PLoS ONE: Genomisk ustabilitet og Radiation Risk i Molekylær Pathways til tyktarmskræft

Abstrakt

Tyktarmskræft er forårsaget af flere genomiske forandringer, som fører til genomisk instabilitet (GI). GI vises i molekylære veje for mikrosatellit instabilitet (MSI) og kromosomal ustabilitet (CIN) med klinisk observerede case aktier på omkring 15-20% og 80-85%. Stråling øger tyktarmskræft risiko ved at inducere GI, men lidt er kendt om forskellige resultater for MSI og CIN. Computerbaseret modellering kan lette forståelsen af ​​fænomenerne nævnt ovenfor. Omfattende biologiske modeller, der kombinerer de to vigtigste molekylære veje til tyktarmskræft, er monteret for at incidens data af japanske a-bombe overlevende. Den foretrukne model er valgt ifølge de statistiske kriterier og biologisk plausibilitet. Aftryk af cellebaserede processer i rækkefølge fra adenom til carcinoma identificeres ved modellen fra alder afhængigheder og sekulære tendenser incidensdataene. Model parametre viser bemærkelsesværdige overholdelse mutationsrater og vækstrater for adenom, som er blevet rapporteret i løbet af de sidste femten år. Model resultater antyder, at CIN begynder i fission af intestinale krypter. Kromosomafvigelser genereres ved en markant forhøjet sats, der favoriserer accelereret vækst af præmaligne adenom. Muligvis drevet af en tendens i vestliggørelse i den japanske kost, incidensrater for CIN pathway steg især i de efterfølgende årgange, mens satserne vedrørende MSI forblev konstant. En ubalance mellem antallet af CIN og MSI tilfælde begyndte at dukke op i 1980’erne, mens antallet af sager i de foregående årtier var næsten lige. Den CIN vej udviser en stærk radio-følsomhed, sandsynligvis mere intensiv hos mænd. Blandt unge årgange af begge køn det overskydende absolutte stråling risiko på CIN er større ved en størrelsesorden sammenlignet med MSI-relaterede risici. Overholdelse af pathway-specifikke risici forbedrer bestemmelsen af ​​sandsynligheden for årsagssammenhæng for stråleinduceret tyktarmskræft i individuelle patienter, hvis deres eksponering historier er kendt

Henvisning:. Kaiser JC, Meckbach R, Jacob P (2014) Genomisk ustabilitet og Radiation Risk i Molekylær Pathways til tyktarmskræft. PLoS ONE 9 (10): e111024. doi: 10,1371 /journal.pone.0111024

Redaktør: Peiwen Fei, University of Hawaii Cancer Center, USA

Modtaget: Januar 29, 2014 Accepteret: September 28, 2014; Udgivet: 30 oktober 2014

Copyright: © 2014 Kaiser et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Finansiering:. Dette arbejde blev støttet af Europa-Kommissionen under FP7 projekt EpiRadBio (fission-2010-3.1.1, projekt nr. 269.553). De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

Kræft forårsages af flere genomiske forandringer, som fører til genomisk instabilitet. Der er observeret to vigtigste molekylære former af genomisk ustabilitet i væv fra kolorektale tumorer. Højt niveau mikrosatellit instabilitet (MSI) vises, hvis DNA mismatch reparation (MMR) gener er defekte. MSI tumorer udviser hyppige mutationer i korte gentagne DNA-sekvenser kaldet mikro-satellitter. Omkring 15-20% af sporadiske tilfælde er relateret til MSI som ofte starter med lyddæmpning af MMR-genet

MLH1

ved promotor methylering. Kromosomal ustabilitet (CIN) udgør den anden form for genomisk instabilitet, der er mindre klart defineret. CIN tumorer viser en stor heterogenitet i kromosomal kopi nummer og struktur (opkaldt aneuploidi), mens MSI tumorer er nær-diploid med få karyotypic abnormiteter. CIN er forbundet med tabet af vildtype-kopier af tumorsuppressorgener (GTS), såsom

APC

,

TP53

eller

Smad4

som regulerer vækst og død af celler med tumorigene mutationer. CIN tumorer er mikro-satellit stabil gennem effektiv mismatch repair. Omkring 80-85% af kolorektale tumorer er af CIN (eller lavt niveau MSI) type. Dog kan CIN og MSI deler molekylære egenskaber såsom mutationer i

BRAF

genet eller CpG øen methylator fænotype (CIMP). De veje udelukker ikke hinanden og en mere raffineret vej klassifikation er blevet foreslået [1] – [8]

Om 20-30% af patienter med kolorektal cancer i besiddelse af en familiær risiko med to eller flere første eller andet. slægtninge med kolorektal cancer, men kun 5-10% af alle patienter udvikler sygdommen i en strengt arvet måde [9]. De to vigtigste fænotyper er HNPCC (HNPCC eller Lynch syndrom) og familiær adenomatøs polypose (FAP) [10]. FAP udgør den arvelige form af den CIN-vejen. En kimcellelinje mutation i APC-genet er blevet påvist i ca. 80% af FAP-patienter [9]. FAP og svækket FAP er også relateret til bi-allele arvelige mutationer af

MutYH

gen uden at vise

APC

mutationer [11]. HNPCC er forbundet med MSI-vejen og forårsager omkring 3% af kolorektale tumorer [10].

Miljømæssige faktorer og livsstil kan også påvirke dannelsen af ​​kolorektal cancer, men virkningen kan variere i tyktarm og endetarm [12]. For nærværende analyse, som er fokuseret på levetiden studiet (LSS) af a-bombe overlevende, den japanske indstilling er af særlig interesse. En vestligt kost er blevet identificeret som en væsentlig årsag til stigningen af ​​tyktarmskræft forekomst i Japan [13]. Incidensrater konvergeret til dem i den amerikanske befolkning fra slutningen af ​​1950’erne til midten af ​​1990’erne [14].

En række matematiske modeller er blevet udviklet til at repræsentere de vigtigste biologiske processer i kolon carcinogenese. En model med en enkelt vej til tyktarmskræft er blevet monteret på incidens data for Surveillance, Epidemiologi og endelige resultater (SEER) registreringsdatabasen [15].

APC

tab blev inkluderet som promotor af genetisk kaos i overensstemmelse med Knudson to-hit paradigme onkogenese. Samtidig er blevet foreslået en konceptuel model, der betragtes CIN som en tidlig begivenhed [16]. Celler bærer en CIN ejendom sammen med tavshed

APC

gener forventes at udvise markant forhøjede mutationsrater sammenlignet med celler med tavshed

APC

gener alene. Begge modeller blev inkluderet i en komparativ analyse af fem mekanistiske modeller og en beskrivende model, som er monteret til Seeren oplysninger [17]. Baseret på godhed-of-fit kriterier nogen klar vinder opstået fra denne øvelse. En eksplorativ undersøgelse af modeller, der udtrykkeligt har til formål at identificere træk af MSI og CIN i Seeren data gav ikke overbevisende bevismateriale [18]. Typiske tidsplaner for udvikling af præcancerøse læsioner og tumorvækst i forskellige steder i mave-tarmkanalen (herunder tyktarmen) er blevet detekteret ved anvendelse af flertrins klonal ekspansion (MSCE) modeller til Seer data [19], [20] . MSI tumorer sjældent findes i den distale colon [2]. Sammenlignet med den proximale colon er blevet observeret lidt hurtigere adenom vækst i den distale colon, muligvis forårsaget af differentielle onkogene dynamik CIN og MSI pathways [21]. Ingen af ​​precursor modeller entydigt opdagede aftryk af distinkte molekylære veje for forekomsten data for kolorektal cancer i SEER kohorten

Mekanismer, der vedrører stråling til genomisk instabilitet stadig ikke fuldt ud forklares [22] -. [24]. Strålingsinduceret genomisk ustabilitet og andre molekylære stråling virkninger er blevet efterlignes in biologisk baserede modeller af carcinogenese i flere organer [25]. For at estimere stråling risikerer enkle to-trins modeller af initiering og promotion er blevet anvendt på incidens data fra LSS kohorten [26], [27]. Disse mekanistiske modeller med stråling effekter påberåbt sig en ensartet beskrivelse af tumorigene processer, der ikke behandler organspecifikke særegenheder.

For mange organer, herunder tyktarmen, skøn over den overskydende absolutte risiko (EAR) og overskydende relative risiko (ERR) er afledt af LSS data med beskrivende modeller [28]. Sådanne skøn betragtes som den accepterede standard af udvalg BEIRVII [29], ICRP [30] og UNSCEAR [31], der udsteder anbefalinger til strålingsbeskyttelse. De anvendes i erstatningskrav fra nukleare arbejdere og amerikanske hær veteraner [32]. Især for tyktarmskræft, er der behov for pålidelige risiko koefficienterne for en risiko-benefit-analyse af masse-screening af computer tomografi kolografi (CTC) [33].

I den foreliggende undersøgelse biologisk baserede modellering anvendes til påvisning aftryk af relevante tumorigene processer for tyktarmskræft i LSS incidensdataene. Det har til formål at gengive andelen af ​​klinisk observerede tilfælde i MSI og CIN veje. For begge køn de samlede risiko- og pathway-specifikke risici i forhold til standard risiko koefficienter fra beskrivende modeller.

Materialer og metoder

LSS datasæt for tyktarmskræft forekomst

I august 1945 indbyggere i Hiroshima og Nagasaki var akut udsat for en blandet felt af γ-stråling og neutroner fra to a-bombe eksplosioner. Individuelle strålingsdoser er repræsenteret i den seneste dosimetri systemet DS02 [34]. For neutron bidrag til den samlede kolon dosis en vægt på ti benyttes som er motiveret af højere biologisk effektivitet. Forekomst data til faste kræftformer blev indsamlet fra 1956 og fremefter, til 120 321 medlemmer af LSS kohorte at vurdere sene sundhedseffekter. Emner kom fra alle aldersgrupper og blev ikke valgt til pre-eksisterende sygdom.

LSS kohorten blev oprettet som en stratificeret stikprøve af hele den disponible befolkning af sådanne overlevende, herunder alle de tilgængelige overlevende, der havde været udsat for bomber på proksimale afstande. Ud over omfattende samling af demografiske data og eksponeringsdata i de første år efter kohorte starten har kohorte blevet fulgt i dødelighed ved hjælp landsdækkende data i Japan og for kræfttilfælde ved tumor, der oprettes i både Hiroshima og Nagasaki. Driften af ​​Hiroshima og Nagasaki tumor registre er revideret regelmæssigt af de institutionelle anmeldelse bestyrelserne for stråling Effekter Research Foundation (RERF) og registre. Protokoller for afgørende status og dødsårsag konstatering i LSS regelmæssigt gennemgået af RERF bestyrelse. Protokollerne omfatter sikkerhed for, at patientoplysninger ville blive holdt fortroligt og give tilladelse til at få adgang til lagrede oplysninger. Med godkendelsen af ​​tumor registre, er RERF kohorter rutinemæssigt forbundet med de registre til at identificere tumorer blandt kohorte medlemmer. Den fulde LSS datasæt er offentligt tilgængelige i filen

lssinc07.csv

fra RERF hjemmeside. Sættet består af 24 205 fuldstændig anonymiserede Poisson poster i grupperet form, der forhindrer identifikation af individuelle patientinformation

Selvom carcinogenese handlinger meget ens i tyktarmen. (ICD10: C18) og endetarm (ICD10: C20), endetarmen data kasseres i den foreliggende undersøgelse. Strålingen risiko for endetarmen er ubetydelig i LSS [28]. Person år (PY) og sager på over 4 Gy afskærmet luft kerma er blevet udelukket for at undgå modellering af deterministiske stråleskader. Disse undtagelser reducere antallet af kolon kræfttilfælde med 8 (5 mænd /3 kvinder) til 1508 (tabel A4 i ref. [28]). En sammenfatning af de LSS data for tyktarmskræft forekomst er givet i tabel 1.

Den person-år vægtet betyde dosis på ca. 0,081 Gy for begge køn kombineret er meget lig emnet-vægtede gennemsnitlige dosis af 0,083 Gy (0,085 Gy mandlige, 0,081 Gy hun). Sagen-vægtede gennemsnitlige dosis for begge køn kombineret er 0,12 Gy. En højere værdi for sagen vægtet middelværdi indikerer en sammenslutning af tyktarmskræft og stråling. Men foreningen vises især svagere hos kvinder end hos mænd. For at bekræfte denne observation, til relative risici for grupper med lav moderat (0,005-0,25 Gy) dosis og moderat til høj ( 0,25 Gy) doser er beregnet i forhold til den ikke-udsatte ( 0,005 Gy) befolkning. De rå data viser en signifikant relativ risiko i gruppen med moderat til høje doser kun for mænd eller for begge køn kombineret (tabel 2). Relative risici fra rå data er kun vejledende og kan ikke erstatte en egentlig risikovurdering undersøgelse.

Mekanismestudier model

Den nuværende cellebaserede model for de to vigtigste molekylære veje til tyktarmskræft ( i kort to sti (TP) model) bygger på begrebet vækst kontrol for forstadier til kræft ved vicevært og gatekeeper gener [35], [36]. Selvom celle tilpasning og rumlig bevægelse spille en rolle i tumorigenese [37], de to sti-modellen er kun beskæftiger sig med kinetik mutationer og cellevækst.

Colon epitel består af et enkelt cellelag organiseret i finger-formet krypter. Hver af de mange millioner krypter huser en lille stamcellepopulations i en niche i bunden. Den samlede befolkning af sunde stamceller er i homeostase og kan gengive alle tarm celletyper ved asymmetrisk opdeling [37]. Denne proces skaber generelt en ændret datter celle og efterlader den anden datter celle uændret. I den forenklede konceptuelle model i figur 1 veje til kræft initieres enten af ​​bi-allel mutation af

APC

gen (CIN) eller ved bi-allel methylering af

MLH1

gen ( MSI) [1]. Begge genetiske ændringer genereres i asymmetrisk celledeling. Baseline priser ν

I1 og ν

I2 for genetiske ændringer i den første og anden hit ikke kan bestemmes uafhængigt [19]. Disse to på hinanden følgende satser er blevet sat lig, men forskellene mellem veje var tilladt. Ingen yderligere forudsætninger for cellekinetik i to sti model blev foretaget.

Græske symboler betegne satser mutation eller hypermethylering (ν) som genetiske ændringer successivt på begge alleler, og satser symmetrisk celledeling (α), eller inaktivering (β); genetisk ændrede celler er skabt ved asymmetrisk celledeling (markeret med en par lige og bøjede pile, for normale stamceller kun den lige pil bruges til at redegøre for homeostase); satsen λ

CIN af destabiliserende begivenheder i CIN (par grønne pile) afhænger fødselskohorte; i store adenom mindst én malign celle fører til en tumor, der detekteres efter en fastsat tidsforsinkelse t

halter = 5 yr; takkede bolte (gul) peger på stråling mål i den foretrukne to stien model TP4.

klonal ekspansion af celler med tumorigene mutationer genererer neoplastiske læsioner, der undergår yderligere overgange på vej til kræft. Klonal vækst indledt celler er en stokastisk proces, i scenen kloner tidlige kan dø ud eller overleve. Vækst af adenom starter med overlevende kloner i separate krypter (monocryptal adenom). Det antages, at en cyklus af krypt fission og udslettelse dominerer klonal ekspansion i af præmaligne celler på dette tidlige tidspunkt [38]. Crypt fission er en meget langsom proces, der sker i gennemsnit en gang i 2-3 årtier [37]. I de to sti model indledt celler enten dele symmetrisk med sats α

I eller inaktiveres (dvs. ved apoptose eller udslettelse) med rente β

jeg. En direkte funktionel sammenhæng mellem netto vækstrate γ

I≈α

I-β

I og hastigheden af ​​krypt fission er ikke indlysende, da γ

Jeg hører til arrangementer for enkelte celler og krypt fission involverer mange celler. Men begge satser afhænger af de samme underliggende celle kinetik og lignende numeriske værdier for sådanne satser synes plausibel. Som en effektiv netto parameter γ

jeg beskriver vækstdynamik sammen i monocryptal adenom og i krypten cyklus lige for begge veje. Crypt fission på et normalt sats er den mekanisme, der spreder inaktiverede GTS såsom

APC

eller

MLH1

i den menneskelige kolon [39]. Under væksten af ​​tidlig adenom forbigående mønstre af MSI og CIN afviger muligvis på grund af forskellige virkninger af lyddæmpede GTS i begge veje. I modellen veje behandles som uafhængige, så kan tilføjes, at incidensrater for forskellige veje til at opnå den totale incidens. Men i virkeligheden nogle molekylære processer såsom dereguleret WNT signalering findes i både veje [4], -. [6], [8]

En enkelt transformerende mutation mod Den

MSI konkluderer MSI sti ved skabelse af mindst en malign celle, som fører til en tumor. Selvom MSI stien udviser en højere grad af kompleksitet, er en forenkling begrundet i det lille antal af forventede kræfttilfælde fra MSI [2].

CIN vej fortsætter med en destabiliserende tilfælde af sats λ

CIN som går forud klonal vækst i større adenom. For at tage højde for livsstilstendenser, λ

CIN er skaleret med en eksponentiel faktor exp [l

b (1915.6-

b

)], som stiger med fødselsår

b

. Netto rente af stokastiske klonale vækst γ

CIN≈α

CIN-β

CIN for CIN celler bestemmes af forskellen mellem symmetriske celledeling α

CIN og inaktivering β

CIN. Transformation af CIN celler med mutation rate ν

CIN til mindst én malign celle, hvilket fører til en tumor, der anses som den endelige sjældne tilfælde af tumorigenese i CIN-vejen. I begge veje et fast lag tid t

forsinkelse = 5 års vælges for varigheden indtil den første maligne celle vokser ind i en klinisk relevant tumor.

er antaget Stråling indsats for at øge hastigheden ν

I2 af det andet hit i indledende mutationer eller i hypermethylering. Reduktion af inaktivering sats β

CIN for CIN-celler blev anvendt som en anden stråling virkning (figur 1). Reduceret celle inaktivering er en plausibel mekanisme til fremme klonal vækst [40]. Kombineret stråling virkning på celledeling og inaktivering eller division alene kan også overvejes, men forskellige stråling effekter i forfremmelse har ubetydelig indflydelse på de fit resultater. Stråling handling på destabiliserende CIN begivenhed og andre stråling mål (resultater ikke rapporteret) er blevet testet så godt. Den statistiske kvalitet af model passer er blevet målt ved Akaike Information Criterion (AIC = afvigelse + 2 × nej. Af modelparametre N

par [41]).

Numerisk løsning af de to bane model

de to sti-modellen passer ind i matematiske rammer Little og Wright [42], der har generaliseret to-trins klonal ekspansion (TSCE) model indført ved Moolgavkar og Knudson [43]. Den TSCE model bygger på to hastighedsbegrænsende mutationer, som er adskilt af klonal udvidelse af igangsatte celler. Mutation satser og satser celledeling eller inaktivering behandles som forbigående Poisson punktprocesser af celle fødsel og død, der er udtrykt i et sæt af master-ligninger [44]. Tilgangen til at løse TSCE model for stykkevis konstante modelparametre er blevet udvidet til de større sæt master-ligninger for de to bane model [45]. Dette sæt er blevet omdannet til et system af koblede differentialligning af Ricatti type, som er løst effektivt ved en omtrentlig iterativ algoritme til beregning af overlevelse funktion. Faren opnås ved numerisk differentiation af overlevelse funktion. Den samlede risiko for de to sti-modellen er givet ved summen af ​​fare for de separate MSI og CIN-modeller. Matematiske afledning af tilsvarende modeller har fået i ref. [19] (MSI uden t

lag) og ref. [20] (CIN uden t

forsinkelse) i en notation, som er anvendt i den foreliggende undersøgelse på en lignende måde.

Identifikation af modelparametre

Otte forskellige parametre for biologiske overgangsfrekvenser er vist i figur 1. Disse satser skal være i det mindste principielt tilgængelig for eksperimentel undersøgelse. Men differentialligninger for to sti-modellen er formuleret i form af mindre intuitive identificerbare parametre. Det identificerbarhed Problemet følger den matematiske model og kan ikke fjernes ved at øge statistisk styrke [46]. I de såkaldte deterministiske versioner af MSI og CIN modeller udsving i klon størrelse de er forsømt. Da satserne for GTS (

APC

,

MLH1

) inaktivering og af tidlig klonal ekspansion er blevet sat lig efter en række statistiske tests (se nedenfor), de fire deterministiske baseline parametre R

MSI, γ

i, R

CIN og γ

CIN kan identificeres i et anfald. R

MSI og R

CIN vedrører faren ved en simpel Armitage-Doll model med multiplicerede mutationer satser. I den foreliggende undersøgelse anvendes de fulde stokastiske versioner af begge modeller. De afhænger desuden af ​​de to stokastiske parametre δ

I og δ

CIN som tegner sig for udsving i klon størrelse. Under klon fødsel sådanne udsving er vigtige, da de kan føre til udslettelse. Forholdet mellem identificerbare baseline parametre og biologiske overgangsfrekvenser er vist i tabel S1 i File S1. Deterministiske parametre ofte besidder mindre usikkerhed end stokastiske parametre. Adskillelse af stokastiske effekter fra deterministiske virkninger stabiliserer montering procedure.

Parameter estimation og usikkerhedsanalyse

Mecan softwarepakke er blevet anvendt til forbehandling af de sammenbyggede data, regression, sammenligning af observerede og forventede tilfælde, og simulering af usikkerhed intervaller [47]. Pakken er skrevet i ++ programmeringssproget C. Dens objektorienteret design er baseret på separate biblioteker til forarbejdning af epidemiologiske datasæt og for indførelse af ny mekanistisk eller beskrivende risikomodeller. Bibliotekerne er knyttet til den beregningsmæssige kerne, der udfører de almindelige opgaver sandsynlighed minimering og simulering af usikkerhed for risikoestimater. Takket være en høj grad af standardisering, kan sætte nye projekter af radio-epidemiologisk analyse op med lidt programmering indsats. Parallelisering er opnået ved at knytte koden til funktioner OpenMP biblioteket (www.openmp.org).

Mecan omfatter C ++ bibliotek Minuit2 fra CERN, som anvendes til minimering af -2 ln

L

hvor

L

betegner Poisson sandsynlighed [48]. Den Poisson afvigelse er givet ved minimum -2 ln

L

som nås med de maksimale likelihood estimater (MLE) af modellens parametre. Det antages, at en parabolsk tilnærmelse af regionen omkring det minimum er gyldig. I dette tilfælde Wald-baserede standardfejl (SE), konfidensintervaller (CI

LP) fra den faktiske sandsynlighed profil og en korrelation matrix kan beregnes for modellens parametre. Konfidensintervaller (CI) for risikoestimater beregnes ved Monte-Carlo simulering. Resultater af Mecan viste sig at være i god overensstemmelse med den EPICURE pakke, som er en standard software til analyse af radio-epidemiologiske data [49].

For den konceptuelle model i figur 1 med forskellige identificerbare baseline parametre for både veje og begge køn. Men forskellige parametre er blevet holdt i modellen kun, hvis fit blev forbedret med en sandsynlighed på mindst 95% (eller afvigelse blev sænket med mindst 3,8 point) i en sandsynlighed kvotientkriteriet (LRT). Stråling afhængige parametre er blevet tilføjet, hvis de passerede den samme LRT. Flere detaljer om den statistiske analyse tilgang af model parameter udvælgelse er givet i ref. [50].

Resultater

Goodness-of-fit

I tabel 3 Poisson afvigelser og AIC for de testede modeller er vist. I de mekanistiske TP modeller den faste lag tid t

forsinkelse = 5 års blev regnet som en ekstra model parameter, de resterende identificerbare parametre er blevet bestemt af et anfald. To sti model

TP0 uden stråling effekt giver benchmark for modeller TP1 til TP4, som viser lignende goodness-of-fit til forskellige stråling mål. Udskiftning stråling handling kun for mænd i model TP3 ved unisex stråling handling på destabiliserende CIN begivenheden ikke forbedre pasformen i forhold til model TP1. Model TP4 gav det laveste Poisson afvigelse og AIC, og foretrækkes for risikovurdering i nærværende undersøgelse. MLE, SE og σCI

LP fra sandsynligheden profil er angivet i tabel 4 for de identificerbare parametre. Stråling-afhængige udgaver af de mekanistiske modeller af Meza et al. [19] (M1, figur S1 i File S1), og efter lidt og Li [17] (M2, figur S2 i File S1) gav AIC værdier, der kom ud højere med 13 point og 8 point hhv. Montering af stråling-afhængig version af den fulde MSCE modellen ved Lübeck et al. [20] lykkedes ikke. Parameterestimaterne for modeller M1 og M2 er vist i tabel S2 og S3 i File S1. Baseline parametre model M1 nogenlunde enig med dem i tre-trins-model i ref. [19]. For model M2 en lav afvigelse blev opnået, men parameterestimater er især forskellige for begge køn. For mænd acceleration i de efterfølgende faser af klonal vækst blev fundet, men den modsatte tendens for kvinder er biologisk usandsynligt. I model M3 MSI og CIN veje behandles i fællesskab som i TP modeller, men den første fase af klonal ekspansion er udeladt for CIN sti. Stråling fungerer ens i modeller M3 og TP4 (se tabel S4 og figur S3 i File S1). MSI vej model M3 kunne beskrives deterministisk da effekten af ​​udsving i klon størrelse var ubetydelig (dvs. δ

MSI = α

MSI ν

T, MSI≈0). I forhold til model TP4 model M3 gav en lidt ringere ΔAIC på 2,9 point. Preston et al. [28] udviklet beskrivende modeller af ERR (betegnet Derr) og EAR (betegnet KÆRE), som blev ombygget til det nuværende lidt begrænset LSS datasæt. Da forskellen i resultaterne er ubetydelig henvises læseren tilbage til ref. [28] for en omfattende diskussion. AIC værdier af de deskriptive modeller er omkring 30 point højere i forhold til den foretrukne to stien model TP4.

Biologiske parametre for cellebaserede processer

Anvendelse LRTs på et 95% niveau fjernelse af statistisk ubetydelige parametre lov til at reducere model kompleksitet. De initierende satser for den første og anden hit blev sat lige ν

I1 = ν

I2 = ν

jeg da en sti-specifik behandling blev afvist af passende LRTs. Satserne for tidlige klonale vækst γ

Jeg kom også ud meget ens i begge veje, og de er blevet sat lig så godt. Montering to sti modeller for begge køn separat produceret lignende mutationsrater (herunder fødselskohorte afhængigheder) og satser for tidlig klonal vækst. En skelnen mellem kønnene var ikke nødvendig for disse parametre på grundlag af LRTs. Men den relativt lille forskel for de kønsrelaterede satser for klonale vækst γ

CIN i slutningen adenom var stærkt signifikant. Den afvigelse blev forøget med mere end hundrede point, hvis vækstraterne blev sat lig for begge køn.

Fra estimater af identificerbare parametre (tabel 4) de biologiske baseline satser de to sti model TP4 kan udledes, hvis antagelser om det samlede antal modtagelige stamceller N, og satserne for symmetrisk celledeling for igangsatte celler α

i og for destabiliseret CIN celler α

CIN er lavet. Antallet af stamceller er blevet anslået til ca. 10

8 med en nøjagtighed på en størrelsesorden [51], [52]. MSI tumorer forekommer hovedsageligt i den proksimale colon, således at en (med en faktor 2-3) lavere antal modtagelige stamceller kan anses for MSI sti [2]. Men den biologiske parameter N alene ikke kan identificeres, og usikkerheden i estimaterne for parametre, herunder N er for store til at bevise virkningerne af forskellige værdier i LSS data. Således har den samme værdi for N er anvendt i MSI og CIN veje til at udlede inaktivering sats ν

jeg. Celledeling satser på 9 års

-1 i adenom og 29 yr

-1 i begyndelsen karcinom er blevet rapporteret [53]. Hvis disse værdier er tildelt til a

I og a

CIN, satser for transformerende mutationer ν

MSI, ν

CIN, og cellen inaktiveringshastigheder β

jeg, β

CIN kan beregnes. Værdier for biologiske baseline parametre, som beskriver de celle kinetik foretrukne to stien model TP4, er opsummeret i tabel 5.

Case aktier og stråling risici i molekylære veje

Evnen at reproducere case aktier 15-20% i MSI-vejen og 80-85% i CIN vej er en vigtig test for den biologiske plausibilitet af de to stien model TP4. I tabel 6 de beregnede MSI aktier er noteret for hele opfølgningsperioden og for sager, der er optaget før og efter 1980. I den tidlige periode aktierne i MSI sager og CIN tilfælde er omkring lige. For senere periode den forudsagte MSI andel på 17% (mænd 11%, kvinder 21%) er enig bemærkelsesværdigt godt med de klinisk observerede data [4]. For hele perioden genererede stråling 64 (MSI: 10) yderligere tilfælde i begge køn. For kvinder værdierne er 19 (MSI: 7) og for mænd 45 (MSI: 3). Figur 2 viser, at især for kvinder MSI tilfælde vises tidligere end CIN tilfælde. Også i god overensstemmelse model forudsagde M3 22% MSI sager for hele perioden og 15% efter 1980. betragtninger i CIN sti modeller M3 og TP4 udviser en lignende stråling risiko, er den relative risiko i MSI stien reduceret med mere end en faktor af to til model M3.

modeller Derr og KÆRE betragtes som kvasi-standard for vurdering stråling risiko. Generelt er estimaterne for EAR og ERR forudsagt lavere med to sti model TP4 forhold til de beskrivende modeller Derr og KÆRE (figur 3 og 4, tabel 7). Ved beregningen af ​​pathway-specifikke overskydende risici bruges kun bidraget fra en enkelt sti.

Kun MLE er vist for pathway-specifikke overskydende risici, der hører til MSI (blå) og CIN (grøn).

Kun MLE er vist for pathway-specifikke overskydende risici, der hører til MSI (blå) og CIN (grøn).

diskussion

Biologisk plausibilitet de to path model

Tab af heterozygositet (LOH) i

APC

gen og lyddæmpning af

MLH1

gen udvikler sig på nogenlunde samtidig [3]. Estimatet af den oprindelige mutation sats ν

I (tabel 5) stemmer godt med en nylig skøn på omkring 10

-5 år

-1 per stamceller til somatisk mutation sats i

APC

gen [54], men overstiger ældre skøn [15], [55] af en størrelsesorden. Germline mutationer (dvs. fra

APC + /+

til

APC +/-

før CIN) kan forekomme i begge veje, men er ikke blevet udtrykkeligt behandlet i to stien model. Satsen for unicryptal LOH i

MLH1

er blevet anslået til 2 × 10

-5 år

-1 per stamcelle fra data for HNPCC patienter [53]. Derfor synes antagelsen om lignende satser for tidlige begivenheder i MSI og CIN veje begrundet både biologiske og statistiske grunde.

Den anslåede sats på 0,057 yr

-1 for klonal vækst i begyndelsen af ​​carcinogenese indebærer en [1].