PLoS ONE: Vurdering Interaktioner af to Loci (rs4242382 og rs10486567) i familiær Prostata Cancer: Statistisk Evaluering af epistasis

Abstrakte

Forståelse af virkningen af ​​flere genetiske varianter og deres interaktioner på sygdommen penetrans af familiær multiple prostatakræft er meget relevant for den samlede forståelse af carcinogenese. Vi vurderede den kombinerede virkning af to loci på rs4242382 på 8q24 og rs10486567 på 7p15.2 til dette formål. Vi har analyseret data fra en finsk familie-baseret genetisk undersøgelse, der var sammensat af 947 mænd, herunder 228 tilfælde i 75 familier, til at vurdere de respektive virkninger af de to loci på sygdommen penetrans; i særdeleshed, blev forekomsten og antallet af prostatakræft sager inden for en familie bruges til at vurdere samspillet mellem de to loci under tilsætningsstoffet og multiplikative Poisson regressionsmodeller. Risikoen alleler A ved rs4242382 (OR = 1,14, 95% CI 1,08-1,19, P 0,0001) og en risiko allel A ved rs10486567 (OR = 1,06, 96% CI 1,01-1,11, P = 0,0208) blev fundet at være associeret med en øget risiko for familiær PRCA, især med fire eller flere tilfælde inden for en familie. En multiplikativ model monteret fælles effekt bedre end en additiv model (likelihood ratio test X

2 = 13,89, P 0,0001). Indflydelsen af ​​risikoen allel A ved rs10486567 var højere i nærvær af risikoen allel A ved rs4242382 (OR = 1,09 (1,01-1,18) vs. 1,01 (0,95-1,07)). Lignende resultater blev observeret i ikke-aggressive PRCA, men ikke i aggressiv PRCA. Vi viste, at to loci (rs4242382 og rs10486567) er stærkt associeret med familiær flere PRCA, og genet-genet interaktion eller statistisk epistasis var i overensstemmelse med Fishers multiplikative model. Disse loci Association og epistasis blev observeret for ikke-aggressiv, men ikke for aggressive tumorer. Den foreslåede statistiske model kan videreudvikles til at rumme flere loci interaktioner at give yderligere indsigt i epistasis

Henvisning:. Chen LS, Fann JC-Y, Chiu SY-H, Yen AM-F, Wahlfors T, Tammela TL, et al. (2014) Vurdering Interaktioner af to Loci (rs4242382 og rs10486567) i familiær Prostata Cancer: Statistisk Evaluering af epistasis. PLoS ONE 9 (2): e89508. doi: 10,1371 /journal.pone.0089508

Redaktør: Surinder K. Batra, University of Nebraska Medical Center, USA

Modtaget: August 12, 2013; Accepteret: 21 januar 2014; Publiceret: 25 feb 2014

Copyright: © 2014 Chen 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 Sigrid Juselius Foundation, Finlands Akademi (251.074), den finske Cancer organisationer og konkurrencedygtig forskning Finansiering af Pirkanmaa Hospital District (9N069) tilskud til JS De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre eller tilberedning af manuskriptet

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

Introduktion

genetisk disposition og familiær sammenlægning af prostatakræft (PRCA) er blevet påvist i adskillige undersøgelser; en dobbelt undersøgelse viste en meget høj arvelighed score [1]. Mænd med ét berørt første grads slægtning har en to gange så stor risiko for PRCA og endnu højere risiko for en tidlig indtræden af ​​PRCA sammenlignet med dem uden en sådan relativ [2], [3]. De seneste genom-dækkende forening studier har identificeret flere genetiske varianter i over 40 loci, der er signifikant associeret med en risiko for prostatacancer [4]. Oprindeligt blev disse varianter hovedsageligt findes i i alt fem kromosomale regioner; tre uafhængige regioner af 8q24, i en region af 17q12, og en region af 17q24.3 [5] – [9]. Det er imidlertid blevet rapporteret, at en familie historie er prædiktiv for risikoen for prostatacancer uafhængigt af effekten af ​​SNP’er i risikoen kromosomale regioner [1]. Ud over de regioner på kromosomerne 8 og 17, en specifik SNP i

JAZF1

gen ved 7p15.2 er gentagne gange blevet associeret med PRCA risiko [10] – [13]. Udover generelle risiko, særligt interesserede er dens rapporteret foreninger med tidlig debut, og aggressiv sygdom, samt med biokemisk tilbagefald, hvilket tyder på prognostisk betydning [14] – [16].

SNP kendt som rs10486567 ligger i intronen 2 i

JAZF1

, som koder for en transkriptionel repressor af NR2C2, et nukleart orphan-receptor, der udtrykkes kraftigt også i prostatacancer [13].

Fordi en række SNP’er er involveret i familiær risiko for prostatakræft, men deres uafhængige vigtigste virkninger forklarer kun en brøkdel af den observerede arvelighed, gen-gen interaktion mellem loci (afgang fra uafhængighed virkninger, der er kendt som epistasis i genetik og effektmodifikation i epidemiologi) giver en mulige forbedringer i forståelsen af ​​arvelige komponent af prostatacancer [17]. Af de identificerede SNPs, valgte vi to SNPs, en fælles og sammenhængende risiko SNP rs4242382 inden 8q24 på kromosom 8, og SNP rs10486567 inden

JAFZ1

på kromosom 7 med konsekvente foreninger i forskellige populationer og også med forskellige sygdomsområder udfald .

Vi havde til formål at evaluere effekten af ​​to loci på rs4242382 og rs10486567 om risikoen prostatakræft inden for en familie. Vi evaluerede også interaktioner mellem de to loci i additive og multiplikative modeller. Separate analyser blev også udført for aggressiv og ikke-aggressiv PRCA.

Materialer og metoder

Datakilder og studiedesign

De anvendte data for den følgende analyse er fra en population -baseret kohorte, der bestod af patienter diagnosticeret med prostatakræft i Pirkanmaa Hospital District og kontrolpersoner udvalgt fra de anonyme mandlige bloddonorer opnået fra det finske Røde Kors. Undersøgelsen design og indsamling DNA-prøven er blevet beskrevet i tidligere undersøgelser [18], [19]. De anvendes til familiær sammenlægning analyse af PRCA data blev afledt fra en finsk familie forsøg, der omfattede 947 patienter fra 76 familier med 2-6 familiemedlemmer (Figur 1). Vi brugte en familie-baserede studiedesign ved at dividere disse 947 emner i 719 upåvirkede pårørende og 228 tilfælde med PRCA. De ældste upåvirket sager blev udvalgt til kontrol fra hver familie. De gennemsnitlige aldre var 61,5 og 65,0 for upåvirkede slægtninge og sager, hhv. Blandt de 228 patienter med prostatakræft, 25% (N = 57) var klinisk fremskreden og havde Gleason Score≥7; de blev klassificeret som aggressive kræftformer. Gennem disse indeks tilfælde blev fundet i alt 228 sager prostatakræft blandt familiemedlemmer at have et resultat efter en Poisson regressionsmodel med genotyperne for de to loci, rs4242382 på 8q24 og rs 10.486.567 ved 7 p, defineret som de uafhængige variable.

Genotype

To loci, rs4242382 på 8q24 og rs 10.486.567 ved 7p15.2, med genotyperne AA, GA, og GG, blev udvalgt til analyse af de årsager, der er skitseret ovenfor. Risikoen allel A af rs4242382 på 8q24 er tidligere blevet rapporteret at være associeret med en aggressiv PRCA [2], [8], [19] – [24]. Risikoen allel G i rs 10486567 ved 7p15.2 på intron 2 i JAZF zink finger1 gen (

JAZF1

) er almindeligt observeret i europæerne [9].

Statistisk analyse

Hyppigheden af ​​de to SNPs blev udtrykt i procent. Hyppigheden af ​​genotypen AA eller GA versus GG er opført med antallet af berørte mænd for de to loci. Ved at tage antallet af PRCA tilfælde blandt familiemedlemmer til en proband som resultatet, vi brugte en multi-variabel Poisson regression model til at vurdere effekten af ​​genotyper AA /GA versus GG for de to SNPs om antallet af PRCA sager familien. Derudover har vi vurderet de gen interaktioner mellem de to SNPs under de to modeller af statistisk epistasis, den additive model og multiplikativ model foreslået af Fisher. Vi brugte sandsynligheden kvotientkriteriet med Akaike Information Criterion (AIC) foranstaltninger til at vurdere, om et tilsætningsstof eller en multiplikativ model monteret data bedre, når det omfattede to loci vs. kun én locus.

Resultater

Figur 1 viser familierne til 947 forsøgspersonerne, hvor 719 af dem var sunde og 228 diagnosticeret med PRCA. De omfattede 30 familier med to medlemmer med PRCA, 26 familier med tre, 12 familier med fire, seks familier med fem og to familier med seks familiemedlemmer diagnosticeret med PRCA.

De allelfrekvenserne blev beregnet som 6,4% AA (n = 61), 31,8% af GA (n = 301), og 61,8% af GG (n = 585) til rs4242382; 6,5% af AA (n = 61), 36,9% af GA (n = 348), og 57,6% af GG (n = 534) til rs10486567.

Hyppigheden af ​​risikoen allel A (AA eller GA ) ved rs4242382 steg fra 34,2% for familier med to PRCA tilfælde op til 53% for familie familier med mindst fem berørte medlemmer (tabel 1). Tilsvarende er frekvensen af ​​risikoen allel A ved rs10486567 steg fra 42,2% for familier med to berørte medlemmer til 49,4% for dem med fem eller flere tilfælde. En lige så stærk relation blev ikke fundet for risiko allelfrekvenserne, og antallet af aggressive PRCA tilfælde.

I Poisson regressionsanalyse overvejer alder som en forstyrrende faktor, er risikoen allel A ved rs4242382 var forbundet med en øget risiko for familiære multiple PRCA tilfælde (AOR = 1,19, 95% CI 1,08-1,19, P 0,0001, tabel 2). Hertil kommer, at risikoen allel A ved rs10486567 viste en signifikant, men lidt svagere effekt (AOR = 1,06, 95% CI 1,01-1,11, P = 0,0208).

Når de to loci blev anset samtidig i en additiv model, regressionskoefficienterne blev faldet lidt fra AOR = 1,14 (1,08-1,19) til AOR = 1,13 (1,08-1,19) for den risiko allelen A ved rs4242382, samt fra AOR = 1,06 (1,01-1,11) til AOR = 1,04 (1,00-1,09) for den risiko allelen A ved rs10486567. Tilføjelse enten risiko allel forbedret pasform af modellen på et statistisk signifikant niveau sammenlignet med en enkelt locus model (risiko allel A ved rs4242382 resulterede i X

2

(1) = 183,0093, P 0,0001, og A ved rs10486567 med X

2

(1) = 16,89, P 0,0001, tabel 1), hvilket tyder på, at virkningerne af de to risikofaktorer alleler var uafhængige i forbindelse med den additive model. Sammenlignelige resultater blev observeret for ikke-aggressiv PRCA, omend risikoen allel A ved rs4242382 var større indflydelse end risikoen allel A ved rs10486567 med sidstnævnte er ikke-signifikant (P = 0,74). For den aggressive PRCA, blev der ikke signifikant forbedring fundet til den fælles locus model, når de to-loci model blev brugt (P-værdier 0,46 og 0,49).

Den multiplikative model med en vekselvirkning betegnelse for de to SNPs monteret dataene betydeligt bedre end den tilsvarende additiv eller multiplikative modeller (P = 0,0002, tabel 3; AIC = 7713,23, se tabel S1 i File S1). En væsentlig forbedring blev også observeret for data fra ikke-aggressiv PRCA, men ikke fra den aggressive PRCA. Effekten af ​​risikoen allel A ved rs4242382 blev ændret af risikoen allel A ved rs10486567, som vist i tabel 3 sammen med resultaterne af hvert locus lagdeling fra den anden risiko allel A for PRCA og ikke-aggressiv PRCA. Virkningen af ​​risikoen allel A ved rs10486567 var stærkere i nærvær af risikoen allel A ved rs4242382 (AOR = 1,09, 1,01-1,18 vs. 1,01, 0,95-1,07), hvilket indikerer en synergistisk epistasis (tabel 4). En lignende fund blev observeret for effekten af ​​rs4242382 i forhold til rs10486567 (AOR = 1,18, 1,10-1,27, i mangel af sidstnævnte vs. 1,09, 1,02-1,16, når du bærer begge). En sådan effekt på modifikation risiko mellem de to loci blev også observeret for ikke-aggressiv PRCA.

Figur 2 viser sandsynligheden for at have mindst fire PRCA tilfælde blandt familiemedlemmer forudsagt af Poisson regressionsmodel. De, der havde allel en risiko på både rs4242382 og rs10486567 viste højere sandsynlighed for at have mindst fire berørte slægtninge. Figur 3 viser også sandsynlighederne for at have mindst fire PRCA tilfælde blandt familiemedlemmer i kombination med at have allel en risiko på rs4242382 og på rs10486567. De, der bærer risikoen allelen for både loci havde en 13% højere risiko for at have mindst fire PRCA tilfælde blandt familiemedlemmer end dem, der ikke bærer risikoen allelen.

A. Risikoen for at få multiplex prostatakræft familier med SNP rs4242382. B. Risikoen for at få multiplex af prostatakræft tilfælde i en familie for SNP af rs10486567

Diskussion

På trods af talrige undersøgelser vedrørende genetisk disposition for prostatakræft, meget få undersøgelser er blevet udført for at vurdere virkningerne interaktioner (epistasis) på sygdommen penetrans ved hjælp af state-of-the-art statistisk analyse af fælles virkninger. Desuden er vores endepunkt var flere PRCA sager inden for en familie, der er sjældent blevet undersøgt. Epistasis i genotype er defineret som samspillet mellem flere gener eller loci, og denne fælles genetiske virkning kan være den faktor bag “missing arveligheden”, et fænomen forbundet med uforklarlige del af arvelig kræft modtagelighed, som er observeret i PRCA. I den aktuelle undersøgelse, brugte vi familie-baserede data til at undersøge effekten af ​​to loci, rs4242382 på 8q24 og rs10486567 på 7p15.2, på flere PRCA sager inden familier med Poisson regression metode til at sammenligne additive og multiplikative modeller. Vi viste en statistisk signifikant forbindelse mellem de to individuelle loci og multipel PRCA, samt en synergistisk gen-gen interaktion mellem de to risikofaktorer alleler. Gene-gen interaktioner var statistisk signifikant under begge modeller, men den multiplikative model forudsat en bedre pasform end den additive model med hensyn til sandsynligheden kvotientkriteriet med AIC kriterium. De genetiske interaktioner (fælles effekt af rs4242382 på 8q24 og rs10486567 på 7p15.2) resulterede i en positiv statistisk epistasis (ekstraudstyr) i den multiplikative model, men en lidt negativ epistasis (antagonistisk effekt) i tilsætningsstoffet model. Denne statistiske epistasis blev også observeret for ikke-aggressiv PRCA, men ikke for den aggressive PRCA.

Vores resultater for rs4242382 på 8q24 og rs 10.486.567 ved 7p15.2 stemte overens med hele genomet undersøgelse, hvor risikoen allel a af rs4242382 på 8q24 førte til en stigning i risikoen for ikke-aggressiv PRCA og en 66% risiko stigning i den aggressive PRCA sammenlignet med kontrolgruppen 41%; risikoen allel G i rs10486567 på 7p15.2 var forbundet med et fald på 18% i ikke-aggressiv PRCA og 8% fald i den aggressive PRCA [13]. Sammenhængen mellem rs4242382 på 8q24 og risikoen for prostatakræft har konsekvent rapporteret i en række genom-dækkende undersøgelser [2], [8], [20] – [24]. Risikoen allel G i rs10486567 rapporteres som den største allel i europæerne. I vores undersøgelse af frekvensen af ​​risikoen allel G var ca. 75%. Imidlertid har retningen af ​​sammenhængen mellem rs10486567 på 7p15.2 og risikoen for prostatakræft ikke været konsekvent i flere studier. Resultaterne, der er offentliggjort af Thomas et al. [13] samt vores studie, indikerer en omvendt sammenhæng; i modsætning hertil har flere andre vist en positiv association [15], [24]. SNP rs10486567 beliggende inden intron 2 af

JAZF

1 genet på kromosom 7p15.2 koder for et tre C2-H2-typen zinkfingerproteinet, hvilket er en transkriptionel repressor af NR2C2, et nukleart orphan-receptor, der udtrykkes kraftigt i prostatavæv og samvirker med androgenreceptoren. Der er ikke nogen biologisk tolkning for de funktionelle konsekvenser af JAZ1 i prostata carcinogenese. Det er blevet rapporteret, at

JAZF

1 er en bestanddel af genfusion med

SUZ

12, som findes i endometrial stromal tumor. Den omvendt sammenhæng findes i både Thomas og vores studie kan skyldes den øgede risiko for T2D, som er blevet rapporteret at være omvendt forbundet med PRCA [13]. Området på 8q24 er forbundet til mange cancertyper, for eksempel bryst-, tyktarms- og blærekræft, foruden PRCA, og området er vist at have flere regulatoriske varianter. Derfor er det muligt, at SNP’er her analyserede eller andre SNP’er i koblings-uligevægt nær de testede dem påvirker ekspressionen af ​​genet de boede i, muligvis fungerer som regulatorer til det andet gen. Også,

JAZF1

vides at have alternativt splejsede varianter, som koder for forskellige protein-isoformer, men ikke alle varianter er blevet fuldstændigt karakteriseret. Disse kan være vævstype og /eller SNP specifikke. Dog kan der ikke foretages eksplicitte konklusioner om samspillet mellem disse varianter uden yderligere funktionel validering. Resultaterne præsenteres her var fra et relativt lille prøvesæt, og derfor yderligere undersøgelser er berettiget, også i andre populationer.

En familie-baserede studie design er ideel til at vurdere den uafhængige genetiske indflydelse af flere SNPs og deres fælles effekter med andre genetiske determinanter på sygdommen penetrans mellem flere PRCA tilfælde. Det kan også give et indblik i de funktionelle og evolutionære konsekvenser af epistasis.

Vi testede gen interaktioner mellem de to loci, rs4242382 på 8q24 og rs 10.486.567 ved 7 p, under Fisher model af statistisk epistasis, og vi fandt at den multiplikative model monteret resultaterne bedre end den additive model. Dette tyder på tilstedeværelsen af ​​bindingsuligevægt for disse to loci [17]. Imidlertid blev en negativ epistasis fundet i forbindelse med en additiv model, mens den multiplikative model foreslog en positiv epistasis. Forskellige målinger for epistasis kan føre til forskellige fortolkninger; model-afhængighed af fælles virkninger er blevet godt etableret i epidemiologi og biostatistik [17]. Efter aftale med en tidligere undersøgelse om forlængelse af fælles epistasis model med forskellige klasser af statistiske modeller [17], vi fandt også, at tilføje forskellige loci ville give forskellige resultater. For eksempel i vores additiv model, en optagelse af rs10486567 ændrede ikke effekten af ​​rs4242382, mens tilføje rs4242382 væsentligt påvirket indflydelse rs10486567. Et lignende fænomen blev observeret i den multiplikative model. Imidlertid var dette epistasis kun observeret i ikke-aggressiv PRCA, men ikke i den aggressive PRCA, hvilket tyder på, at ikke kan anvendes evalueringen af ​​de to loci for identifikation af familier med risiko for at udvikle aggressiv PRCA i den finske befolkning. Det kan afspejle, at begge SNPs oprindeligt blev anset for at være forbundet med PRCA risiko kun, ikke sygdom resultat, og at de senere foreninger med resultatet sygdom faktisk afspejler andre, endnu ukendte, og muligvis population-specifikke interaktioner.

som konklusion foreslog vi en familie-baseret studie design for at påvise effekten af ​​de tidligere rapporterede SNP på 8q24, kendt som rs4242382, om risikoen for flere PRCA. Vores resultater tyder på en vekselvirkning mellem rs4242382 og rs10486567 i både multiplikative og additive modeller. Den foreslåede metode er nyttig til identifikation af relevante varianter i stærke LD med SNP af interesse samt kvantificere epistasis mellem to loci påvirker penetrans af komplekse sygdomme og deres karaktertræk.

Støtte Information

File S1.

Tabel S1, Sandsynlighed kvotientkriteriet for to loci med og uden interaktion modeller af prostatakræft. Tabel S2, Sandsynlighed kvotientkriteriet for to loci med og uden interaktion modeller af ikke-aggressiv prostatakræft. Tabel S3, Sandsynlighed kvotientkriteriet for to loci med og uden interaktion modeller af aggressiv prostatakræft

doi:. 10,1371 /journal.pone.0089508.s001

(DOC)