【佳學基因檢測】腫瘤轉(zhuǎn)移性基因檢測需要測定哪些位點？

轉(zhuǎn)移性腫瘤的基因突變特點

佳學基因腫瘤轉(zhuǎn)移性特點基因檢測成功從556名入組患者中獲得537例活檢樣本,并在500例轉(zhuǎn)移性癌癥患者中獲得完整的測序結(jié)果,成功率為93%。失敗原因包括活檢中缺乏腫瘤組織(37例,6.6%)、無法獲得活檢材料(19例,3.4%;患者拒絕活檢、體能狀況差、無法成像活檢部位、活檢不安全、組織量不足或參加其他臨床試驗)。大多數(shù)患者468例(93.6%)來自佳學基因腫瘤正確醫(yī)學850基因檢測組，但也有來自其他21家機構(gòu)的患者入組?；颊呷丝诮y(tǒng)計學數(shù)據(jù)為258例(51.6%)男性、242例女性(48.4%)、460例(92%)高加索人、40例(8%)非高加索人。隊列中位年齡為59歲,年齡范圍18-86歲。

通過下圖1描繪了MET500隊列中的癌癥類型(n=20)。腫瘤轉(zhuǎn)移大數(shù)據(jù)隊列中前三大癌癥類型包括93例(18.6%)轉(zhuǎn)移性前列腺癌、91例(18.2%)轉(zhuǎn)移性乳腺癌和42例(8.4%)軟組織肉瘤。還有25例(5%)原發(fā)不明癌(CUP)。

圖1：轉(zhuǎn)移性腫瘤的類型

圖2突出顯示了MET500隊列中分析的多種轉(zhuǎn)移部位(n>30)。賊常見的轉(zhuǎn)移部位包括134例肝臟、114例淋巴結(jié)、46例肺、42例骨和32例腹腔實質(zhì)/腹水/胸腔積液。

對于每位患者,佳學基因檢測在腫瘤和體細胞DNA上進行了配對的外顯子組測序,以鑒定可能的致病性變異并確定其為體細胞或生殖系來源。腫瘤和正常外顯子組的平均目標覆蓋深度分別為180X和120X。平均腫瘤含量為62%。在目標區(qū)域內(nèi),轉(zhuǎn)移性腫瘤的基因解碼平均在每位患者身上發(fā)現(xiàn)119個體細胞突變。對于大多數(shù)癌癥類型,與TCGA中的原發(fā)腫瘤相比,轉(zhuǎn)移灶中的突變數(shù)量顯著增加(圖3)。這種差異在原發(fā)期突變負擔較低的腫瘤類型中更為明顯,例如前列腺癌或腎上腺癌。為鑒定賊常見的、因此可能是致病性的遺傳改變靶點,佳學基因?qū)魏塑账嶙儺?SNV)、拷貝數(shù)變異(CNV)和基因融合進行了綜合分析。對于每位患者和每個基因,轉(zhuǎn)移性腫瘤基因解碼根據(jù)失活突變頻率的增加和專家知識,將賊常見的突變基因分類為潛在的腫瘤抑制基因或癌基因(圖4)?；蚪獯a發(fā)現(xiàn)腫瘤抑制基因和癌基因均呈現(xiàn)長尾突變譜。TP53(266,53.2%)、CDKN2A(80,16%)、PTEN(79,15.8%)和RB1(68,13.6%)是賊常見的突變腫瘤抑制基因,而賊常見的突變癌基因包括PIK3CA(67,13.4%)、AR(63,12.6%)和KRAS(51,10.2%)?？偟膩碚f,腫瘤抑制基因在許多癌癥類型中發(fā)生改變(如TP53和RB1),而癌基因則更多與特定癌癥類型相關(如AR或GNAS)。基因解碼進一步將變異頻率與原發(fā)腫瘤的情況進行了比較,發(fā)現(xiàn)突變負擔的增加(圖3)與賊常見基因的遺傳異常頻率增加相一致(圖4)。

圖3：不同轉(zhuǎn)移性腫瘤的突變負荷

圖4：轉(zhuǎn)移腫瘤中的抑癌基因突變

轉(zhuǎn)移腫瘤所存在胚性突變

通過測序配對的體細胞DNA,我們鑒定出61例個體(12.2%)中涉及18個基因的63個推定致病性生殖系突變(PPGM),根據(jù)ClinVar專家的評審定義(圖2a)。其中包括30個有害的錯義突變、8個無義突變、20個框移突變和5個有害的剪接位點突變。75%的PPGM位于與DNA修復相關的基因,其中賊常見的是MUTYH(n=10,16%)、BRCA2(n=9,14%)、CHEK2(n=9,14%)和BRCA1(n=5,8%)。在DNA修復通路之外,佳學基因觀察到APC(n=6,9.5%)、MITF(n=5,8%)和HOXB13(n=3,5%)等其他基因中也存在PPGM。在鑒定的63個致病性等位基因中,5個等位基因此前未被報道,其余等位基因在ClinVar中已有致病性或可能致病性的注解記錄。在本研究中鑒定出PPGM的61例個體中,30例(49%)在腫瘤基因組中存在體細胞第二等位基因的異常,包括缺失雜合性,并表現(xiàn)出與致病性一致的分子表型(補充表4)。其余病例為所鑒定等位基因的攜帶者狀態(tài)。

轉(zhuǎn)移性腫瘤的胚系突變

a. MET500隊列中鑒定出的致病性生殖系改變。與DNA修復通路相關的變異用藍色陰影表示,而"其他"改變則用紅色陰影表示。

b. MET500隊列中鑒定出的致病性生殖系變異的基因水平示意圖。

接下來,我們將在MET500隊列中發(fā)現(xiàn)的PPGM基因的頻率與外顯子組聚合聯(lián)盟(ExAC)(http://exac.broadinstitute.org/)匯編的52,790例個體的群體頻率(不包括TCGA癌癥樣本17)進行了比較。任何PPGM在轉(zhuǎn)移性癌癥中出現(xiàn)的比值顯著超過了ExAC所包含人群中的比值(OR=3.00,2.28-3.9,P=1×10-13)。在轉(zhuǎn)移序列中富集的分析基因包括BRCA1、BRCA2、APC、CHEK2、MITF、MLH1、NBN和RB1。

轉(zhuǎn)移腫瘤的融合基因突變譜

為鑒定激活性和失活性基因融合,轉(zhuǎn)移性腫瘤基因突變基因解碼分析了來自496例轉(zhuǎn)移性腫瘤RNA的868個轉(zhuǎn)錄組文庫。這些融合連接點涉及12,027對獨特基因?qū)?平均每個腫瘤34個基因融合,源自各種結(jié)構(gòu)異常(圖3a)。不同腫瘤類型的融合負擔存在較大差異。199例(39.8%)至少harbored一個推定致病性融合,其中138個是激活性融合,103個是有害融合。激活性融合可分為DNA結(jié)合(n=88)、蛋白激酶(n=29)和信號轉(zhuǎn)導(n=21)(圖3b)。失功能融合可分為典型腫瘤抑制基因(n=59)、染色質(zhì)修飾基因(n=35)和參與細胞粘附的基因(n=9)。賊常見的融合腫瘤抑制基因是NF1(n=18)、TP53(n=11)、PTEN(n=11)和RB1(n=6)。有趣的是,佳學基因在轉(zhuǎn)移性癌癥中鑒定出一系列8對新的融合對,基因解碼認為這些融合對具有致病性(圖3c)。其中包括帶有新合作伙伴的激活性FGFR、BRAF和ALK融合,擴展了這些可臨床靶向的融合的融合伙伴和癌癥類型范圍。具有功能域的新基因融合包括子宮平滑肌肉瘤的GREB1-NR4A3、舌頭多形性低級腺癌的POC5-PRKD1和未分化高級肉瘤的CIC-CITED1。Notch融合分為兩類,預計對γ-分泌酶抑制劑敏感(如NOTCH2-SPAG17)和不依賴于γ-分泌酶加工的融合(如PARS2-NOTCH2)。

佳學基因轉(zhuǎn)移性腫瘤基因解碼的優(yōu)勢特點

 

測序成本的降低導致將綜合測序廣泛應用于癌癥研究和正確腫瘤學。因此,佳學基因解碼建立了實時臨床測序計劃來探索臨床轉(zhuǎn)化的實際挑戰(zhàn),同時描繪晚期癌癥的基因組景觀。由此產(chǎn)生的 MET500 隊列代表了對廣泛轉(zhuǎn)移性癌癥的遺傳和轉(zhuǎn)錄組異質(zhì)性的新穎評估。

轉(zhuǎn)移性癌癥在不同譜系中的突變頻率分布極為長尾,只有較少的基因以較高頻率發(fā)生突變。佳學基因轉(zhuǎn)移腫瘤基因解碼發(fā)現(xiàn)12.2%的病例harbored潛在致病性的生殖系變異,其中大部分(75%)與 DNA 修復通路有關。DNA 修復通路的突變具有治療意義;高突變腫瘤可能響應免疫檢查點抑制劑,而HR缺陷可能提示對PARP抑制劑敏感?？赡苤虏⌒陨诚底儺惖母呋疾÷侍崾?應考慮為轉(zhuǎn)移患者進行遺傳咨詢和相關的生殖系檢測。

通過整合全外顯子組測序和RNA測序,轉(zhuǎn)移性腫瘤基因解碼能夠證明轉(zhuǎn)錄組分型提供了臨床重要且補充的分子信息。佳學基因的分析結(jié)果展示了如何在臨床環(huán)境中應用RNA測序來表征基因融合、基因表達異常值、轉(zhuǎn)錄通路和免疫微環(huán)境。在MET500隊列中,37%的病例harbored推定驅(qū)動性融合或腫瘤抑制基因的失活性融合。RNA-seq數(shù)據(jù)在表征活躍于腫瘤細胞的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡以及轉(zhuǎn)移腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮了重要作用,并提示轉(zhuǎn)移性腫瘤顯著去分化,但保留一些組織和癌癥特異性的基因表達模式。通過基因解碼能夠區(qū)分兩種不同類型的轉(zhuǎn)移:增殖型和EMT型。有趣的是,增殖型腫瘤與代謝增加和應激反應有關,而EMT型腫瘤與炎癥相關的簽名有關。

在免疫療法背景下,機制驅(qū)動的生物標記物能夠闡明特定的免疫檢查點或免疫逃逸機制尤其有價值。然而,免疫生物標記物需要描繪包括腫瘤基因型(如突變負擔)、表型(如PD-L1表達)和宿主應答(如存在CD8+T細胞)在內(nèi)的復雜疾病狀態(tài)。為實現(xiàn)全面的免疫基因組分型,佳學基因解碼利用了DNA和RNA測序數(shù)據(jù),使得基因解碼不僅能夠表征腫瘤基因型,還能夠表征宿主免疫反應的表型。佳學基因的結(jié)果證明了利用RNA-seq數(shù)據(jù)區(qū)分免疫學和潛在臨床上不同亞型的轉(zhuǎn)移性腫瘤的可行性,突出了臨床RNA測序在監(jiān)測腫瘤微環(huán)境和指導免疫療法方法方面的潛力。

腫瘤的基因解碼將轉(zhuǎn)移性癌癥隊列的分子特征與原發(fā)癌癥隊列進行了比較,但并未利用來自個體病例的原發(fā)和轉(zhuǎn)移活檢的配對樣本。對配對樣本的測序可能會進一步闡明腫瘤演化、治療耐藥和免疫相互作用背后的過程。

轉(zhuǎn)移性腫瘤的基因解碼所代表的轉(zhuǎn)移性實體腫瘤隊列是針對原發(fā)癌癥所開展研究的有力補充。轉(zhuǎn)移性癌癥在遺傳、轉(zhuǎn)錄組和微環(huán)境水平上均具有高度異質(zhì)性。因此,晚期癌癥治療的重大進展將取決于我們學習轉(zhuǎn)移性異質(zhì)性的治療意義并開發(fā)出能夠?qū)⒒颊吲c賊有前景的療法相匹配的篩查方法和臨床試驗設計的能力。

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