PLoS ONE: Autisme forbundet med øget Oncogene Mutationer men Nedsat Cancer Rate

Abstrakt

Autisme spektrum forstyrrelse (ASF) er en fænotypisk aspekt af mange monogeniske, arvelige cancer syndromer. Pleiotropiske effekter af kræft gener på autisme fænotype kunne føre til nyorientering af onkologi medicin til behandling af dette stadig mere udbredt neurologisk lidelse, for hvilken der i øjeblikket ikke behandling. For at udforske denne hypotese vi søgte at opdage, om autistiske patienter har oftere sjælden kodning, er single-nukleotid varianter inden tumor suppressor og onkogener og hvorvidt autistiske patienter oftere diagnosticeret med neoplasmer. Exome-sekventering data fra arra Autisme Sequencing Collaboration blev sammenlignet med en kontrol kohorte fra Exome Variant Server-databasen afslører, at sjældne, kodning varianter inden onkogener blev beriget i den arra ASD kohorten (p 1,0×10

-8 ). I modsætning hertil blev varianter ikke signifikant beriget i tumorsuppressorgener. Fænotypisk, børn og voksne med ASF udstillet en beskyttende virkning mod kræft, med en frekvens på 1,3% vs. 3,9% (p 0,001), men den beskyttende virkning faldt med alderen. De odds ratio på neoplasma for dem med ASF i forhold til kontroller var 0,06 (95% CI: 0,02, 0,19; p 0,0001) i 0-14 aldersgruppe; 0,35 (95% CI: 0,14, 0,87; p = 0,024) i de 15 og 29 år,; 0,41 (95% CI: 0,15, 1,17; p = 0,095) i 30 til 54 aldersgruppe; og 0,49 (95% CI: 0,14, 1,74; p = 0,267) i de 55 og ældre. Både mænd og kvinder demonstrerede den beskyttende virkning. Disse resultater tyder på, at defekter i celleproliferation, og potentielt degeneration, kunne påvirke både autisme og neoplasma, og allerede godkendte lægemidler rettet mod onkogene veje måske også have terapeutisk værdi til behandling af autisme

Henvisning:. Darbro BW, Singh R, Zimmerman MB, Mahajan VB, Bassuk AG (2016) Autisme forbundet med øget Oncogene Mutationer men Nedsat Cancer Rate. PLoS ONE 11 (3): e0149041. doi: 10,1371 /journal.pone.0149041

Redaktør: Namik Kaya, King Faisal Specialist Hospital og Forskningscenter, SAUDI-ARABIEN

Modtaget: September 8, 2015; Accepteret: 25 januar 2016; Udgivet: 2. marts, 2016

Copyright: © 2016 Darbro 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

Data Tilgængelighed:. Alle relevante data er inden for papir og dens Støtte Information filer

Finansiering: Dette arbejde blev finansieret af National Heart, Lung og Blood Institute, T32 HL080070-01 (projektperiode:. 04/01/05 – 30/03 /15; projekt titel: “Hæmatologiske og onkologiske sygdomme af Childhood”). 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

High-throughput DNA-sekventering er dramatisk øger tilgængeligheden af ​​genomet skala sekventering data fra patienter. Som følge heraf er kandidat sygdomsgener bliver impliceret i mere end én lidelse, herunder neurologiske lidelser. De samme gener er gentagne gange impliceret i udviklingshæmning (ID) [1], autisme spektrum forstyrrelse (ASF) [2-4], epilepsi [5], og skizofreni, en observation ikke helt uventet, da disse betingelser alle påvirker hjernen. Mere overraskende er imidlertid mange gener vigtige i nervesystemets udvikling er også impliceret som potentielle førere af neoplastisk sygdom.

Denne observation er forvirrende, men ikke helt roman. Mange af de gener, impliceret i at forårsage arvelige tumor syndromer overlapper de involverede i syndromisk årsager til forstyrrelser i nervesystemets udvikling.

PTEN

, for eksempel, er en velkendt tumorsuppressorgen somatisk muteret i forskellige kræftformer [6]. Kimlinie tab af funktion

PTEN

mutationer forårsager Cowden, Bannayan-Riley-Ruvalcaba og andre syndromer [7-11], og øge hastigheden af ​​godartede og ondartede tumorer. Interessant, nogle

PTEN

mutationer også åbenbart som ASD og makrocephali [12]. Tilsvarende mutationer i

TSC1

og

TSC2

gener forårsage tuberøs sklerose kompleks, der er præget af kortikale knolde, og neurokognitive fænotyper, herunder epilepsi, ASD, og ​​ID [13-15]. I første omgang blev de neurokognitive abnormiteter tilskrives kortikale knolde, men nyere forskning fundet patienter viser også omfattende, mikroskopiske hjerne ændringer og forstyrret hjerne arkitektur uden for cortex; og nogle patienter har ingen knolde men er stadig neurocognitively unormal [14]. Tilsvarende

NF1

mutationer, andre “RAS-opathies” og

APC

mutationer (især sletninger) forårsager familiære tumor syndromer, men kan også give id og ASD fænotyper [16,17].

for nylig har en liste over sådanne eksempler vokset til at omfatte

ATRX

,

BCOR

,

BRAF

,

CREBBP

,

CTNNB1

,

KDM5C

,

MED12

,

MET

,

PHF6

,

PTPN11

,

EP300

,

SMARCB1

, og

MLL2 [3,18-36].

Kopiér nummer varianter (CNVs) bidrager også til denne liste som flere CNVs menes at ligge til grund for neurologiske lidelser indeholder også kræft disposition gener [37]. Disse observationer er grundlaget for denne undersøgelse, som søgte at definere forholdet mellem neurologiske lidelser, specielt ASD, og ​​neoplastisk sygdom ved genotypiske og klinisk fænotypiske niveau.

Metoder

Kræft gen udvælgelse

onkogener og tumor undertrykkere blev udvalgt baseret på 1) Sanger Cancer Gene Census [38]; 2) Cancer Genome Landskaber gennemgang [39] af Vogelstein et al, 2013.; og 3) CancerGenes hjemmeside, manuelt kurateret af Walker et al. [40]. Gener, som omfattes af mindst to kilder blev udvalgt (S1 tabel). Gener for andre testede betingelser, herunder ASD, mentalt handicap, epilepsi, skeletal dysplasi, dilateret kardiomyopati, retinitis pigmentosa, og ikke-syndromiske høretab blev opnået ved at sammenligne flere klinisk tilgængelige multi-gensekvensering paneler (S1 Table).

Variant berigelse analyse

arra Autisme Sequencing Collaboration (dbGaP Study tiltrædelse: phs000298.v1.p1) [41], forudsat exome sekventering data om hyppigheden af ​​sjældne, ikke-synonyme, kodning, single-nukleotid varianter i ASD patienter. Kun en enkelt nukleotid variation (SNV) data genereret af de overordnede Institute blev brugt. VCFtools blev brugt til at filtrere de overordnede-genererede VCF fil (c1_NIMH_Autism_HGSC_Broad_broad.vcf), kun at vælge personer med en autisme diagnose (eksklusive ikke-ramte forældre prøver, S2 tabel), og kun de genomiske koordinater for udvalgte gener [42]. Genomisk koordinater (hg19) for gen, der koder sekvens, plus 25 nukleotider på hver side, blev opnået fra UCSC Genome Browser ved hjælp af Tabel Browser værktøjet [43]. Vores kontrol datasæt var fra Exome Variant Server (Exome Variant Server, NHLBI GO Exome Sequencing Project (ESP), Seattle, WA (URL: https://evs.gs.washington.edu/EVS/) [2/2014 adgang] . Et sammensat VCF fil blev hentet fra EVS hjemmeside, som omfattede variant resultater fra 6503 individer. indels blev fjernet fra EVS datasæt, at sammenligne det med de overordnede autisme datasæt, som omfattede kun SNVs. kontrolforanstaltninger Talrige kvalitet blev brugt til konto for de potentielle tekniske artefakter af at sammenligne to kohorter sekventeret på forskellige tidspunkter, steder, og under forskellige forhold. dybde filtre blev anvendt på begge datasæt. VCFtools filtreret variant sites i autisme kohorte med en gennemsnitlig dybde på mindre end 10x i prøver, hvor en genotype opkaldet blev foretaget. Ved genomiske positioner i EVT datasættet blev dybde af dækning hentet fra EVS hjemmeside og bruges til at filtrere variantpositioner med en gennemsnitlig dybde på mindre end 10x. variant steder i autisme kohorten blev fjernet, hvis de faldt inden exome områder, hvor EVS datasættet havde mindre end 10x gennemsnitlig dækning. Varianter blev filtreret ud, hvis de fandt sted i annoterede segmenter gentagelser, inden homopolymer regioner (hvis den kontinuerlige homopolymer var længere end tre gentagne nukleotider), eller havde et mindre allel frekvens på 1% i enten genomer fase I data release 1000 [44 ], EVS (allel frekvens for begge populationer), eller 5% i et populationen (som rapporteret i dbSNPv142). dbSNPv142 varianter kommenteret som “mistænkt” blev udelukket. Kun varianter forudsiges at ændre den kodende sekvens blev bibeholdt; Dette omfattede ikke-synonyme missense variationer, nonsens og splejse-site varianter. Varianter blev kommenteret med GATK Variant Annotator og SnpEff [45-47]. Splejsealleler varianter var dem inden for seks nukleotider af et splejsningssted. VarSifter og flere brugerdefinerede Python scripts blev brugt til filtrering [48]. Enhver variant inden for ASF kohorte på en allel frekvens 5% (efter filtrering for kun sjælden variation) blev udelukket, fordi disse er sandsynligvis artefakter. Denne sidste filter reducerer også sandsynligheden for, at en enkelt variant, eller nogle få varianter inden et enkelt gen, er uforholdsmæssigt ansvarlig for nogen som helst tilsætning signal observeret.

Berigelse blev bestemt ved at beregne det samlede antal SNVs inden for genet sat under efterforskning i hver kohorte. Dette antal blev divideret med antallet af “gennemsnitlige genotypable alleler” i hele vores kohorte. Dette korrigerer for varianter på genomiske steder, hvor få autisme kohorte prøver fået nok sekventering dybde til genotype dem med tillid. Denne metode udgør hvad der sandsynligvis en undervurdering af variant alleler på nogle dårligt dækket sites. Den samme fremgangsmåde blev anvendt med data fra EVS. For eksempel, mens autisme kohorten indeholdt 515 prøver (eller maksimalt 1.030 mulige alleler per variant stedet), middelværdien af ​​det faktiske antal alleler genotypede var lavere (771 for onkogener og 772 for tumor suppressor analyse). Den samme fremgangsmåde blev anvendt med data fra EVS, hvor det maksimale antal alleler per variant websted var 13.006, men gennemsnittet af det faktiske antal alleler genotypede var også lavere (12.827 for onkogen analyse og 12.700 for tumor-suppressor analyse ). Betydning og p-værdier blev beregnet ved chi-squared analyse (2×2 kontingenstabel).

EMR forespørgsel og epidemiologisk analyse

Denne undersøgelse blev godkendt af University of Iowa Institutional Review Board. Data om University of Iowa Hospitaler og Klinikker (UIHC) patienter blev opnået fra vores EMR (EPIC, Verona, WI), ved hjælp af den kliniske it-programmet starmaker (Park Street Solutions, Naperville, IL). Records var fra ambulant, skadestuen, og døgnbehandlingscentre fra 2009 til marts 2015. Patientinformation var de-identificeret forud for analyse, og skriftligt samtykke fra deltagerne blev ikke opnået på grund af den tilbagevirkende kraft af undersøgelsen og anonymitet af patienten optegnelser. Blandt UIHC patienter, 1837 havde diagnosen autisme, ( “autistisk forstyrrelse” i vores EMR, ICD-9 kode 299.0). Patienterne blev katalogiseret for tilstedeværelsen og typen af ​​en neoplasme (ICD-9 koder 140-239,99). Tilfældigt udvalgte kontrolpatienter havde nogen diagnose undtagen ASF, og blev genereret via samme program. Hver patient blev vurderet for en diagnose af neoplasma. I hver kombineret alder og køn kategori, kontrolpatienter undertal ASD kohorten ved ~ 5: 1. Disse autistiske patienter og yderligere tilfældigt udvalgte kontrolpatienter blev analyseret for diagnoser af diabetes mellitus (ICD-9 kode 250) og essentiel hypertension (ICD-9 kode 401). Indledende beskrivende statistik blev analyseret ved anvendelse SPSS udgave 22 (SPSS Inc .; Chicago, IL). Logistisk regression blev udført under anvendelse SAS-version 9.4 (SAS Institute, Cary, NC). Den logistiske model undersøgte diagnosen neoplasma som den afhængige variabel og diagnosticering af autistiske lidelse som den uafhængige variabel. Modellen omfattede alder, køn, og deres samspil med autistiske lidelse. Odds ratio og 95% konfidensintervaller blev beregnet.

Yderligere analyse undersøgte patienter med diagnoser af atopisk dermatitis (ICD-9 kode 691), esophageal reflux (ICD-9 kode 530,81), allergisk rhinitis (ICD-9 kode 477), og kort statur (ICD-9 0.054). Et sæt af tilfældigt udvalgte patienter, blev den samme størrelse som ASD kohorte, med nogen diagnose genereret. Patienter med diagnosen ASD blev udelukket i alle disse kohorter. I det omfang det er muligt, blev patienter med hver sygdom matches af alder og køn til ASD kohorte. Hver patient inden for hver af disse case kohorter blev indekseret til diagnosticering af neoplasma. Kontrolgruppen var en anden stor tilfældigt genereret gruppe af patienter med enhver diagnose (men ASD), matches nøjagtigt ved aldersgruppe og køn. Logistisk regression blev udført med neoplasme som den afhængige variabel og atopisk dermatitis, esophageal reflux, allergisk rhinitis og kort vækst var uafhængige variable. Logistisk regression blev også udført for at sammenligne den kohorte 1.837 patienter med enhver diagnose (undtagen ASD) til større kontrolgruppen.

Resultater

Berigelse for onkogene varianter i autistiske kohorte

at undersøge den genetiske sammenhæng mellem autisme og kræft, en tidligere sekventeret autisme kohorte blev undersøgt for hyppigheden af ​​varianter i onkogener og tumor undertrykkere. I begge autisme og kontrol kohorter, veletablerede onkogener og tumor undertrykkere (se metoder) blev identificeret og scannet for sjældne ( 1% MAF), kodning (ikke-synonym, nonsens, splejsning stedet), single-nukleotid variationer (SNVs ). Ud over befolkningen frekvens og kodning status blev varianter filtreret at sikre kvalitetskontrol (se metoder). Sekvensdata for autisme kohorten blev oprindeligt genereret af arra Autisme Sequencing Collaboration (dbGaP Study Tiltrædelse: phs000298.v1.p1); og sekventering data for vores kontrol kohorte blev genereret af NHLBI GO Exome Sequencing Project (ESP) og deponeret i Exome Variant Server-databasen [41].

Berigelse analyse undersøgte niveauet for variation blandt vores liste over tumorsuppressor gener og onkogener. For at beregne en berigelse værdi, det samlede antal sjældne, kodning varianter detekteret blev divideret med det gennemsnitlige antal genotypable alleler for at kohorte (se Metoder og tabel 1). Betydning og p-værdier blev beregnet ved chi-kvadrat-analyse. Antallet af sjældne, kodning varianter findes inden tumorsuppressorgener var lidt større i autisme-kohorten sammenlignet med EVS kontrol kohorte men nåede ikke statistisk signifikans (p = 0,20). Til sammenligning sjældne kodning varianter af onkogener var overrepræsenterede i autisme kohorte, nåede statistisk signifikans. (P 1,0×10

-8)

Flere yderligere gen lister blev også analyseret for kontrol formål. Gener impliceret i sygdomme i autisme, mentalt handicap, og epilepsi blev medtaget som positive-kontrol gen lister. I betragtning af overlapningen i listerne over gener impliceret i disse forstyrrelser i nervesystemets udvikling, var det ikke overraskende, at alle tre lister viste statistisk signifikant berigelse for varianter i ASD-kohorten sammenlignet med EVS kontrol kohorte (tabel 1). For at bestemme hvorvidt berigelse for varianter i ASD var specifik for onkogener og neuro-udviklingsmæssige gener, som en negativ kontrol analyserede vi også lister af gener impliceret i andre lidelser, herunder skeletal dysplasi, dilateret kardiomyopati, retinitis pigmentosa, og ikke-syndromiske høretab. Disse lister ikke overlapper væsentligt med de neurologiske gen lister. Statistisk analyse foreslog varianter i generne på disse lister blev ikke over-repræsenteret i ASD (tabel 1). Da vi brugte både positive og negative kontrol gen lister, er det højst usandsynligt, at berigelse værdier observeret for onkogener og tumor undertrykkere er resultatet af en befolkning matchende fejl eller andet teknisk artefakt. Alle variant lister er tilgængelige i underbyggende oplysninger (S1 og S2 Files). Synonyme SNVs inden hvert gen liste blev ikke signifikant beriget med ASD kohorte.

Færre kræftformer i anden autistisk kohorte

Elektroniske journal demografi af de autistiske patienter og kontroller er skitseret i tabel 2. Kræft var langt mindre udbredt i autisme patienter sammenlignet med kontroller (1,3% vs. 3,9%), med en odds ratio på neoplasme på 0,33 (95% CI: 0,22, 0,50; p 0,001). Forskellene var mest dybtgående blandt yngre patienter, med autistiske lidelse patienter 0 til 14 år, der har en næsten 10 gange lavere neoplasmer (0,3% vs. 3,3%;. Figur 1). I vores undersøgelse blev 24 ASD patienter diagnosticeret med neoplasme, ni (~ 38%) med benigne neoplasmer og hæmangiomer, og to med neurofibromatose-relaterede neoplasmer (benigne eller maligne betingelser blev ikke specificeret). I kontrol patienter, der ikke havde diagnosen ASD, de mest almindeligt diagnosticerede neoplasmer var i overensstemmelse med de mest almindelige barndom kræftformer, herunder akut lymfoblastær leukæmi og maligne hjernetumorer. Også i kontrol- patienter over 80% af de diagnosticerede neoplasmer var ondartet, præ-malign eller af usikker adfærd (tabel A i S3 File).

Satser for neoplasme i patienter ved University of Iowa Hospitaler og klinikker med diagnosen autistisk lidelse (n = 1837) kontra en kontrol population tilfældigt udvalgte patienter med andre end autistisk lidelse diagnose, matchede til patienter med autistiske lidelse ved aldersgruppe og køn (n = 9336). I enhver aldersgruppe, patienter med autistiske lidelse havde lavere neoplasma sammenlignet med kontrol patienterne. Hos patienter 0 til 14 år gamle, kontrolgruppen havde næsten 10 gange satsen for neoplasma sammenlignet med patienter med autistisk lidelse. Alle vores regressionsmodeller, der omfatter alder og køn samt interaktion effekter, viser statistisk signifikante effekter af autistisk lidelse på sandsynligheden for at udvikle en neoplasma.