PLoS ONE: Sammenslutningen af ​​medfødte immunforsvar og Inflammation Pathway med fremskreden prostatacancer Risk

Abstrakt

Prostatakræft er den hyppigste og næstmest dødelige kræft hos mænd i USA. Medfødte immunitet og inflammation kan øge risikoen for prostatakræft. For at fastlægge den rolle, medfødte immunitet og inflammation i fremskreden prostatacancer, vi undersøgt sammenhængen mellem 320 enkelt nukleotid polymorfier, som ligger i 46 gener involveret i denne vej, med risiko for sygdom ved hjælp af 494 sager med fremskreden sygdom og 536 kontroller fra Cleveland, Ohio. Tilsammen var hele pathway associeret med fremskreden prostatacancer risiko (P = 0,02). To sub-veje (intracellulære antivirale molekyler og ekstracellulær mønstergenkendelse) og fire gener i disse sub-veje (

TLR1

,

TLR6

,

OAS1

, og

OAS2

) blev nominelt forbundet med fremskreden prostatacancer risiko og havnen flere SNPs nominelt forbundet med fremskreden prostatacancer risiko. Vores resultater tyder på, at den medfødte immunitet og inflammation pathway kan spille en beskeden rolle i ætiologien af ​​fremskreden prostatacancer gennem flere små effekter

Henvisning:. Kazma R, Mefford JA, Cheng I, Plummer SJ, Levin AM, Rybicki BA, et al. (2012) Sammenslutningen af ​​medfødte immunforsvar og Inflammation Pathway med fremskreden prostatacancer Risk. PLoS ONE 7 (12): e51680. doi: 10,1371 /journal.pone.0051680

Redaktør: Ludmila Prokunina-Olsson, National Cancer Institute, National Institutes of Health, USA

Modtaget: August 9, 2012; Accepteret: 5. november 2012; Udgivet: December 14, 2012 |

Dette er en åben-adgang artiklen, fri for alle ophavsrettigheder, og kan frit gengives, distribueres, overføres, ændres, bygget på, eller på anden måde bruges af alle til ethvert lovligt formål. Værket gøres tilgængeligt under Creative Commons CC0 public domain dedikation

Finansiering:. Dette arbejde blev støttet af National Institutes of Health [Grant numre: R01CA88164, U01CA127298 og R25CA112355 til R.K.]. 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

Prostatakræft er den hyppigste og næstmest dødelige kræft hos mænd i det Forenede [1] Stater. Der er stigende tegn på, at medfødte immunitet og inflammation kan spille en rolle i prostata og andre kræftformer [2], [3], [4]. Kronisk inflammation kan bidrage til prostatakræft gennem flere biologiske processer: mutagenesen forårsaget af oxidativ stress; ombygningen af ​​den ekstracellulære matrix; rekruttering af immunceller, fibroblaster og endotelceller; eller induktionen af ​​cytokiner og vækstfaktorer, der bidrager til en proliferativ og angiogen miljø [2], [3], [5].

overbevisende beviser understøtter en rolle for gener involveret i den medfødte immunitet og inflammation pathway i prostata kræftrisiko. Adskillige gener huser enkelt nukleotid polymorfier (SNP) i forbindelse med risiko prostatacancer er blevet identificeret, herunder: de mønstergenkendelse receptorer

MSR1

,

TLR1

,

TLR4

,

TLR5

,

TLR6

, og

TLR10

[6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16]; den antivirale gen

RNASEL

[9], [17], [18], [19], [20], [21]; cytokinerne

MIC1

,

IL8

,

TNF

, og

IL1RN

[13], [22], [23], [24], [25], [26]; og den pro-inflammatoriske gen

COX-2

[27], [28], [29], [30]. Men de fleste af de tidligere undersøgelser har fokuseret på individuelle SNP’er eller gener og meget lidt er kendt om virkningen af ​​den samlede medfødte immunitet og inflammation vej på at udvikle mere fremskreden prostatacancer.

Desuden fremskreden prostatacancer sager har en højere folkesundhed byrde end mindre avancerede tilfælde. Således identificerer komponenterne i det medfødte immunitet og inflammatorisk proces, der øger risikoen for fremskreden prostatacancer er af stor betydning.

For at bestemme rollen af ​​medfødte immunitet og inflammation ved fremskreden prostatacancer, vi undersøgt sammenhængen mellem 320 SNP’er, der ligger i 46 medfødte immunitet og betændelse gener, med fremskreden prostatacancer risiko. Vi foretog en omfattende tilgang vurdere sammenhængen mellem sygdomsrisiko og SNPs-sæt poolede i hele vej, sub-veje, og hvert gen, samt individuelle SNPs.

Materialer og metoder

Undersøgelse Befolkning

sagen prøven bestod 494 mænd med nydiagnosticeret, histologisk bekræftet prostatakræft, der har enten en Gleason score ≥7, et klinisk fase ≥ T2C, eller et serum prostata serum Antigen (PSA) på diagnosetidspunktet 10 rekrutteret fra de store medicinske institutioner i Cleveland, Ohio (Cleveland Clinic Foundation, Universitetshospitalerne i Cleveland, og deres datterselskaber) [31]. Kontrolprøven bestod 536 mænd frekvens matches til sager efter alder (inden for 5 år), etnicitet, og medicinsk institution, der gennemgik standard årlige eksamener på de store medicinske institutioner i Cleveland, og som ikke har en tidligere historie af ikke-hudkræft . PSA blev målt og fundet forhøjet i to kontroller. Yderligere undersøgelser føre os at omklassificere dem som avancerede tilfælde af prostatakræft, forlader os med i alt 494 avancerede tilfælde prostatakræft og 536 kontroller anvendes her i vores analyser. Godkendelse til denne undersøgelse blev opnået fra University Hospitals of Cleveland Institutional Review Board og Cleveland Clinic Foundation Institutional Review Board, og skriftligt informeret samtykke blev opnået fra alle undersøgelsens deltagere. Flere detaljer om dette studiepopulation er tidligere blevet beskrevet [27], [29], [32], [33], [34], [35], [36].

SNP Selection, Genotypning og kvalitet Kontrol

Vi i undersøgelsen 46 kandidat gener, der koder for proteiner involveret i medfødte immunitet og inflammation, og yderligere grupperet disse i 6 relevante biologiske sub-veje ved hjælp af en tidligere foreslået og offentliggjort klassifikation [37]. Disse sub-veje var: 1) cytokin signalering (26 gener), 2) eicosanoid signalering (1-genet, dvs.

COX-2

), 3) ekstracellulær mønstergenkendelse (8 gener), 4) intracellulære antivirale molekyler (4 gener), 5) nuklear kappa-let kæde-enhancer eller aktiveret B-celle (NFKB) signalering (5-gener), og 6) selenoproteiner (2 gener). Generne

SELS

SEP15

koder for selenoproteiner indgik på grund af deres potentielle rolle i kontrollen af ​​det inflammatoriske respons gennem regulering af cytokinproduktion [38].

Alle SNPs beliggende inden og 2 kb opstrøms og 1 kb nedstrøms af sekvensen af ​​de 46 kandidatgener blev identificeret gennem den Internationale HapMap Project (www.hapmap.org) og Genome variation Server (SeattleSNPs) (https://gvs.gs. washington.edu/). Derefter blev tagging SNPs vælges med multimarker test kriterier i Tagger software program [39] for at indfange alle almindelige SNPs (mindre allel frekvens, MAF 0,05) med en r

2≥0.8 tværs hver kandidat gen blandt europæiske herkomst befolkninger, tvinger SNPs, som er missense, ikke-synonyme og tidligere var forbundet med prostatakræft, der skal indgå. Kun én missense SNP var inkluderet for generne

TLR3

IL6R

.

Desuden 39 herkomst informative markører (mål) [40] blev genotype og principal komponent analyse var anvendt til at estimere genetiske afstamning og tegner sig for populationsstratificering [41]. Den første principale komponent i denne analyse fremtrædende afroamerikanere fra kaukasiere og blev brugt som et estimat for genetisk afstamning.

Genotypning af 330 SNPs blev udført på DNA ekstraheret fra blodprøver ved hjælp af enten Illumina 500G BeadStation kombineret med den GoldenGate assay eller Applied Biosystems Taqman assay. Yderligere kvalitetskontrol procedurer blev udført separat for hver af de to platforme, og for hver af de to etniske grupper (afrikansk-amerikanere og kaukasere). Ti SNPs, der havde et opkald sats 0,90, afveg fra de forventede Hardy-Weinberg proportioner i begge etniske grupper (P 0,01), eller havde en MAF under 0,01 i begge etniske grupper blev udelukket. Personer, der havde et opkald sats 0,90 blev også udelukket. Efter kvalitetskontrol procedure, dataene i case-kontrol anvendte prøve at teste for association med risiko for fremskreden prostatacancer inkluderet 320 tagging SNPs (tabel S1) og 39 mål.

Statistisk analyse

at analysere hele sættet af 320 SNPs sammen, eller sæt af SNP’er grupperet efter sub-veje eller gener, vi brugte SNP-sæt kernel-maskine forening test (SKAT v0.62) [42]. Denne metode bruger en logistisk kernel-maskine model, aggregere individuelle score test statistik over SNP’er, og giver en global P-værdi for det sæt af varianter testet, der tager hensyn til den samlede virkning af de SNPs i en given SNP-sæt og giver mulighed for indarbejde justering kovariater: alder, institution, og genetisk herkomst. En fordel ved SKAT i forhold til andre pathway test er, at det adaptivt finder frihedsgraderne af teststørrelsen for at redegøre for LD mellem genotypede SNPs. Hvis man antager, at hvert af foreningen koefficienter for de

p

SNPs i en bestemt SNP-sæt (

β

Gp

) følger uafhængigt en vilkårlig fordeling med middelværdi 0 og varians

ψ

, teste nulhypotesen,

β

Gm

= 0, svarer til test

ψ

= 0 (

dvs

, en varians-komponent test scor gøres ved hjælp af tilsvarende blandet model). For en case-kontrol prøve med

n

enkeltpersoner i stikprøven og

s

varianter genotype, G er den

n

×

s

matrix af genotyper, og K = GG

T er en

n

×

n

lineær kerne matrix, som definerer den genetiske lighed mellem alle personer for

s

SNPs. Funktionen, der forbinder hvert element i matrixen K til genotyperne G er kernen funktion. For at teste for associeringen mellem sygdommen og SNP-sæt, variansen-komponent score statistik Q følger en blanding af chi-square distributions.where, er den forudsagte gennemsnit af vektoren ifølge sygdomsstatus værdier (y) under nulhypotesen opnået ved regression y på kun justering kovariater. For specialer analyser, vi brugte den lineære kerne (svarende til montering af ubetingede multivariat logistisk regression) og den nøjagtige Davies metode til beregning p-værdier. Desuden har vi testet for sammenslutning af fremskreden prostatacancer risiko med de 320 SNPs individuelt ved hjælp ubetinget multivariat logistisk regression justering for alder, institution, og genetisk herkomst. Odds ratio (OR), 95% konfidensintervaller (95% CI) og P-værdier blev estimeret ved hjælp af både co-dominante og log-additive modeller.

For at justere for genetisk afstamning i alle analyser, vi medtaget første principale komponent af principalkomponentanalyse af de 39 sigte som kovariat. Desuden at identificere SNPs med potentielle modsatrettede effekter i afrikanske amerikanere og kaukasere, vi stratificeret også alle analyser af rapporterede etnicitet. Vores strategi evalueres sygdomsrisiko forening på flere niveauer af SNP grupperinger (hele sæt, sub-veje, gener, og individuelle SNPs). For at tage højde for de mange tests udført samtidig med at indarbejde sammenhængen mellem SNPs og genotype kodning, vi brugte en permutation procedure for at opnå den empiriske fordeling af statistiske test under nulhypotesen af ​​ingen sammenhæng med det sæt af SNP’er eller SNP. Så for hvert niveau af SNP grupperinger, vi beregnet en familie-wise fejlrate ved at sammenligne P-værdien af ​​hver prøve til fordelingen af ​​de mindstekrav P-værdier opnået fra 1000 permuterede datasæt. Rapporterede P-værdier er tosidede og analyser blev udført ved hjælp af R v2.13.1 [43].

Resultater

Undersøgelse Emne Kendetegn

case-kontrol prøve Den omfattede 1030 fag, hvis gennemsnitlige alder ved diagnose eller rekruttering var 65,87 (SD: 8,46) år, og bestod af 194 afrikanske amerikanere (18,8%) og 836 kaukasiere (81,2%). Alder og etnicitet blev ligeledes fordelt i avancerede tilfælde prostatakræft og kontroller (tabel 1).

Association med fremskreden prostatacancer Risk

Samlet set hele sættet af 320 SNPs i medfødte immunitet og inflammation sti var signifikant associeret med fremskreden prostatacancer risiko (P = 0,02). Af de 6 sub-pathways analyseret, blev de intracellulære antivirale molekyler og de ekstracellulære mønstergenkendelse sub-pathways nominelt forbundet med fremskreden prostatacancer risiko (P = 0,02 for begge), men ikke forbundet efter korrektion for multiple testing (P = 0,12 og P = 0,11, henholdsvis)

Interessant blev 4 gener i disse 2 sub-veje også nominelt forbundet med risiko prostatakræft:.

TLR1

TLR6

i den ekstracellulære mønstergenkendelse sub-vejen (P = 0,002 og P = 0,04, henholdsvis), og

OAS1

OAS2

i intracellulære antivirale molekyler sub-vejen (P = 0,015 og P = 0,019, henholdsvis) . Desuden

IFNGR1

i cytokin signalering sub-pathway og

COX-2

, som er det eneste medlem af eicosanoid signalering sub-pathway repræsenteret i vores datasæt, havde nominel P- værdier på 0.006.and 0,044 (tabel 2). Men ingen af ​​disse foreninger er robuste til korrektion for multiple test (P = 0,10 for foreningen med

TLR1

).

Resultatet af den enkelte SNP analyser understøttet af resultaterne opnået med sub-pathway og gen-sæt. Faktisk det meste af SNPs har en nominel forening P-værdi under 0,01, tilhører

TLR1

,

TLR6

,

OAS1

,

OAS2

eller

COX-2 Hotel (tabel 3). Desuden har mange af de andre SNP’er i disse gener har en p-værdi mellem 0,01 og 0,05 (Tabel S2). Interessant, for alle disse SNPs, resultater tyder en beskyttende virkning af den mindre allel med additive yderste periferi mellem 0,73 og 0,77. Men igen, når der korrigeres for multipel testning, disse var ikke længere signifikant (P = 0,42 for de mest signifikant sammenhæng).

stratificering på etnicitet, viser, at de fleste af de SNPs forbundet med vejen, sub- veje, og SNP’er i hele prøven også påvist i kaukasiere, hvilket repræsenterer mere end 80% af prøven, men ikke i afroamerikanere (tabel 2, 3 og tabel S2).

diskussion

i denne integrativ analyse af sammenslutningen af ​​fremskreden prostatacancer risiko med kandidatgener involveret i medfødte immunitet og inflammation, vi studerede 320 SNPs og deres fælles effekter på tværs gener og sub-veje. Taget som helhed, den samlede medfødte immunitet og inflammation vej synes at være involveret i fremskreden prostatacancer, men de enkelte elementer i denne forening er ikke klare. Faktisk er hele sættet på 320 SNPs signifikant associeret med fremskreden prostatacancer risiko. Men ingen af ​​de andre evaluerede foreninger med sub-veje, gener, eller individuelle SNPs var betydelig, når der korrigeres for multiple test ved at gøre permutation baserede estimater af familien-kloge fejlprocent.

Ikke desto mindre, vores resultater tyder at det ekstracellulære mønstergenkendelse, de intracellulære antivirale molekyler, og eicosanoid signalering (dvs.

COX-2

) kunne være komponenter, der spiller en potentiel rolle i fremskreden prostatacancer risiko. Inden for disse sub-veje, 5 gener (

TLR1

,

TLR6

,

OAS1

,

OAS2

, og

COX-2

) blev nominelt forbundet med fremskreden prostatacancer risiko. Desuden disse gener havnen flere SNPs nominelt forbundet med fremskreden prostatacancer risiko.

TLR1

TLR6

indkode medlemmer af toll-like receptor familien. Deres rolle er at anerkende molekylære mønstre forbundet for smitsomme patogener. Begge er stærkt bevaret fra

Drosophilia

til mennesker og dele strukturelle og funktionelle ligheder. Desuden TLR1 og TLR6 deler også evnen til at danne en heterodimer med TLR2 at genkende peptidoglycan og lipoproteiner på patogener. TLR1 er specialiseret i anerkendelse af grampositive bakterier. Flere undersøgelser har rapporteret prostatakræft foreninger med medlemmer af den vejafgift-lignende receptor familie [6], [12], [16]. Navnlig Sun et al. [12] observeret flere SNPs i stærk koblingsuligevægt placeret på

TLR1

,

TLR6

, og

TLR10

forbundet med prostatakræft. I vores datasæt, vi observerede samme forening med rs5743551on

TLR1

rs5743795 på

TLR6

.

OAS1

OAS2

kode for to enzymer af 2-5A syntetase familie, der er involveret i det medfødte immunreaktion mod virusinfektioner. Disse molekyler fremkaldt af interferoner og aktivere RNase L (produkt af

RNASEL

), som nedbryder virus-RNA og hæmmer replikation. For nylig Molinaro et al. [44] viste, at RNA-fraktioner af prostatakræft-cellelinier er i stand til at binde og aktivere OAS molekyler, mens RNA fraktioner af normale prostata epitelceller ikke kan. Også, virusinfektioner, seksuelt overførte sygdomme [45], [46], [47], [48], [49], [50] og infektioner med

Propionibacterium acnes

, et gram positiv bakterie, [ ,,,0],51], [52] er blevet foreslået som udløser i prostatacancer. Disse smitstoffer kan blive ryddet efter den akutte infektion. Alligevel kunne disse midler eventuelt inducere carcinogenese gennem aktivering af en kronisk inflammatorisk respons [53]. Kun én undersøgelse af sammenhængen mellem prostatakræft og

OAS1

blev udført på en mindre stikprøve og 3 SNPs forskellig fra vores udvalg, hvor en forening med rs2660 blev fundet [54].

COX-2

koder for enzymet cyclooxygenase-2 (COX-2). COX-2 omdanner arachidonsyre til prostaglandin H2, der er en forløber for andre vævsspecifikke inflammatoriske molekyler (prostanoider). COX-2 blev fundet at være overudtrykt i prostatacancer væv sammenlignet med det omgivende normale prostatavæv [55], [56], [57]. Foreningen af ​​genetiske varianter med risiko prostatakræft er også blevet beskrevet i tidligere undersøgelser, herunder i samme datasæt [27], [28], [29], [30], [58]. Men rapporter om sammenhængen mellem forhøjet udtryk for COX-2 i prostata cancer væv og høj Gleason score og tilbagefald af sygdommen har blandede resultater [59], [60], [61].

Vores resultater er overensstemmende med dem, rapporteret af Zheng et al. [62] der studerede 9,275 SNPs i 1.086 betændelse gener ved hjælp 200 familiære tilfælde og 200 kontroller af svensk oprindelse. De observerede en signifikant berigelse i antallet af nominelle foreninger observeret, hvilket antyder betydningen af ​​multiple gener med beskedne virkninger. Men ved hjælp af SKAT, vores undersøgelse er den første analyse af SNP sæt puljede tværs gener og sub-veje inden for den medfødte immunitet og inflammation vej.

Ingen af ​​de SNPs eller gener, der indgår i vores undersøgelse blev rapporteret i nogen af ​​genom-dækkende forening undersøgelser af prostatakræft er opført i kataloget over Genome-wide Association undersøgelser [63].

Ikke desto mindre vores undersøgelse har flere begrænsninger. Først den begrænsede stikprøvestørrelse, og dermed begrænset magt, kunne forklare, hvorfor foreningen med hele sæt af gener er signifikant, mens ingen af ​​de foreninger med sub-veje, gener eller SNPs er signifikant efter korrektion for multiple test. Med denne prøve, er det mindste (eller maksimum for beskyttende) odds ratio påvises med en effekt på 80% varierer mellem 1,5 (eller 0,67) og 2,19 (eller 0,46), når MAF varierer mellem 0,5 og 0,05. Desuden indeholder den begrænsede stikprøve ikke muligt at vurdere potentielle heterogene effekter af varianter af etnicitet eller andre kovariater. For det andet, selv om en mere stringent udvælgelse af sager bedre ville beskrive rolle medfødte immunitet og inflammation vej hos fremskreden prostatacancer, ville det reducere prøvestørrelsen -og dermed er start- drastisk. For det tredje kan vores udvalg af SNPs ikke udelukke muligheden for sjældne funktionelle varianter i disse kandidatgener for at spille en rolle i fremskreden prostatacancer risiko. For det tredje, selv om SKAT metoden giver en ideel ramme for at teste for association med sæt af potentielt korrelerede SNP’er, det måler ikke stigningen i risiko forbundet med varianter i det sæt af SNPs.

Som konklusion, denne undersøgelse fremmer forskning i prostatakræft genetik ved at studere SNPs i en kandidat vej på flere niveauer af information: hele pathway, sub-veje, gener, og SNPs. Vores resultater tyder på, at selv om det ikke kan være central i ætiologien af ​​fremskreden prostatacancer, kunne den medfødte immunitet og inflammation pathway spille en rolle i prostatakræft gennem forskellige genetiske varianter.

Støtte Information

Tabel S1.

beskrivelse af de 320 single-polymorfier analyseret. A1: Minor (sjældnere) allel; A2: Andet (hyppige) allel; A1A1: Sjældnere homozygot genotype; A1A2: Heterozygot genotype; A2A2: Hyppig homozygot genotype; MAF: Minor allel frekvens; P

Hardy-Weinberg:. Hardy-Weinberg andel tilstrækkelighed test (chi-square test)

doi: 10,1371 /journal.pone.0051680.s001

(XLSX)

tabel S2.

sammenslutning af alle SNPs analyseret med fremskreden prostatacancer risiko. De næste 3 Excel-ark indeholder resultaterne af analyserne for hele stikprøven (Samlet) og stratificeret af etniciteter: Afrikansk amerikanere og kaukasere. ELLER: Odds Ratio; 95% CI: 95% konfidensinterval; P-værdi: P-værdien af ​​Wald test af sammenslutning af heterozygoten eller sjældne homozygote genotyper i forhold til den fælles homozygot genotype eller P-værdien for allel trend test

doi:. 10,1371 /journal.pone.0051680.s002 Hotel (XLSX)