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不吸烟者肺癌的基因组和进化分类

摘要

从不吸烟者肺癌(LCINS)是癌症死亡的常见原因,但其基因组图谱的特征尚不明确。在这里,232个LCINS的高覆盖率全基因组测序显示了3个由拷贝数畸变定义的亚型。在吸烟者肺癌中罕见的显性亚型(piano),具有体细胞UBA1突变、种系AR变异和干细胞样特性,包括低突变负担、高肿瘤内异质性、长端粒、频繁的KRAS突变和缓慢的生长,这表明癌症驱动者的祖细胞在肿瘤诊断前多年就已经出现。其他亚型的特征是特异性扩增和EGFR突变(中强)和全基因组加倍(强)。即使在接触二手烟草烟雾的情况下,也没有发现强烈的烟草吸烟特征。受体酪氨酸激酶- ras通路内的基因对存活有明显影响;五种基因改变各自使死亡率增加了一倍。这些发现为LCINS的个性化治疗开辟了途径。

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图1:TMB从Sherlock-和来自TCGA研究的33种癌症类型
图2:LCINS的基因组特征。
图3:基于SCNAs的LCINS基因组分类。
图4:《神探夏洛克》突变过程的全景图
图5:Sherlock-被动吸烟者和非被动吸烟者的突变谱比较
图6:在三种肺癌亚型中,基于SCNA集群的重音、中音和钢琴,相对于WGD的重要SCNA(包括染色体增益/损失和突变)的估计排序图。
图7:LCINS的进化史重建。
图8:从不吸烟的肺癌患者基因组畸变与临床结果之间的关系。

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数据可用性

WGS数据集的232份正常和肿瘤配对的原始数据(BAM文件)已存入dbGaP,登记号为:phs001697.v1.p1。研究人员需要获得dbGaP的授权才能下载这些数据。RNA-seq原始数据(FASTQ文件)已提交给Gene Expression Omnibus,登录号为:GSE171415。EAGLE全外显子组测序研究的种系变异数据集可在dbGaP访问,登录号为:phs002496.v1.p1。此外,这些肿瘤的组织学图像可以在https://episphere.github.io/svs上找到。本研究使用的公共数据集包括gnomAD v.2.1.1/ExAC v.0.3.1 (https://gnomad.broadinstitute.org/)、1000 Genomes (phase 3 v.5, https://www.internationalgenome.org/)和dbSNP (v.138, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/snp/)。

代码的可用性

WGS亚克隆拷贝号主叫代码见https://github.com/Wedge-lab/battenberg (v.2.2.8)。体细胞突变过滤的代码可以在https://github.com/xtmgah/Sherlock-Lung上找到。基于Dirichlet过程的肿瘤亚克隆重建方法的代码可在https://github.com/Wedge-lab/dpclust (v.2.2.8)找到。突变签名分析的代码可以在https://pypi.org/project/sigproextractor/ (SigProfilerExtractor v.0.0.5.77)上找到。推断基因组事件顺序的代码可以在https://github.com/hturner/PlackettLuce (v.0.2-2)上找到。时间顺序分析的代码可以在https://gerstung-lab.github.io/PCAWG-11/上找到。P-MACD的代码可以在https://github.com/NIEHS/P-MACD上找到。

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致谢

这项工作得到了国家癌症研究所癌症流行病学和遗传学部校内研究计划和国家环境健康科学研究所校内研究计划的支持(项目编号:Z01 ES050159至S.H.W.和Z1AES103266至D.A.G.),国立卫生研究院(NIH)。本项目全部或部分由美国国立卫生研究院国家癌症研究所的联邦基金资助,合同号为75N91019D00024和HHSN261201800001I。本出版物的内容不一定反映美国卫生与公众服务部的观点或政策,也不提及商品名称、商业产品或组织意味着美国政府的认可。这项研究得到了惠康信托核心奖的支持,资助号:203141/Z/16/Z,由国家卫生研究所牛津生物医学研究中心资助。L.B.A.是Abeloff V学者,他个人得到Alfred P. Sloan研究奖学金和Packard科学与工程奖学金的支持。L.B.A.实验室的研究是由国家环境健康科学研究所资助的。R01ES032547。所表达的观点是作者的观点,不一定是国家卫生服务、国家卫生研究所或卫生部的观点。来自法国拉瓦尔大学心血管与肺病研究所(IUCPQ)的样本收集得到了IUCPQ基金会的支持。GR项目2010-2316264支持L.A.M.为Casa Sollievo della soffferenza提供样品收集。A.L.M.由Damon Runyon癌症研究基金会博士后奖学金(no. 1)资助。DRG:2368-19)和Burroughs Wellcome基金博士后充实计划奖(no. 2368-19)。1019903)。C.F.K.的部分资金来自于第11号拨款。R35HL150876-01,美国肺脏协会胸科基金会,埃里森基金会;LCD-619492)和哈佛干细胞研究所。N.L-B。承认来自欧洲研究理事会的资助(合并拨款号:682398)。P.H.部分由癌症研究控制协会(CANC 'AIR基因暴露组学项目)提供支持。这项工作得到了H. Lee Moffitt癌症中心和研究所的组织核心的部分支持,这是一个由国家癌症研究所指定的综合性癌症中心,部分资金由Moffitt癌症中心支持基金(no. 5)资助。P30-CA076292)。B.E.G.R.由NIH资助号1P50 CA196530-01和NIH 1K08 CA151645-01支持。我们感谢Sherlock-Lung研究科学顾问委员会(M. Meyerson, J. Samet, M. Spitz, R. Summers, M. Thun和W. Travis)的支持。我们还要感谢多伦多大学的Y. Rubanova对TrackSig分析的帮助。我们感谢IUCPQ大学拉瓦尔生物银行、尼斯生物银行资源生物中心、耶鲁大学和莫菲特癌症中心和研究所的工作人员在收集样本和相应临床数据方面的宝贵帮助。这项工作利用了NIH高性能计算能力Biowulf集群(http://hpc.nih.gov)的计算资源。

作者信息

作者及单位

作者

贡献

M.T.L.和T.Z.对这项研究进行了概念化。陈志强,石志强,陈志强。, b.z., n.a.p.。, N.L-B。, B.Z S.H.W。,Y.P H.C,西奥多。罗斯福,湄,D.A.G L.B.A.和M.T.L.设计方法。T.Z N.A-P。, w.z., p.h.h., r.l., k.h.-h。, A.G.-P。, F.M.-J。I.P交流。,j .唱j .史j.k., n, L.J.K, S.M.A.I, B.O A.L.M. a.k.和C.F.K.正式进行分析。a.h., n.c., j.c., D.H.和K.M.B.进行了实验室工作。M.O, s.m.l., m.d., p.l., P.M.S.B.和J.S.A.进行了病理工作。Y.B P.J。、泵房,A.C.P, L.A.M, B.E.G.R, M.L.P,司仪,m.b. N.E.C,马丁和S.J.C.管理资源。m.k., L.M.和J.R.负责整理数据。T.Z.和M.T.L.写了最初的草稿。d.c.w., s.j.c., y.b.b., q.l, n.r.r., m.g.c。, d.a.g., l.b.a., n.l.b.b.。, b.z., Sang, j.s hih, Shi, t.z., P.H.H., M.T.L.审查和编辑了初稿。所有作者都进行了数据可视化。M.T.L.监督了这项研究。

相应的作者

与玛丽亚·特蕾莎·兰迪的通信。

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有利益冲突。

额外的信息

同行评议信息《自然遗传学》感谢匿名审稿人对这项工作的同行评议所做的贡献。同行评审报告是可用的。

施普林格·自然对已出版地图的管辖权要求和机构关系保持中立。

扩展数据

图1 Sherlock- RTK-RAS通路的基因组变化

a, Oncoplot显示RTK-RAS通路内基因的互斥性,用于定义RTK-RAS状态。底部条形图显示肿瘤的组织学类型。b, RTK-RAS阴性和阳性肿瘤的基因组特征比较。剩下四个面板:肿瘤突变负荷、SCNAs基因组百分比、SV负荷和T/N TL比。p值采用双侧Mann-Whitney U检验计算;中间三个组:Kataegis事件、WGD事件和BRCA2 LOH的富集。p值和OR采用Fisher精确检验(双侧)计算;右图:每个SBS签名的贡献。

扩展数据图2TP53《神探夏洛克》之路

a, Oncoplot显示TP53突变和MDM2扩增之间的互斥性,用于定义TP53精通组和缺陷组。底部条形图显示肿瘤的组织学类型。b, tp53精通与tp53缺乏肿瘤的基因组特征比较。剩下三个面板:肿瘤突变负荷,SCNA基因组百分比和SV负荷。p值采用双侧Mann-Whitney U检验计算。中间四组:BRCA1 LOH富集、Kataegis事件、WGD事件和HLA LOH。p值和OR使用Fisher精确检验(双侧)计算。右图:每个SBS签名的贡献。

图3 Sherlock-中SV断点的递归

使用5mb作为整个基因组的窗口来计算染色体断点的频率。

图4基于不同SCNA集群的LCINS基因组特征总结。

面板从上到下描述:1)最常突变或潜在驱动基因;2)致癌融合;3)表面活性剂相关基因的体细胞突变;4)显著的局灶性scna;5)显著的臂级scna;6)罕见种系突变基因;7)和8)其他基因组特征。右面板上的数字显示了总体频率(1-7)或中位数(8)。NRPCC:每个克隆拷贝的读取次数。

图5 Sherlock-中具有正选择信号的基因

a,根据IntOGen q值<0.05 (y轴)和队列中突变频率(x轴)显示显著突变基因的散点图。基因的颜色是根据它们在肿瘤发生中推断的作用模式。b,复发性非同义驱动突变(≥2例)。

图6 Sherlock-的显性内源性过程

a、原始突变谱与基于参考特征重构突变谱的余弦相似度密度图(从上到下):65个COSMIC SBS特征、22个内源性过程的COSMIC SBS特征、53个环境暴露的MutaGene SBS特征,以及包含22个内源性和53个环境暴露特征的组合特征。b,使用内源性和外源性特征(类似于a)比较原始突变谱和重建突变谱之间的余弦相似度。每个点代表一个样本。大小和颜色分别代表突变总数和肿瘤组织学类型。

图7 T/N TL比值与Sherlock-体细胞改变的关系

a,平均端粒长度(TL)在Sherlock-Lung(深蓝色,总体,按组织学类型),TCGA LUAD(绿色,总体,按吸烟状况)和TCGA其他癌症类型(灰色)中的分布。每种类型的总样本数显示在顶部。误差条,95% ci来自线性混合模型。b,散点图显示T/N TL比值与体细胞改变之间的关系。关联p值(双侧t检验;使用Benjamini-Hochberg方法调整的FDR在y轴上显示。标记FDR <=0.1或T/N TL比>1.1或<0.9的基因组改变,并在显著时进一步用红色突出显示(FDR=0.05;水平虚线)。c,体细胞改变与缩短T/N TL(包括Chr22q Loss, Chr9p/q Loss或HLA LOH)显著相关的肿瘤组中每个SCNA簇的比例。

图8 Sherlock-的同源重组缺陷(HRD)

a, HRDetect夏洛克肺样本的分数。HRD-high: >0.7, HRD-low: < 0.005。b、HRDetect评分低于0.7 (N组)和高于0.7 (Y组)的样本间总索引数、微同源缺失数、SVs和snv的比较。p值采用双侧Mann-Whitney U检验计算。对于箱形图,中线表示中位数;框限表示第25和75百分位;胡须从第25和第75个百分位数延伸到四分位数范围的1.5倍。

图9 Sherlock- HRD相关基因的基因组改变

a, HRD相关基因的基因组改变的肿瘤图,包括种系突变、体细胞突变和LOH。双等位基因改变的样本用两种不同颜色的条表示。底部条形图显示肿瘤的组织学类型。b, 6个HR相关基因在有和没有LOH的肿瘤中HRDetect评分(上)和SBS突变负荷(下)的箱形图。FDR的计算采用双侧Mann-Whitney U检验,并基于Benjamini & Hochberg方法进行多重检验修正。对于箱形图,中线表示中位数;框限表示第25和75百分位;胡须从第25和第75个百分位数延伸到四分位数范围的1.5倍。

补充信息

补充信息

补充说明、方法和图1-38。

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引用本文

Zhang, T., Joubert, P., Ansari-Pour, N.等。不吸烟者肺癌的基因组和进化分类。中国生物医学工程学报,2016,33(2):444 - 444。https://doi.org/10.1038/s41588-021-00920-0

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  • 收稿日期:2020年11月25日

  • 录用日期:2021年7月15日

  • 发布日期:2021年9月6日

  • 发行日期:2021年9月

  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41588 - 021 - 00920 - 0

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