PLoS ONE: Global DNA hypometylering i perifert blod Leukocytter som biomarkør for Cancer Risk: A Meta-Analysis

Abstrakt

Baggrund

Gode biomarkører for tidlig påvisning af kræft fører til bedre prognose. Imidlertid høst tumorvæv er invasiv og kan ikke rutinemæssigt udført. Global DNA methylering af perifert blod leukocyt DNA blev vurderet som en biomarkør for kræftrisiko.

Metoder

Vi udførte en meta-analyse til at estimere den samlede kræftrisiko i henhold til globale DNA hypometylering niveauer blandt studier med forskellige kræftformer og analysemetoder bruges til at måle DNA methylering. Undersøgelser blev systemisk søges via PubMed med ingen sprog begrænsning indtil juli 2011. Resumé skøn blev beregnet ved hjælp af en fast effekt model.

Resultater

undergruppe analyser af eksperimentelle metoder til at bestemme DNA methylering niveau var udført på grund af heterogenitet inden for de udvalgte undersøgelser (p 0,001, jeg

2: 80%). Heterogenitet blev ikke fundet i undergruppen af% 5-mC (p = 0,393, jeg

2: 0%) og LINE-1 brugte samme målsekvens (p = 0,097, jeg

2: 49%), mens betydelig varians forblev i LINE-1 (p 0,001, jeg

2: 80%) og blærekræft undersøgelser (p = 0,016, jeg

2: 76%). Disse resultater tyder på, at eksperimentelle metoder, der anvendes til at kvantificere globale DNA methylering niveauer er vigtige faktorer i foreningen studiet mellem hypometylering niveauer og kræftrisiko. Samlet set blev der kræftrisiko i gruppen med de laveste DNA methylering niveauer signifikant højere sammenlignet med gruppen med den højeste methylering niveauer [OR (95% CI): 1.48 (1.28-1.70)].

Konklusioner

Global DNA hypometylering i perifert blod leukocytter kan være en egnet biomarkør for kræftrisiko. sammenhængen mellem globale DNA methylering og kræftrisiko, kan dog være anderledes baseret på eksperimentelle metoder, og område af DNA målrettet til måling af globale hypometylering niveauer samt kræft type. Derfor er det vigtigt at vælge en præcis og nøjagtig surrogat markør for globale DNA methylering niveauer i foreningen undersøgelser mellem globale DNA methylering niveauer i perifere leukocyt- og kræftrisiko

Henvisning:. Woo HD, Kim J (2012) Global DNA hypometylering i perifert blod Leukocytter som biomarkør for Cancer Risk: en meta-analyse. PLoS ONE 7 (4): e34615. doi: 10,1371 /journal.pone.0034615

Redaktør: Brock C. Christensen, Dartmouth College, USA

Modtaget: November 18, 2011; Accepteret: 2. marts, 2012; Udgivet: 11 april, 2012 |

Copyright: © 2012 Woo, Kim. 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 en bevilling fra National Cancer center, Korea (nr. 1.110.300). 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

Epigenetisk processer er vigtige i udviklingen og celledifferentiering, og kan ændres ved miljø, kost, og aldring [1], [2]. DNA-methylering, hvilket er en stor epigenetiske mekanisme er involveret i forskellige biologiske processer, herunder cancer [3] – [6]. DNA hypometylering er en tidlig begivenhed i menneskets carcinogenese [7] – [9] og er forbundet med genetisk ustabilitet i cancerceller [10], [11]. Methylering niveauer af DNA vedligeholdes af DNA-methyltransferaser (DNMTs). Dnmt3a og Dnmt3b er ansvarlige for de novo DNA-methylering [12] – [14]. Således inaktivering af DNMTs forårsager global hypometylering af genomet eller hypometylering af specifikke familier af gentagne sekvenser [14] – [16]. Imidlertid er mekanismerne for DNA hypometylering ikke fuldt klarlagt. Der er flere mekanismer tegner sig for DNA demethylering. Direkte fjernelse af methylgruppen med methyl CpG bindende domæne protein 2 (MBD2) er blevet rapporteret [17], selv om dette resultat ikke er blevet bekræftet af andre forfattere [18], [19]. GADD45A (vækst anholdelse og DNA-skader-inducerbare, alfa) er forbundet med reparation-medieret DNA demethylering [20]. Det arbejde af Jin et al. [21] bekræfter ikke denne forening. DNA reparation enzymer kan demethylate DNA [22], og direkte bevis af base excision reparation (BER) medieret DNA-demethylering er blevet foreslået [23]. Brother af regulator af prægede sites (BORIS) udtryk er forbundet med demethylering [24]. Woloszynska-Læs et al. [25] har foreslået, at forholdet mellem BORIS /CCCTC-bindende faktor (CTCF) ekspression er relateret til DNA-demethylering. Fordi direkte fjernelse af methylgruppen fra 5′-stillingen af ​​cytosin er ugunstig, har undersøgelser tyder naturlige mekanismer DNA demethylering været inkonsistente.

CG-sekvenser af promotorregionen er normalt ikke-methylerede at tillade genekspression, mens mammale DNA-gentagelser er stærkt methyleres i somatiske væv [12], [26]. DNA hypermethylering i tumorsuppressorgen (GTS) initiativtagere forårsager undertrykkelse af GTS. Hypomethylering af unikke eller gentagne DNA-sekvenser kan påvirke chromatin struktur og genomisk ustabilitet, føre til transkription aktivering og forøge ekspression af cancer-fremmende gener [26]. Både DNA hypometylering og hypermethylering er observeret i human cancer, men hypometylering af DNA, især i repetitive elementer, er oftere forbundet med cancer, hvilket resulterer i nettotab af 5-methylcytosin (5-MC) [26].

Sammenhængen mellem globale hypometylering af tumor-DNA og risiko for kræft er blevet påvist i forskellige humane tumorer [27] – [30]. Desuden er påvist global hypometylering af DNA i forskellige cancer og tilstødende normale væv [31], [32]. Derfor har mange forskere studeret DNA methylering som biomarkør for kræftscreening. Tidlig påvisning af kræft resultater i bedre prognose. Imidlertid høst tumorvæv er invasiv og kan ikke rutinemæssigt udført. Derfor har foreningen mellem kræftrisiko og globale DNA hypometylering niveauer i blod leukocytter blevet undersøgt. Vi udførte en meta-analyse til at estimere den samlede kræftrisiko i henhold til globale DNA hypometylering niveauer blandt studier med forskellige cancertyper og analysemetoder, der anvendes til at måle DNA methylering.

Metoder

Study valg

Vi systemisk søgt efter studier via elektroniske databaser ved hjælp PubMed med udtrykkene “kræftrisiko og (methylering eller hypometylering) og (blod eller leukocyt)” uden sprog begrænsning op til juli 2011. en manuel søgning med en reference liste over udvalgte tidsskrifter blev udført. ingen nye artikler, der opfylder inklusionskriterierne, blev imidlertid identificeret. De inklusion /udelukkelseskriterier var som følger: (1) den oprindelige artikel med case-kontrol eller kohorte design; (2) perifere blodleukocytter blev anvendt til måling globale DNA methylering niveauer; (3) patienter, der nyligt blev diagnosticeret med kræft i case-control studier, og blod blev opsamlet i deltagere, der var fri for kræft ved baseline i kohortestudier; (4) de studier med gen-specifik DNA methylering blev udelukket; og (5) i undersøgelsen rapporterede 95% konfidensintervaller (CI) med justerede odds ratio (OR) eller relative risici (RR) for kræftrisiko hos forsøgspersoner med det laveste niveau for global DNA methylering sammenlignet hos patienter med den højeste grad af global DNA-methylering. Hvis henvisningen celle indeholdt det laveste niveau af global DNA methylering, inversed OR og 95% CI blev brugt.

Dataindsamling

Søgt studier blev uafhængigt revideret af to efterforskere (H.D.W og J.K.). Undersøgelser med støtteberettigede data til meta-analyse indeholdt oplysninger om forfattere, udgivelsesår, eksperimentelle metoder til at måle globale DNA methylering niveauer, kræft sites og typer, land, hvor forsøget blev udført, studieophold, antallet af sager og kontroller, kategorier af global DNA methylering niveauer, justeret OR /RR og 95% CI, p-værdier for tendenser og forstyrrende variabler blev overvejet. Justeret OR /RR og 95% CI blev udvalgt til at udelukke forstyrrende effekter og til at inkludere de undersøgelser, der ikke rapporterer antallet af sager og kontroller for hver kategori.

Statistisk analyse

Alle statistiske analyser blev udført under anvendelse af STATA softwarepakke (version 10, College Station, TX). Log punkt effekt skøn, og de tilsvarende standardfejl blev beregnet ved hjælp kovarianteffekter justeret punkt effekt skøn og 95% CI fra udvalgte undersøgelser og vægtet med den inverse varians at beregne summariske skøn [33]. Den heterogenitet test på tværs af studierne blev målt ved hjælp af Q-test baseret på χ

2 statistik, overvejer signifikant statistisk heterogenitet som p 0,05, og jeg

2 test ifølge Higgins et al. [34]. Undergruppe analyser blev udført af eksperimentelle metoder til at måle globale DNA methylering niveauer eller baseret på kræft typen grund mellem-studiet heterogenitet. En fast effekt model blev anvendt i metaanalysen, fordi en tilfældig effekt model er mindre konservative end en fast effekt model ved at give mere vægt til små prøve undersøgelser, som er mere tilbøjelige til at have publikationsbias, især når et lille antal af undersøgelserne var kombineret [35], [36].

Resultater

i alt 258 studier blev udelukket i den første passage baseret på titler og abstracts blandt 285 søgte artikler. De resterende 27 studier blev yderligere revideret. Atten undersøgelser, der ikke opfyldte inklusionskriterierne blev udelukket af følgende grunde: 12 studier ikke måle globale DNA methylering niveauer; to undersøgelser ikke rapportere kræftrisikoen i henhold til kategorier af globale DNA methylering niveauer; 3 studier var oversigtsartikler; og en undersøgelse ikke har kontrolpersoner. Elleve studier omfatter ti case-kontrol studier og 1 kohorteundersøgelse blev endeligt udvalgt (tabel 1) [37] – [47]. Vi fandt 2 undersøgelser, der var nyligt offentliggjort i den fornyede proces [45], [46]. Fordi kun et begrænset antal undersøgelser opfylder kriterierne for vores metaanalyse, besluttede vi at medtage disse 2 yderligere undersøgelser (Figur 1). Fordi Pufulete et al. [37] har rapporteret både risikoen for kolorektal cancer og kolorektal adenom, blev tolv sager anvendt til meta-analyse. Tre blærekræft, to kolorektale adenomer, en kolorektal cancer, en brystcancer, to mavekræft, én hoved og hals pladecellekræft (HNSCC), en renal celle kræft, og en samlet cancer case blev inkluderet. Zhu et al. [47] har rapporteret risikoen for al kræft samt hver type kræft kategoriseret i to og fire gruppe af globale DNA hypometylering niveauer. data fra alle kræftrisiko med to kategorier blev imidlertid valgt på grund af det lille antal kræfttilfælde. Lim et al. [39] og Liao et al. [45] har rapporteret OR og 95% CI i folk af højeste tertil af genomisk methylering sammenlignet med dem i den laveste tertil af genomisk methylering. Derfor brugte vi den inverse OR og 95% CI for at beregne den poolede estimat. Egger test til offentliggørelse partiskhed viste ikke-signifikante resultater (p = 0,483).

Figur 2 viser meta-analyse af de udvalgte studier. Global DNA hypometylering var forbundet med øget risiko for kræft (OR: 1,48, 95% CI: 1,28-1,70, p 0,001). Men mellem-undersøgelse heterogenitet var signifikant høj (p 0,001, I

2: 83%). Derfor gennemførte vi meta-regression ved hjælp af eksperimentelle metoder, der anvendes til at bestemme de globale DNA methylering niveauer [methyl accept kapacitet af DNA, procentdel af 5-methylcytosin (% 5-MC) vs. lang afbrudt nukleotid element 1 (LINE-1)], kræft sites (kolorektal, mave, andre vs. blæren) og køn (mand, total vs. kvinde). Eksperimentelle metoder var signifikant forskellige fra hinanden (% 5-mC vs. LINE-1: p = 0,011), når køn og eksperimentelle metoder blev inkluderet i meta-regressionsmodel. Men blev der ikke observeret signifikante forskelle, når kræft websted blev yderligere inkluderet. Fire populationsbaserede studier blev identificeret, herunder en nested case-control undersøgelse; alle undersøgelserne viste homogene summariske skøn (eller [95% CI] = 1,36 [1,12-1,64]; heterogenitet test: p = 0,159, jeg

2 = 42%). Men de eksperimentelle metoder disse 4 studier, der involverede LINE-1 analyse og hospital-baserede undersøgelser, viste stadig signifikant heterogenitet. De meta-regression data viste ingen forskelle med hensyn til inddragelse af undersøgelsen design i analysen. Derfor har vi ikke medtage studiedesign i vores analyse. Undergruppe-analyser blev udført ved eksperimentelle metoder (% 5-MC, LINE-1) og undersøgelser af blærekræft til yderligere at udforske variansen blandt undersøgelser (figur 3). Heterogenitet blandt undersøgelser blev ikke fundet på% 5-MC-metoden (p = 0,393, jeg

2 = 0%), men en betydelig varians blev fundet i undergruppen analyse af LINE-1-metoden (p 0,001, jeg

2: 80%) og blærecancer (p = 0,016, I

2: 76%). Gruppen med de laveste global DNA methylering niveauer havde signifikant højere kræftrisiko sammenlignet med gruppen med de højeste globale DNA methylering niveauer i% 5-MC og LINE-1 undersøgelser [OR (95% CI): 2,93 (2,14-4,01) og 1,20 (1,03-1,41), henholdsvis]. I LINE-1 undergruppe, med undtagelse af den undersøgelse, som Hsiung et al. [38] og Liao et al. [45], der bruges anden region i DNA target sekvens fra andre undersøgelser, jeg

2 statistikker 49% (p = 0,097) og globale DNA hypometylering niveauer blev signifikant associeret med øget risiko for kræft [OR (95% CI): 1,36 (1,12-1,65)]

Colorectal A:. Colorectal Adenom, Methyl: Methyl accept assay, LINE-1: lang afbrudt nukleare elementer, og% 5-mC: Procenter af 5-methylcytosin. F: Fast effekter model, R: tilfældige effekter model. De vandrette linjer gennem kasserne udgør 95% konfidensintervaller (CI). Centrene af kasserne er beliggende i det punkt estimat (OR /RR), og de større kasser betyder studier har relativt større indflydelse i de summariske skøn.

(A)% 5-MC, ( B) LINE-1, og (C) LINE-1 brugte samme målsekvens. Sammenhængen mellem blærekræft risiko og global DNA hypometylering (D). R: tilfældige effekter model. Resumé skøn blev beregnet på grundlag af en fast model effekter, medmindre andet er angivet.

Diskussion

Elleve undersøgelser blev anvendt i den foreliggende undersøgelse for at vurdere de samlede resultater. Disse undersøgelser har testet, om global DNA-methylering niveau i perifert blod DNA er en god markør for at detektere cancer. Global DNA hypometylering af blod leukocytter var forbundet med øget risiko kræft. Men foreningen varieres i overensstemmelse med de eksperimentelle metoder og region af DNA målrettet til måling globale hypometylering niveauer samt kræft type.

Tre eksperimentelle metoder blev identificeret til at måle globale DNA methylering niveauer i den foreliggende meta- analyse: Tre undersøgelser brugte% 5-mC; syv undersøgelser brugte LINE-1 med Pyrosekventering (6 undersøgelser) og en modificeret version af den kombinerede hydrogensulfit begrænsning analyse af LINE retrotransposable element 1 (LRE1) sekvens (1 studie); en undersøgelse analyserede methyl accept kapacitet af DNA ved hjælp af [3H-methyl] S-adenosylmethionin. Subgruppeanalyse i% 5-MC-metoden var homogen. Imidlertid LINE-1 fremgangsmåde og blærekræft, som var den eneste cancer type, der blev analyseret i mere end 3 undersøgelser, forblev signifikant heterogen. Mange analytiske metoder er blevet udviklet til at bestemme DNA methylering niveauer [48] – [51]. Methyl accept assay er baseret på evnen af ​​radioaktivt mærket methyl-inkorporering i DNA, således høj methylgruppe inkorporering indikerer lavere niveauer af DNA-methylering. Men høj dag-til-dag variation og unøjagtige DNA-koncentration som følge af vanskelighederne med at blande genomisk DNA-opløsning homogent er iagttaget, [52]. Den direkte måling af procentdele af 5-methylcytosin, blev anvendt i mange epidemiologiske undersøgelser til at estimere global DNA-methylering indhold anvendelse af omvendt-fase højtydende væskekromatografi (HPLC), væskekromatografi (LC) -massespektrometri eller højtydende kapillær elektroforese ( HPCE). Disse fremgangsmåder er meget kvantitativ og reproducerbar, men de er ikke egnet til epidemiologiske undersøgelser med stor prøvestørrelse og høj mængde DNA kræves for at give pålidelige resultater. Indførelse af natriumbisulfit omdannelse af genomisk DNA har revolutioneret analysemetoderne i methyleringsanalyse [13]. Desuden pyrosekventering hvilket er en høj-gennemløb og præcis metode er i øjeblikket tilgængelig [51]. Repetitive sekvenser omfatter store dele af det humane genom og er CpG-rige [53], [54]. Gentagne genomiske regioner som LINE-1 og Alu normalt methyleres i somatiske væv [55]. Derfor pyrosekventering med bisulfit behandlede DNA til at måle gentagne element methylering er blevet anvendt som surrogatmarkører for global DNA hypometylering.

I studiet af Choi et al. [41], globale DNA methylering niveauer blev målt med% 5-MC og LINE-1 i en pilotundersøgelse. Men begge metoder ikke korrelerer med hinanden, og methylering niveau LINE-1 viste ingen signifikante forskelle mellem sager og kontroller. Ingen statistisk signifikant sammenhæng mellem% 5-MC og LINE-1 kan skyldes den lave prøvestørrelse i en pilotundersøgelse, men korrelationskoefficienten var stadig meget lille (r = -0,204). Derfor kan LINE-1 ikke være hensigtsmæssigt at tjene som en følsom surrogatmarkør for global DNA-methylering. Desuden Nelson et al. [56] rapporterede, at methylering niveauer med LINE-1-metoden kan varieres afhængigt af mål-CpG-sekvensen og tværs prøver. CpG-sekvens, der ofte anvendes til LINE-1 er beliggende i 5′-regionen som ofte slettet uden at kende den nøjagtige frekvens; dermed antallet af elementer bruges til LINE-1 måling kan være forskellig på tværs prøver. Phokaew et al. [57] rapporterede, at LINE-1 methylering niveauer af hvide blodlegemer og normal oralt epitel var meget variable afhængigt af hvor målsekvensen er anbragt, men blev observeret lignende mønster i samme locus. Dette resultat tyder på, at målrette locus for LINE-1 methylering måling i normale væv skal forsigtigt valgt, men mængden af ​​variation af methylering niveauer på tværs prøver kan ikke være stor. Fem ud af 7 studier inddrage LINE-1 methylering i vores undersøgelse brugt den samme target sekvens for LINE-1, og de blev alle refereres fra Bollati et al. [58]. De sommerlige estimater af disse undersøgelser viste lidt heterogenitet og viste signifikant sammenhæng med kræftrisiko. Liao et al. [45] rapporterede samlede DNA methylering niveauer på 4 forskellige positioner; dog foreninger med risiko kræft var forskellige i hver position. Fordi blev udført på forskellige kræft steder, kan det ikke konkluderes, om eksperimentelle metoder var vigtigere end den kræftform i sammenhængen mellem kræftrisiko og global DNA methylering hjælp perifert blod. Disse resultater tyder på, at de eksperimentelle metoder, der anvendes til at kvantificere globale DNA methylering niveauer er vigtige faktorer i foreningen studiet med kræftrisiko.

Virkningerne af afvigende DNA methylering af promotor-regioner på kræftrisiko er forholdsvis klar. Men forholdet mellem global DNA hypometylering og kræft er ikke afgørende. Global DNA hypometylering er relateret til tidlige stadier af carcinogenese [7] – [9], tumor progression [29], eller begge [59]. Global hypometylering kan fungere som en årsag eller konsekvens af carcinogenese. Dog kunne de foreliggende resultater ikke bekræfte foreningen. De fleste undersøgelser (10 ud af 11 studier) havde en case-kontrol design. Det eneste kohorteundersøgelse i metaanalysen havde små cancer incidens sager og viste forskellige resultater med forskellige metoder.

DNA hypometylering i blodleukocytter af patienter med kræft kan være forårsaget af cirkulerende tumor-DNA [60]. Virkningerne af tumor-DNA på resultaterne af den foreliggende undersøgelse synes at være minimal. Aktive og aggressive tumorer frigive tumor-DNA, men hypometylering kan findes i tidlige stadier af cancer og tumor-DNA detekteres i plasmaet hos kræftpatienter men methylering niveauer blev vurderet ved anvendelse af blod leukocyt.

Begrænsningen af ​​denne undersøgelse er, at et lille antal publikationer opfyldte kriterierne for den nuværende meta-analyse, og at disse artikler var for det meste case-kontrol designede undersøgelser. Selvom den globale DNA hypometylering i blod leukocytter var forbundet med øget kræftrisiko i metaanalysen, kan global DNA hypometylering være nyttig som en biomarkør for kræft modtagelighed, men ikke et diagnostisk værktøj til kræft. Fordi det er svært at afgøre, cut-off punkt for hypometylering for en biomarkør for kræftrisiko, følsomheden og specificiteten af ​​den globale hypometylering om kræftrisiko kunne ikke bestemmes.

Sammenfattende global DNA hypometylering i perifert blod leukocytter kan betragtes som en biomarkør for kræftrisiko. foreningen med risiko cancer, kan imidlertid variere med eksperimentelle metoder og målregion af DNA til at måle globale hypometylering niveauer, og cancer type. Adskillige fremgangsmåder er tilgængelige til at måle den globale DNA-methylering, men er begrænset til epidemiologiske undersøgelser, som kræver teknikker, der er high-throughput, nøjagtige og økonomisk. Foretages yderligere undersøgelser for at belyse surrogatmarkører for globale DNA methylering niveauer, og at afgøre, om den globale DNA hypometylering er en markør for kræftrisikoen med store kohortestudier.