PLoS ONE: Fælles genetiske varianter i Wnt signalvejen Gener som potentielle prognostiske biomarkører for kolorektal Cancer

Abstrakt

Overbevisende dokumentation har impliceret den Wnt signalvejen i patogenesen af ​​kolorektal cancer. Vi vurderede brugen af ​​tag enkelt nukleotid polymorfier (tSNPs) i

adenomatøs polypose coli

(

APC

) /

β-catenin

(

CTNNB1

) gener til at forudsige resultater hos patienter med colorectal cancer. Vi valgte og genotype 10 tSNP at forudsige almindelige varianter på tværs af hele

APC

og

CTNNB1

gener i 282 patienter med tarmkræft. De sammenslutninger af disse tSNPs med fjernmetastaser overlevelse og samlet overlevelse blev vurderet af Kaplan-Meier analyse, Cox regressionsmodellen, og overlevelse træ analyse. Det 5-års samlede overlevelsesrate var 68,3%. Survival træet analyse identificeret en højere ordens genetiske interaktion profil bestående af

APC

rs565453,

CTNNB1

2.293.303, og

APC

rs1816769 der væsentligt var forbundet med den samlede overlevelse. De fem-års overlevelse overordnede satser var 89,2%, 66,1% og 58,8% for lav-, mellem- og høj-risiko genetiske profiler, henholdsvis (log-rank

P

= 0,001). Efter justering for mulige konfoundere, herunder alder, køn, carcinoembryonisk antigen niveauer, tumor differentiering, scene, lymphovascular invasion, perineural invasion, og lymfeknude involvering, den genetiske interaktion profil fortsat betydelig. Ingen af ​​de undersøgte SNP’er blev individuelt forbundet med fjernmetastaser overlevelse og samlet overlevelse. Vores resultater tyder på, at den genetiske interaktion profil blandt Wnt pathway SNPs potentielt kan øge prognostisk værdi i resultatet forudsigelse for tarmkræft

Henvisning:. Ting WC, Chen LM, Pao JB, Yang YP, Du BJ, Chang TY et al. (2013) Fælles genetiske varianter i Wnt signalvejen Gener som potentielle prognostiske biomarkører for kolorektal cancer. PLoS ONE 8 (2): e56196. doi: 10,1371 /journal.pone.0056196

Redaktør: Masaru Katoh, National Cancer Center, Japan

Modtaget: 30 august, 2012; Accepteret: 7 januar 2013; Publiceret: 6 Feb 2013

Copyright: © 2013 Ting 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 National Science Rådet, Taiwan (tilskud nummer: tilskud NSC-98-2320-B-039-019-My3 og NSC-100-2314-B-039-009-MY3), og Kina Medical University (tilskud nummer : CMU98-N1-21 og CMU98-C-12). 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

kolorektal cancer er en almindelig sygdom i hele verden, og det er også den mest almindelige cancer i Taiwan. De 5-årige overlevelsesrater er ca 90% for fase kolorektal cancer patienter tidligt, men faldende til mindre end 10% hos patienter med fjernmetastaser [1]. At identificere patienter med høj risiko, er der behov for at finde nye biomarkører til at forbedre forudsigelsen af ​​kliniske resultater i kolorektal cancer.

Mutationer i Wnt /adenomatøs polypose coli (APC) /β-catenin (CTNNB1) signalering pathway medlemmer er blevet fundet i mange colorektale carcinomer [2]. Wnt ligander binder til transmembrane Frizzled receptorer og deres co-receptorer, hvilket fører til phosphorylering og binding af komplekset sammensat af APC, caseinkinase 1, glycogensyntasekinase 3, og axin. Det resulterende stabilisering af intracellulær CTNNB1 letter translokation til kernen, hvor det interagerer med transkriptionsfaktorer af T-celle-faktor /lymfoid enhancer-bindende faktor og aktiverer de mål, der styrer cellevækst og differentiering. Derfor har interaktion med CTNNB1 blevet anset for at være afgørende for tumorsuppressoraktivitet af APC [3]. Desuden CTNNB1 er et multifunktionelt signalering protein, som også binder til E-cadherin, forbinder E-cadherin til actinfilamenter og fremme celleadhæsion og differentiering [4].

I lyset af den kritiske rolle, som Wnt /APC /CTNNB1 signalvejen i at opretholde en ordentlig kolorektal celle funktion, er det muligt, at genetiske varianter i denne vej kan påvirke kolorektal cancer progression. Imidlertid har der ikke været nogen undersøgelser vedrørende forholdet mellem fælles genetiske varianter i Wnt /APC /CTNNB1 pathway gener til kliniske resultater af kolorektal cancer. Derfor har vi anvendt en samlet tilgang til systematisk at evaluere tag single-nukleotid polymorfier (tSNPs) i to centrale gener i Wnt-vejen,

APC

og

CTNNB1

, som prædiktorer for kolorektal cancer prognose .

Patienter og metoder

Patient Rekruttering og dataindsamling

Denne kohorte blev genereret fra tumorvæv bank ved China Medical University Hospital, Taiwan. Alle patienter ses ved China Medical University Hospital, Taiwan med en diagnose af kræft blev kontaktet for at deltage. To hundrede og firs-to patienter med histopatologisk bekræftede colorectal cancer blev identificeret mellem 2001 og 2007; havde samtykket til at give oplysninger og væv; og havde gennemgået blodtapning til forskningsformål. De kliniske data og resultater blev opnået fra patienternes kliniske optegnelser og patologiske rapporter. Blandt patienter, der fik helbredende kirurgi (fase I-III, n = 233), fjernmetastaser overlevelse blev defineret som tiden fra operation til datoen for fjernmetastaser eller når censureret på den seneste dato. Samlet overlevelse blev defineret som tiden fra diagnosen (n = 282) til datoen for død uanset årsag, eller når censureret på den seneste dato, hvis patienterne stadig var i live. De overlevelsesdata er senest opdateret i 2010. Denne undersøgelse blev godkendt af Institutional Review Board of China Medical University Hospital og skriftligt informeret samtykke blev opnået fra alle patienter.

SNP Valg og Genotypning

SNP selektion er tidligere blevet beskrevet [5]. Kort fortalt vi bestemt den genetiske struktur i

APC

og

CTNNB1

ved brug af offentligt tilgængelige genotype data fra HapMap konsortium [6]. Ifølge HapMap CHB (Han kinesisk i Beijing, Kina) befolkning data, i alt 78 SNPs og 36 SNPs med en mindre allel frekvens (MAF) 0,10 spændte 20 kb af 5’opstrøms og 10 kb af 3’nedstrøms af

APC

og

CTNNB1

gener, henholdsvis (kromosom 5:112081483- 112219834 for

APC

, kromosom 3:41196016- 41.266.938 for

CTNNB1

) . Brug af Tagger algoritmen [7] implementeret i HaploView programmet [8] og tætte genotype data fra HapMap CHB befolkning, vi identificeret 7 og 5 koblingsuligevægt tSNPs at fange umaalte genetiske variationer med

r

2 større end 0,8 i

APC

og

CTNNB1

henholdsvis.

Genomisk DNA blev ekstraheret fra perifert blod ved hjælp af QIAamp DNA Blood Mini Kit (Qiagen, Valencia, CA, USA ) og opbevaret ved -80 ° C indtil tidspunktet for undersøgelsen. Genotypebestemmelse blev udført som beskrevet tidligere [9] med Sequenom IPLEX matrix-assisteret laser desorption /ionisering-tid søgning (MALDI-TOF) massespektrometri teknologi ved National Center for Genome Medicin, Academia Sinica, Taiwan. Den gennemsnitlige genotype takst for disse SNPs var 98,9%. Enhver SNP, som ikke er i overensstemmelse med Hardy-Weinberg ligevægt (

P

0,001) blev fjernet (n = 2). Således blev i alt 10 tSNPs inkluderet for yderligere statistiske analyser.

Statistisk analyse

Patient clinicopathologic karakteristika blev opsummeres som antallet og procentdelen af ​​patienter eller median og interkvartile område (IQR) af værdier. Alder blev dikotomiseret på Medianen for kohorten. Carcinoembryonisk antigen (CEA) niveau blev dikotomiseret ved 5 ug /l på grund af dets korrelation med en stigende fase af colorectal cancer [10]. De sammenslutninger af 10 individuelle SNPs og kliniske karakteristika med fjernmetastaser-fri og samlet overlevelse blev vurderet ved hjælp af Kaplan-Meier-analyse med log-rank test. Højere ordens SNP-SNP interaktioner blev evalueret ved hjælp af overlevelse træ analyse af STREE software (https://c2s2.yale.edu/software/stree/), som bruger rekursiv partitionering at identificere undergrupper af personer med samme risiko for død [11]. Træstrukturen starter med rod, der omfatter alle studiepopulation, og bruger log-rank statistik til at vælge optimale split, der er klassificeret patienter til lave og høje grupper risiko. Den rekursive procedure fortsætter med at producere efterfølgende grupper, som er mere homogen end den oprindelige gruppe. Den endelige model er en træstruktur med mange binære opdelinger, og hver terminal repræsenterer en undergruppe af patienter med forskellige risici for død skyldes rodfæstede genotypekombinationer. Kaplan-Meier-analyse med log-rank testen blev derefter anvendt til at estimere overlevelse mellem hver af de terminale undergrupper. Multivariat analyser til bestemmelse af indbyrdes afhængighed af genotyper og andre kendte prognostiske faktorer, såsom alder ved diagnose, køn, CEA niveauer, tumor differentiering, scene, lymphovascular invasion, perineural invasion, og lymfeknude involvering, blev udført ved hjælp af Cox proportionel risiko regressions model . Statistisk pakke til Samfundsvidenskab softwareversion 19.0.0 (IBM, Armonk, NY) blev anvendt til andre statistiske analyser. En to-sidet

P

værdi 0,05 blev betragtet som statistisk signifikant

Resultater

De demografiske data for patienter med tyktarmskræft er præsenteret i tabel 1. I løbet af medianen. opfølgning på 54,5 måneder, 30 patienter udviklede fjernmetastaser og den 2-årige fjernmetastaser overlevelse sats var 87,1%. Ninety-to patienter døde efter en median opfølgning på 50,0 måneder, og 5-års samlede overlevelsesrate var 68,3%. Kliniske variable signifikant associeret med både fjernt metastase-fri og total overlevelse inkluderet tumor differentiering, stadium lymphovascular invasion, og lymfeknudeinvolvering. Alder blev først forbundet med fjernmetastaser overlevelse, og køn, CEA niveauer, og perineurale invasion blev kun forbundet med den samlede overlevelse.

I alt 10 tSNPs inden

APC

CTNNB1

blev analyseret. Vi vurderede sammenslutning af hver enkelt SNP med overlevelse status i henhold dominante, recessive og additive modeller ved hjælp af log-rank test (tabel S1). Vi har ikke observere nogen bemærkelsesværdige sammenslutning af tSNPs i Wnt pathway gener med metastase overlevelse, total overlevelse, og kliniske egenskaber anført i tabel 1 (data ikke vist). Derfor er vi nærmere højere orden SNP-SNP interaktioner at vurdere, om samspillet mellem disse tSNPs kunne bestemme de kliniske resultater. Survival træet analyse identificeret højere ordens genetiske samspil mellem

APC

rs565453,

CTNNB1

2.293.303, og

APC

rs1816769, og den endelige træstruktur identificeret fire terminal undergrupper med lav-, mellem- og høj-risiko for død ifølge Kaplan-Meier-analyse (figur 1A). Da undergrupper 1 og 6 havde meget få tilfælde (16 og 33 patienter henholdsvis) og havde lignende risici, vi kombineret dem som gruppe den lave risiko. Den genetiske profil gruppen med lav risiko havde en 5-års samlede overlevelse på 89,2%. Til sammenligning mellemlange risikogruppe den havde en 5-års samlede overlevelse på 66,1% og hazard ratio (HR) var 3,25 [95% konfidensinterval (CI): 1,40-7,54,

P

= 0,006 , Figur 1B og tabel 2]. Den højrisikogruppe havde en 5-års samlede overlevelse på 58,8%, og HR var 4,39 (95% CI: 1,82 til 10,6,

P

= 0,001). Der blev imidlertid ikke genetisk interaktion observeret for fjernmetastaser overlevelse.

(A) Overlevelse træ analyse identificerer samspillet mellem de tre polymorfier. (B) Kaplan-Meier kurver af samlet overlevelse baseret på overlevelse træet analyse. Tal i parentes angiver antallet af patienter.

For at vurdere de prædiktive virkninger af den genetiske interaktion profil ud over de kliniske funktioner for at påvirke den samlede overlevelse, vi udførte en multivariat analyse, justering for alder, køn, CEA niveauer, tumor differentiering, stage, lymphovascular invasion, perineural invasion, og lymfeknude involvering. Efter justering for disse prædiktorer, den genetiske interaktion fortsat betydelig. I sammenligning med den genetiske profil gruppen med lav risiko, middel risiko gruppe præsenteret en 3.67-fold øget risiko for død (justeret HR: 3,67, 95% CI: 1,43-9,44,

P

= 0,007, tabel 2), og den høje risiko gruppe havde en 4,57 gange øget risiko for død (justeret HR: 4,57, 95% CI: 1,73 til 12,1,

P

= 0,002). Disse data tyder på, at den genetiske interaktion profil blandt Wnt pathway SNPs kan være en uafhængig resultat prædiktor for tyktarms- og endetarmskræft.

Diskussion

Denne undersøgelse evaluerede den prognostiske betydning af fælles genetiske varianter i Wnt /APC /CTNNB1 pathway gener på overlevelse i patienter med tarmkræft. En højere ordens genetiske interaktion profil bestående af

APC

rs565453,

CTNNB1

2.293.303, og

APC

rs1816769 var forbundet med den samlede overlevelse. Især forholdet mellem den genetiske interaktion profil og overlevelse varet ved til trods kontrollere for kendte kliniske prognostiske faktorer.

APC anses generelt et centralt element i den Wnt signalvejen, og dets primære funktion som tumor suppressor menes at være dens evne til negativt at regulere Wnt-vejen. rs565453 ligger i 3’nedstrøms for

APC

genet, og forventes at ændre en formodet transkriptionsfaktor bindingssted for OCT1 transkriptionsfaktor ifølge forudsigelsen af ​​SNP Funktion Portal [12]. OCT1 ekspression er forøget i flere humane cancere og er blevet foreslået at være forbundet med indtræden eller progression af cancer eller med resistensen af ​​tumorceller over for strålebehandling eller kemoterapi [13]. Selv

APC

rs1816769 i intron 4 har ingen forudsagte funktion, det lokaliserer i en formodet mammal transposerbart element, L1MC4a. De transposoner i menneskelige genom er tidligere anset harmløs, men nu kendt for at have indflydelse på genekspression via modifikation af udskrift kvalitet eller kvantitet, transkriptionel interferens, eller ved at bekæmpe veje, der påvirker mRNA livscyklus [14]. CTNNB1 er ikke kun en central nuklear effektor af Wnt-signalering i kernen, men også en strukturel komponent af cadherin-baserede adherensovergange. Ubalance i de strukturelle og signalanlæg egenskaber CTNNB1 resulterer ofte i dereguleret vækst tilsluttet kræft og metastaser [15].

CTNNB1

rs2293303 er et synonym kodende SNP, men risikoen allel, T, forudsiges at forstyrre en formodet exon splejsning enhancer motiv der reagerer på det humane SR protein SF2 /ASF. Det er derfor plausibelt, at disse SNP’er kunne påvirke APC /CTNNB1 splejsning og ekspression ved ændring af konsensus splejsende stedet sekvenser, de transposerbare elementer og transkriptionsfaktoren bindingssteder. Længere fin-kortlægning og funktionelle analyser er forpligtet til at identificere de potentielle sygdomsfremkaldende SNPs og til at forstå de roller APC /CTNNB1 i kolorektal cancer progression.

Sammenfattende dette kan være den første undersøgelse til systematisk evaluere brugen af tSNPs i

APC

og

CTNNB1

gener til at forudsige resultater i patienter med tarmkræft. Vi fandt, at en højere ordens genetiske interaktion profil blandt Wnt pathway SNPs var forbundet med total overlevelse, selv efter justering for kliniske prædiktorer for udfaldet. Resultaterne rapporteres her er begrænset ved at analysere det lille antal patienter. Derudover kan vores homogen kinesiske Han befolkning gøre vores resultater mindre generaliseres til andre etniske grupper. Uafhængige eksterne undersøgelser er nødvendige for at validere vores resultater. Hvis valideret, kan disse biomarkører være værdifuldt at lette individualiserede behandling beslutninger.

Tak

Vi takker National Genotvpebestemmelse Center of National Research Program for Genomic Medicin, National Science Rådet, Taiwan, for deres tekniske support .

Støtte Information

tabel S1.

genotypet polymorfier og

P

værdier af deres tilknytning til fjernmetastaser overlevelse og samlet overlevelse.

doi: 10,1371 /journal.pone.0056196.s001

(DOC)