάσταση καπνίσματος, να συλλάβει με ακρίβεια σήματα συσχέτιση SNP. Επειδή ήμασταν πρωτίστως ενδιαφέρονται για τις γενετικές επιπτώσεις της ύπαρξης ενός αλληλόμορφου παραλλαγής και MAF ήταν γενικά χαμηλή για πισίνα μελέτη μας, εξαιρείται το υπολειπόμενο γενετικό μοντέλο από την ανάλυσή μας.

Επίσης, 20 kbp ανάντη του 5′ άκρο και 20 kbp κατάντη του 3′-άκρου θεωρήθηκαν μέρος ενός γονιδίου, έτσι ώστε να περιλαμβάνει την κωδικοποιητική περιοχή και τα ρυθμιστικά στοιχεία. Η πιο σημαντική συσχέτιση SNP σε μια γονιδιακή περιοχή επιλέχθηκε να εκπροσωπήσει το σύνολο της περιοχής του γονιδίου. Μόνο σύνολα γονιδίων με ένα ελάχιστο των 20 γονιδίων και κατ ‘ανώτατο όριο των 200 γονιδίων εξετάστηκαν κατά την επακόλουθη ανάλυση.

Διαδρομή Ανάλυση

Χωρίσαμε την ανάλυση μονοπατιού στις διαδικασίες ελέγχου και επαλήθευσης δύο σταδίων. Πρώτον, χρησιμοποιήσαμε ένα SNP προσαρμογής της μεθόδου που αναπτύχθηκε από GSEA Wang et al. [24] για τη διαλογή υποψήφιων οδούς που σχετίζονται με NSCLC κίνδυνο. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο που αναπτύχθηκε από ARTP Yu et al. [31], που επιβεβαίωσε τις στατιστικές έννοιες των υποψήφιων μονοπατιών.

Γονιδιακή Ρύθμιση Εμπλουτισμός Ανάλυση (GSEA).

Για κάθε γονίδιο, το SNP με την υψηλότερη στατιστικό τεστ (συντελεστής t-στατιστικό στοιχείο από λογιστικής παλινδρόμησης στην περίπτωσή μας) ανατέθηκε να εκπροσωπεί το γονίδιο. Για όλα τα γονίδια Ν, στατιστικά ένωση είχαν ταξινομηθεί από το μεγαλύτερο προς το μικρότερο (r

1, r

2, …, r

N), και μια σταθμισμένη Kolmogorov-Smirnov-όπως (KS) τρέχει βαθμολογίας άθροισμα εμπλουτισμό (ES) της οδού S με Ν

γονίδια Ρ υπολογίστηκε από τον πίνακα κατάταξης των γονιδίων [24].

Επειδή ο υπολογισμός του ES (S) βασίστηκε σε ένα μέγιστο στατιστικό στοιχείο, μονοπάτια με μεγάλο αριθμό των γονιδίων που είχε σαφή πλεονεκτήματα σε σχέση με μικρότερα μονοπάτια. Για να συγκρίνετε τα στατιστικά στοιχεία μεταξύ των οδών διαφορετικού μεγέθους, ένα σκορ κανονικοποιημένη εμπλουτισμού (NES) υπολογίστηκε ως εξής:

Τέλος, επειδή ήμασταν δοκιμή πολλαπλές υποθέσεις ταυτόχρονα, αξιολογήσαμε την αναμενόμενη ψευδώς θετική αναλογία με τον υπολογισμό της ψευδούς ανακάλυψης ποσοστό (FDR).

για GSEA μας, 1.000 μεταθέσεις φαινότυπο χρησιμοποιήθηκαν για να εκτιμηθεί η στατιστική σημαντικότητα του κάθε γονιδίου.

Adaptive Rank προϊόν κομμένης (ARTP).

για όλες L γονιδίων σε ένα μονοπάτι, το καλύτερο SNP P-τιμή κάθε γονίδιο διαλέγεται από την χαμηλότερη στην υψηλότερη (Ρ

1, Ρ

2, …, Ρ

L), και το προϊόν του K μικρότερου P- τιμές σε ένα μονοπάτι υπολογίζεται ως εξής:

Κανονικά, το σημείο αποκοπής K πρέπει να καθορίζεται πριν από τη χρήση της στατιστικής RTP. Ωστόσο, η μέθοδος που προτείνεται από ARTP Yu et al. [31], το οποίο συνδυάζει τα στατιστικά στοιχεία που προέρχονται από την παρατηρηθείσα σύνολο δεδομένων, καθιστά εφικτό να εκτιμηθεί η προσαρμοσμένη τιμή Ρ ανεξάρτητα από το μέγεθος της διαδρομής. Για την ανάλυση ARTP μας, οι ίδιες 1.000 μεταθέσεις χρησιμοποιήθηκαν για να εκτιμηθεί η σημασία του κάθε υποψηφίου οδού.

Διαδρομή Επικάλυψη Ανάλυση

Για να συγκρίνετε τις ομοιότητες μεταξύ των μονοπατιών, υπολογίστηκαν τα κλάσματα της επικάλυψης μεταξύ οδών, χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση:

Ας υποθέσουμε ότι α και Β είναι μονοπάτια, τότε:

Χρησιμοποιήσαμε αυτή την εξίσωση για να χειριστεί μια κατάσταση όπου ένα μονοπάτι είναι ένα υποσύνολο του άλλου. Έτσι, το 100% ομοιότητα υποδηλώνει ότι ένα μονοπάτι είναι ένα υποσύνολο του άλλου, εκτός αν τα δύο μονοπάτια είναι το ίδιο.

Αποτελέσματα

Δημογραφικά Χαρακτηριστικά

Τα δημογραφικά χαρακτηριστικά του πληθυσμός της μελέτης φαίνονται στον πίνακα 1. σε μονοπαραγοντική ανάλυση, το φύλο και την ηλικία έδειξε στατιστική σημασία (Ρ & lt? 0,05), ενώ το κάπνισμα δεν είχε (Ρ = 0,16). Ωστόσο, και οι τρεις δημογραφικά χαρακτηριστικά (φύλο, ηλικία, και το κάπνισμα) έδειξε στατιστικά σημαντικές συσχετίσεις (P & lt? 0.001) σε πολυπαραγοντικές αναλύσεις. Έτσι, περιλαμβάνονται και τα τρία ως προσαρμογή covariables κατά τη διάρκεια της λογιστικής ανάλυσης παλινδρόμησης ένωση. Αδενοκαρκίνωμα ήταν το κυρίαρχο ιστολογικό τύπο, που αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 70% των δειγμάτων μας NSCLC, μια σύνθεση σύμφωνη με το γενικό προφίλ της Κορέας πληθυσμού NSCLC [4].

Γονοτυπικές και Χαρτογράφηση

Μετά την εφαρμογή του SNP QC κριτήρια, συμπεριλαμβανομένων MAF και HWE, 440.530 γονότυπος SNPs είχαν φιλτράρονται τα κάτω σε 300.410 SNPs. Από αυτούς, καταργήσαμε SNPs που κατοικούν στο γονίδιο ερήμους και τα υπόλοιπα 147.970 SNPs επιτυχώς αντιστοιχίζεται με τον ορισμό μας γονιδίων (14.089 γονίδια). Επειδή έχουμε χαρτογραφηθεί SNPs που βρίσκεται εντός 20 kbp ανάντη και κατάντη μιας περιοχής κωδικοποίησης ως ένα γονίδιο, μερικά SNPs που βρίσκεται μεταξύ των γονιδίων μετρήθηκαν δύο φορές.

Θετικός μάρτυρας Δοκιμές

Όπως φαίνεται στον Πίνακα 2, μας αποτελέσματα των δοκιμών θετικός έλεγχος έδειξε μια σειρά ονομαστικών P-τιμές, 0,014 έως 0,42, και μια σειρά από FDRs, 0,055 έως 0,408, για τα πρόσθετα και κυρίαρχα μοντέλα στη μέθοδο GSEA. Για τη μέθοδο ARTP, Ρ-τιμές ήταν ισχυρότερη και κυμαίνονταν από 0,001 να 0,035 για το πρόσθετο και κυρίαρχα μοντέλα. Έτσι, από τις θετικές δοκιμές ελέγχου, χρησιμοποιήσαμε τα εξής κριτήρια φιλτραρίσματος για το αρχικό στάδιο οδού ανακάλυψη χρησιμοποιώντας τη μέθοδο GSEA: P-values≤0.025 και FDRs≤25% στο πρόσθετο ή κυρίαρχο γενετικό μοντέλο επιλέχθηκαν για περαιτέρω ανάλυση. Για τη μέθοδο ARTP, P-values≤0.01 θεωρήθηκαν αξιοσημείωτο.

Διαδρομή Ανάλυση

Μεταξύ 880 μονοπάτια που εξετάσαμε τη χρήση της μεθόδου GSEA, 11 πέρασαν τα θετικά κριτήρια φιλτραρίσματος ελέγχου (Πίνακας 3) . Τα 11 υποψήφια μονοπάτια εξετάστηκαν περαιτέρω χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ARTP και P-τιμές τους were≤0.01 στο πρόσθετο ή κυρίαρχο μοντέλο, επιβεβαιώνοντας ότι αυτές οι πορείες είχαν στατιστικά σημαντικές συσχετίσεις με NSCLC, έναντι θετικών μαρτύρων μας. Ωστόσο, για την ενεργοποίηση

του Pre-αντιγραφική Complex

, βρήκαμε ότι η εξαιρετικά σημαντική P-τιμή του μοντέλου πρόσθετο στη μέθοδο GSEA διέφερε από μια ασήμαντη P-τιμής στο μοντέλο πρόσθετης ύλης στη μέθοδο ARTP , γι ‘αυτό αποκλείονται από την περαιτέρω ανάλυση. Εξετάζοντας υποψήφιος οδών σε βάθος μετά από τα αποτελέσματα των δοκιμών ομοιότητας, όπως φαίνεται στο Σχήμα S1, βρήκαμε αρκετές οδούς που έμοιαζαν ο ένας τον άλλον. Για παράδειγμα, το

G1 /S μετάβαση

οδός ήταν ένα υποσύνολο του

κυτταρικού κύκλου

οδού, και όταν βρέθηκε μια περιεκτική σχέση, θα εξαλειφθεί το υπερσύνολο, το οποίο, στην περίπτωση αυτή, ήταν η

κυτταρικού κύκλου

οδού. Ομοίως, η

Σήματα NRAGE Θάνατος μέσω JNK

οδός ήταν ένα υποσύνολο του

κυτταρικού θανάτου σηματοδότηση μέσω NRAGE, NRIF και NADE

μονοπάτι, το οποίο ήταν υποσύνολα του

P75 NTR Receptor Mediated σηματοδότησης

μονοπάτι. Έτσι, αφαιρούνται δύο υπερσύνολα του

Σήματα NRAGE Θάνατος μέσω JNK

οδού. Οι υπόλοιπες επτά υποψήφιες οδοί κατηγοριοποιούνται σε τέσσερις τύπους κυτταρικών διαδικασιών: μεμβράνη μεταφοράς (

ABC Μεταφορικές

), ενδοκυτταρική σηματοδότηση (

VEGF μονοπάτι σηματοδότησης

,

ινοσιτόλη φωσφορικών Μεταβολισμός

,

Σύστημα Σηματοδότησης φωσφατιδυλινοσιτόλης

), του κυτταρικού κύκλου (

G1 /S Check Point

,

G1 /S μετάβαση

), και προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο (

Σήματα NRAGE θάνατος μέσω JNK

). Αξίζει να σημειωθεί ότι, η

G1 /S Check Point

οδός είχε το μικρότερο αριθμό γονιδίων (25 γονίδια), διατηρώντας παράλληλα τη στατιστική σημαντικότητα τόσο στο GSEA και οι μέθοδοι ARTP (κυρίαρχο μοντέλο). Χρησιμοποιώντας στατιστικές GSEA ως κύριο και ARTP στατιστικά στοιχεία ως δευτερεύουσες μετρήσεις, η

ABC μεταφορείς

σύνολο γονιδίων έδειξε την καλύτερη συσχέτιση των κινδύνων NSCLC μεταξύ των επτά τελικών υποψηφίων με GSEA ονομαστική τιμή Ρ & lt? 0.001, FDR = 0.122, και ARTP P-value = 0,001 (τόσο κυρίαρχο μοντέλο). Η δεύτερη καλύτερη ήταν η

VEGF μονοπάτι σηματοδότησης

με GSEA ονομαστική τιμή Ρ & lt?. 0.001, FDR = 0,107 και P-value ARTP = 0.008 (τόσο κυρίαρχο μοντέλο)

Η

για αξιοσημείωτη μονοπάτια σε κάθε κατηγορία κυτταρική διαδικασία, ενώσεις SNP στο γονίδιο σύνολα περαιτέρω εξετάστηκαν (Πίνακας 4, S1, S2, S3 και). Εκτός από το

ABC μεταφορείς

, η οποία ήταν απλώς μια συλλογή των αντλιών διαμεμβρανική πρωτεΐνη, συντάχθηκαν διαγράμματα δικτύου αξιοσημείωτη μονοπάτια, όπως φαίνεται στα σχήματα S2, S3, και S4. Τα πρόσθετα αποτελέσματα για την ανάλυση μονοπατιού σε κάθε υποσύνολο σύμφωνα με τις ιστολογικές τύποι καρκίνου του πνεύμονα που περιγράφονται στο προσάρτημα S2.

Η

Σύγκριση με άλλες πνευμονικές μελέτη για τον καρκίνο

Σε ένα διαφορικά εκφραζόμενο γονίδιο μελετήσει με φυσιολογικό ιστό των πνευμόνων, που διεξήχθη από Falvella et al. [46], μια υπογραφή έκφρασης των γονιδίων που αποτελείται από 85 γονίδια που προτάθηκε για τη διάκριση των ασθενών αδενοκαρκίνωμα του πνεύμονα από άλλους ασθενείς με καρκίνο. Υιοθετήσαμε 67 γονίδια που ήταν διαθέσιμα στο NCBI ανθρώπινη κατασκευή γονιδίωμα 36 και εφαρμόζεται η ίδια διαδικασία ανάλυσης μονοπατιού. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα του γονότυπου μας, ενώσεις SNP επιτυχώς αντιστοιχίζονται σε 54 γονίδια. Με το σετ γονιδίων, συμπεριλαμβανομένων αυτών των 54 γονιδίων, η μέθοδος GSEA έδειξε ονομαστική P-τιμές των & lt? 0,001 και για τις δύο πρόσθετης ύλης και κυρίαρχα πρότυπα και αξίες FDR 2,6% και 11,7% για το πρόσθετο και κυρίαρχα μοντέλα, αντίστοιχα. Ομοίως, η μέθοδος ARTP απέδωσε P-τιμές 9,99 × 10

-4 και 3,00 × 10

-3 για το πρόσθετο και κυρίαρχα μοντέλα για αυτό το σύνολο γονιδίων, αντίστοιχα. Αυτό το αποτέλεσμα επιβεβαίωσε και πάλι ότι η ανάλυση βάσει διαδρομής μας ήταν νόμιμη και σύμφωνη με άλλες μελέτη για τον καρκίνο του πνεύμονα που περιλαμβάνουν ανάλυση γονιδιακής έκφρασης του mRNA που βασίζεται. Τα αποτελέσματα από την ανάλυση σύνδεσης των SNPs σε 54 γονίδια που φαίνεται στον Πίνακα S4.

Συζήτηση

Οι πρόσφατες εξελίξεις στην υψηλής απόδοσης τεχνολογία SNP γονοτυπική έχουν δημιουργήσει τεράστιες ποσότητες δεδομένων του γονότυπου και έχουν οδηγήσει σε πολύτιμα αποτελέσματα σχετικά με την κοινή γενετικές παραλλαγές που σχετίζονται με διάφορες ασθένειες μέσω GWASs. Ωστόσο, οι εκθέσεις έχουν επικεντρωθεί κυρίως σε ένα μικρό τμήμα των ενώσεων που πληρούν τις προϋποθέσεις για το επίπεδο σημαντικότητας του γονιδιώματος-ευρεία και οι περισσότερες ενώσεις, με μέτρια στατιστικά δυνάμεις, είναι δύσκολο να ερμηνευθούν. Χρησιμοποιώντας πριν από βιολογικές γνώσεις, οδός προσεγγίσεις με βάση σύνδεσης έχουν ανοίξει πρόσφατα ένα νέο τρόπο για να εξεταστούν οι συσχετίσεις μεταξύ των αποτελεσμάτων GWAS και σύνθετων μοριακών δικτύων. ανάλυση βάσει διαδρομής ενσωματώνει στοιχεία σύνδεσης για λειτουργικά σχετικά γονίδια και τις μεταφράζει σε πληροφορίες ευαισθησία της νόσου.

Σε αυτή τη μελέτη, χρησιμοποιήσαμε ένα μείγμα από αντικρουόμενες οδού αναλύσεις χρησιμοποιώντας Κορέας καρκίνο του πνεύμονα δεδομένων GWAS, που αποτελείται από 869 περιπτώσεις NSCLC και 1.533 έλεγχοι. Έχουμε αναφερθεί στο παρελθόν σημαντικές συσχετίσεις μεταξύ των πολυμορφισμών στα χρωμοσώματα 3q28, 3q29, και 5p15 και της Κορέας ευαισθησίας στον καρκίνο του πνεύμονα [11], [44]. Εμείς χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά μια μέθοδο GSEA με βάση τα δεδομένα SNP σειρά γονιδίωμα-ευρεία σε προκαταρκτικά οθόνη για τις υποψήφιες μονοπάτια που σχετίζονται με την ευαισθησία του καρκίνου του πνεύμονα. Μεταξύ 11 υποψήφια μονοπάτια, επιλέξαμε 7 που επιβεβαιώνεται και από τη μέθοδο ARTP. Τέσσερα μονοπάτια κυτταρικής σηματοδότησης,

VEGF μονοπάτι σηματοδότησης

,

G1 /S Check Point

,

Σήματα NRAGE Θάνατος μέσω JNK

, και

ABC μεταφορείς, ήταν

πολύ εμπλουτισμένο με σήματα που σχετίζονται με τον κίνδυνο καρκίνου του πνεύμονα. Σε αντίθεση με GWASs, Ρ-τιμές για SNPs που σχετίζονται με τα γονίδια ήταν γενικά μέτρια σημαντικό και μόνο λίγα από αυτά θα μπορούσε να χαρακτηρισθεί στο λεγόμενο επίπεδο σημαντικότητας γονιδίωμα-ευρεία. Αυτό έδειξε ότι τα στατιστικά στοιχεία της οδού τόνισε τις επιπτώσεις της λεπτές, αλλά συστηματικές, μοτίβα μέσα σε ένα γονίδιο που, αντί μερικών ενώσεων αιχμής σε ένα σύνολο γονιδίων.

μέλη Gene της κασέτας ΑΤΡ-σύνδεσης (ABC) οικογενειακό όχημα έχει ουσιαστικές λειτουργίες στη μεταφορά διάφορα υποστρώματα, όπως ιόντα, σάκχαρα, λιπίδια, και πρωτεΐνες, υπό φυσιολογικές συνθήκες. Για πολλά χρόνια, οι ερευνητές έχουν ανακαλύψει ότι η

ABC μεταφορείς

παίζουν σημαντικό ρόλο στη χημειοθεραπεία του καρκίνου και είναι υπεύθυνα για την ανθεκτικότητα σε πολλά φάρμακα (MDR), με τη μορφή του ΑΤΡ-αντλία φαρμάκου [47]. Πιστεύεται ότι η υπερέκφραση του

ABC μεταφορείς

μειώνει τα ενδοκυτταρικά επίπεδα του φαρμάκου μέσω ενισχυμένης εκροή των χημειοθεραπευτικών παραγόντων, με αποτέλεσμα την έλλειψη ευαισθησίας φαρμάκου, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε αποτυχία της χημειοθεραπείας του καρκίνου [48]. Από την άλλη πλευρά,

ABC μεταφορείς

μπορεί επίσης να λειτουργήσει ως αποτελεσματικό εξαγωγείς καρκινογόνο, διατηρώντας τα κύτταρα χωρίς επιβλαβών χημικών ουσιών και καρκινογόνες ουσίες. Η παρατεταμένη προβλήματα ή αλλαγές στη γονιδιακή έκφραση αυτών των αντλιών διαμεμβρανική πρωτεΐνη μπορεί να αυξήσει δυνητικό κίνδυνο καρκίνου. Ειδικών προς τον καπνό νιτροζαμίνη 4- (μεθυλονιτροζαμινο) -1- (3-πυριδυλ) -1-βουτανόνη (ΝΝΚ) είναι ένα από τα πιο ισχυρά καρκινογόνα του καπνού του τσιγάρου που έχει αποδειχθεί ότι προκαλεί καρκίνο του πνεύμονα σε τρωκτικά [49], [50 ]. Όταν αυτές οι τοξίνες εισπνέεται, το

ABC μεταφορείς

κωδικοποιούνται από ABCB1 και ABCC1 εξαλείψει αποτελεσματικά αυτά τα καρκινογόνα από τους πνεύμονες. Οι ερευνητές έχουν ανακαλύψει ότι η κοινή πολυμορφισμοί του ABCB1 και ABCC1 μπορούν να επηρεάσουν το μεταβολισμό και τη διάθεση του καθιερωμένη καρκινογόνος, ΝΝΚ, και ενδεχομένως να αυξήσει τον κίνδυνο καρκίνου του πνεύμονα [51]. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 4, ABCA4, ABCC1, και ABCC έδειξε σημαντικές συσχετίσεις με επιδεκτικότητα καρκίνου του πνεύμονα (Ρ-τιμές & lt? 0,0005). Σε μετέπειτα ανάλυση υποομάδας μας, ποτέ καπνιστές έδειξε μια περισσότερο σημαντική συσχέτιση παρά ποτέ καπνιστές, όπως φαίνεται στον Πίνακα S5. Έτσι, είναι δυνατόν να διαμορφωθούν ατομικός κίνδυνος καρκίνου του πνεύμονα, σύμφωνα με γενετικών πολυμορφισμών στα εν λόγω γονίδια μέσω διαφορετικών κυτταρικών λειτουργιών.

Ο

VEGF μονοπάτι σηματοδότησης

επίσης κατατάσσεται υψηλά σε ανάλυση μονοπατιού μας. Μέλη αυτής της οδού μπορεί να επηρεάσει ένα εξαρτώνται από αγγειογένεση βιολογικής οδού, η οποία είναι ένα κρίσιμο συστατικό της ογκογένεσης. Οι Ενώσεις μεταξύ γενετικών πολυμορφισμών σε VEGF /VEGFR και τον κίνδυνο ανάπτυξης καρκίνων έχουν αναφερθεί σε διάφορους τύπους καρκίνου, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου του πνεύμονα [52]. Μεταξύ των 63 μελών του γονιδίου, φωσφατιδυλινοσιτόλη 3-κινάση (PIK3R5), φωσφολιπάση C (PLCG2), και πρωτεΐνη προσαρμογέα SHC έδειξε ισχυρές ενώσεις με την ευαισθησία του καρκίνου του πνεύμονα στις GWAS μας (Πίνακας S1, S2 Σχήμα).

Παρά το γεγονός ότι ένα μονοπάτι με έδρα προσέγγιση είναι μια ελκυστική δοκιμή σε μια εποχή μετά-GWAS, σημειώνουμε ορισμένους περιορισμούς στο σχεδιασμό μας. Στη μελέτη μας, μετά το SNP, QC, συλλόγους σε περισσότερα από 300.000 SNPs παρέμεινε και αναλύθηκαν, αλλά μόνο οι μισοί περίπου από αυτούς είχαν χαρτογραφηθεί με επιτυχία, με 14.089 γονίδια. Πολλά SNPs στο μη κωδικές περιοχές ήταν απλά παραμεληθεί. Δυστυχώς, με τη σημερινή πλατφόρμα γονοτύπησης GWAS, ο αριθμός των δεικτών που καλύπτουν τα γονίδια είναι περιορισμένη. Επιπλέον, ακόμη και οι 880 μονοπάτια που αναλύθηκαν ήταν σαφώς μια πλήρη σειρά των οδών επειδή πολλά ανθρώπινα γονίδια δεν έχουν ακόμα εκχωρηθεί σε μονοπάτια επειδή η λειτουργία (ες) τους είναι άγνωστες. Τέλος, GWAS μας που περιέχει SNP δεδομένων γονιδιώματος σε επίπεδο άνω των 2.400 Κορεάτες προήλθε από ένα ενιαίο πληθυσμό. Ο σκοπός της μελέτης ήταν να βρούμε οδούς που σχετίζονται με την ευαισθησία του καρκίνου του πνεύμονα στο πλαίσιο Κορέας πληθυσμού, και δεν θα μπορούσαμε να βρούμε ένα συγκρίσιμο Κορέας καρκίνου του πνεύμονα GWAS σύνολο δεδομένων για την επικύρωση ευρήματά μας. Όταν θα είναι διαθέσιμα περισσότερα στοιχεία, τα αποτελέσματά μας θα πρέπει να συγκρίνονται με άλλους πληθυσμούς της Ανατολικής Ασίας εξέταση εθνοτικές διαφορές.

Εν κατακλείδι, αποδείξαμε ότι η ευαισθησία του καρκίνου του πνεύμονα μπορεί να συνδεθεί με βιολογικά μονοπάτια χρησιμοποιώντας δεδομένα GWAS, και πολλαπλά σήματα λεπτή ένωση μπορεί να ερμηνευθεί κατά τρόπο συστηματικό. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι η γενετική παραλλαγή σε γονίδια που εμπλέκονται σε τέσσερα μονοπάτια σηματοδότησης μπορεί να συνεισφέρει στην ατομικής ευαισθησίας του καρκίνου του πνεύμονα. Επιπλέον, τα ευρήματά μας δείχνουν ότι οι προσεγγίσεις βάσει διαδρομής είναι σημαντικές μεθόδους ανάλυσης σε μια εποχή μετα-GWAS που θα μπορούσαν ενδεχομένως να χρησιμοποιηθούν για την αντιμετώπιση της λειτουργικής σημασία της γενετικής προδιάθεσης.

Υποστήριξη Πληροφορίες

Εικόνα S1.

Ομοιότητες μεταξύ των υποψήφιων Pathways. (Μονάδα:%).

Doi: 10.1371 /journal.pone.0065396.s001

(ΔΕΘ)

Εικόνα S2.

Διαδρομή Διάγραμμα του «VEGF Σηματοδοσίας»

doi:. 10.1371 /journal.pone.0065396.s002

(ΔΕΘ)

Εικόνα S3.

Διαδρομή Διάγραμμα του «G1 /S Check Point»

doi:. 10.1371 /journal.pone.0065396.s003

(ΔΕΘ)

Εικόνα S4.

Διαδρομή Διάγραμμα του «Σήματα NRAGE Θάνατος μέσω JNK»

doi:. 10.1371 /journal.pone.0065396.s004

(ΔΕΘ)

Πίνακα S1.

SNP Σύλλογοι γονιδίων σε «VEGF μονοπάτι σηματοδότησης»

doi:. 10.1371 /journal.pone.0065396.s005

(DOC)

Πίνακας S2.

SNP Σύλλογοι γονιδίων σε «G1 /S Check Point»

doi:. 10.1371 /journal.pone.0065396.s006

(DOC)

Πίνακα S3.

SNP Σύλλογοι γονιδίων σε «Σήματα NRAGE Θάνατος μέσω JNK»

doi:. 10.1371 /journal.pone.0065396.s007

(DOC)

Πίνακας S4.

SNP Ενώσεις 54 γονίδια σε «καπνιστές με καρκίνο του πνεύμονα» Μελέτη γονιδιακής έκφρασης από Falvella et al

doi:. 10.1371 /journal.pone.0065396.s008

(DOC)

Πίνακας S5.

Σύγκριση της «ABC μεταφορείς» Γονίδια διόδου μεταξύ Ποτέ-καπνιστής και ποτέ καπνιστής

doi:. 10.1371 /journal.pone.0065396.s009

(DOC)

Παράρτημα S1.

Λίστα των 880 Pathways

doi:. 10.1371 /journal.pone.0065396.s010

(XLSX)

Παράρτημα S2.

Pathway Ανάλυση 2156 αδενοκαρκίνωμα Μόνο Ομίλου και 1806 πλακωδών-Cell Καρκίνωμα Μόνο Ομάδα

doi:. 10.1371 /journal.pone.0065396.s011

(XLSX)

Ευχαριστίες

θα θέλαμε να αναγνωρίσουμε το Κέντρο Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων στο Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας Κορέας, ο οποίος ευγενώς τα SNP δεδομένων γονιδιώματος κλίμακα για τους ελέγχους. Θα θέλαμε επίσης να ευχαριστήσουμε Dongwan Χονγκ και Seungyoon Βιετνάμ στο Εθνικό Κέντρο Καρκίνου για τις χρήσιμες συζητήσεις και κριτικές.