PLoS ONE: Genome Wide Association Undersøgelse af kræft i bugspytkirtlen i japansk Befolkning

Abstrakt

Kræft i bugspytkirtlen viser meget dårlig prognose og er den femte hyppigste årsag til kræft dødsfald i Japan. Tidligere undersøgelser indikeret nogle genetiske faktorer, der bidrager til udvikling og progression af kræft i bugspytkirtlen; men der er begrænsede rapporter for fælles genetiske varianter at være forbundet med denne sygdom, især i den asiatiske befolkning. Vi har udført en genom-dækkende forening studie (GWAS) ved hjælp af 991 invasive pancreas duktale adenocarcinom tilfælde og 5.209 kontroller, og identificeret tre loci, der viser signifikant sammenhæng (

P-

værdi 5 × 10

-7) med modtagelighed for kræft i bugspytkirtlen. De SNPs, der viste signifikant sammenhæng gennemført estimerede odds ratio på 1,29, 1,32, og 3,73 med intervaller på 1,17 til 1,43, 1,19 til 1,47, og 2,24 til 6,21 95% sikkerhedsgrænser;

P

-værdi af 3,30 × 10

-7, 3,30 × 10

-7, og 4,41 × 10

-7; placeret på kromosomerne 6p25.3, 12p11.21 og 7q36.2 hhv. Disse tilknyttede SNP’er findes inden koblingsuligevægt blokke med gener, som har været impliceret nogle roller i onkogenese af pancreascancer

Henvisning:. Lav SK, Kuchiba A, Zembutsu H, Saito A, Takahashi A, Kubo M, et al. (2010) Genom-Wide Association Undersøgelse af kræft i bugspytkirtlen i japansk Befolkning. PLoS ONE 5 (7): e11824. doi: 10,1371 /journal.pone.0011824

Redaktør: Wenjun Li, Duke University Medical Center, USA

Modtaget: May 7, 2010; Accepteret: 3 juli 2010; Udgivet: 29 Juli 2010

Copyright: © 2010 Lav 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 udført som en del af Biobank Japan Project, der blev støttet af Ministeriet for Undervisning, Kultur, Sport, Videnskab og Teknologi fra den japanske regering og center for Genomic Medicin, Riken, Japan. Det blev også delvist understøttet af programmet for fremme af grundlæggende Studier i Health Sciences i National Institute of Biomedical Innovation (Nibio). De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

Konkurrerende interesser:. Selvom tilhørsforhold følgende tre forfattere (Akira Saito [Statistisk Genetik Analysis Division, StaGen Co., Ltd.], Suenori Chiku [Science Solutions Division, Mizuho Information og Research Institute, Inc.] og Hirohiko Totsuka [Bioinfomatics Group, Forskning og Udvikling center, Solution Division]) er i den private sektor, hver af dem arbejdede for en af ​​de tilsvarende forfattere, Teruhiko Yoshida, som en del af en kontrakt forskning udelukkende finansieret af en akademisk forskningsfond ydet fra Nibio (https://www.nibio.go.jp/english/) til T. Yoshida. Derfor er denne undersøgelse hverken modtaget støtte fra de selskaber, som de ovennævnte tre forfattere hører, heller ikke deres affilierede selskaber i sig selv spiller nogen rolle i denne forskning, bortset fra at de sendte deres personale (de tre ovennævnte forfattere) til laboratoriet af Teruhiko Yoshida under en forskning kontrakt betales af Yoshida tilskuddet. Der er ingen konkurrerende interesser mellem Teruhiko Yoshida og disse selskaber, herunder intellektuelle egenskaber. Forfatterne bekræfter også, at de kan overholde alle de PLoS ONE politikker på datadeling og materialer.

Introduktion

Kræft i bugspytkirtlen er den femte hyppigste årsag til kræft død med en anslået død 24,634 patienter i Japan i år 2007. Dets 5-års overlevelse er så lav som 6,7% (https://www.fpcr.or.jp/publication/pdf/statistics2009/fig01.pdf og http: //www.fpcr.or .jp /publikation /pdf /statistics2009 /fig20.pdf). Da der ikke observeres nogen specifik symptom hos patienter med kræft i bugspytkirtlen på et tidligt stadium, blev de fleste af patienterne diagnosticeret på deres fremskredent stadium med en meget lav mulighed for helbredelse for sygdommen [1], [2].

Tidligere rapporter viste inddragelse af både miljømæssige og genetik faktorer i ætiologien af ​​denne skadelige sygdom. Adskillige case-kontrol og kohorte epidemiologiske studier har identificeret en række mulige risikofaktorer såsom rygning [3], diabetes [4], kronisk pancreatitis [5], som sandsynligvis vil prædisponere individ til sygdommen. Derudover har familiær sammenlægning af sygdommen indebar mulig inddragelse af genetiske faktorer i bugspytkirtelkræft [6]; ca. 10% af patienterne blev rapporteret til at have familiens historie og personer, der har førstegradsslægtninge med kræft i bugspytkirtlen afslørede 2 til 4 gange højere risiko for sygdommen [7] – [9]. Disse data viste, at genetiske faktorer spiller sandsynligvis nogle roller i udviklingen af ​​kræft i bugspytkirtlen. I det sidste årti, fremme af molekylær biologi forbedret forståelsen af ​​patogenesen af ​​kræft i bugspytkirtlen og karakteriseret en række gener, muteret i pancreascancer, såsom somatiske mutationer i gener

INK4a (CDKN2A), TP53, DPC4, BRCA1 /2

,

STK11, APC, KRAS

ATM og PALB2

findes i pancreascancer [10] – [18].

To nylige GWAS undersøgelser for kræft i bugspytkirtlen ved brug hvide befolkning har identificeret foreninger med genom-dækkende betydning på kromosomer 9p34.2 (

ABO

), 13q22.1, 1q32 (

NR5A2

) og 5p15.33 (

CLPTM1L-TERT

), og fremhævede, at ophobning af disse fælles genetiske risikofaktorer varianter med beskedne virkninger sandsynligvis til at spille en vigtig rolle på dette kompleks sygdom, enten individuelt eller i samspil med miljøfaktorer [19] – [22]. Da etnicitet er en af ​​de kritiske faktorer i patogenesen af ​​de genetiske sygdomme med komplekse gen-gen og gen-miljø interaktioner, vi (Biobank Japan (BBJ) i The University of Tokyo og National Cancer Center (NCC) Japan) kombineret prøver af 991 tilfælde med kræft i bugspytkirtlen og 5209 kontroller (tabel S1), forsøgt at identificere fælles genetiske variationer forbundet med modtagelighed for kræft i bugspytkirtlen i den japanske befolkning.

Resultater

Efter standarden kvalitetskontrol af de genotype resultater (tabel S2), blev foreningen analyse udført for 420,236 SNPs anvender logistisk regressionsanalyse på grundlag af allele, dominerende og recessive modeller efter justering af alder, køn og rygning status for den enkelte. Den QQ plot for denne GWAS baseret på allel

P

-værdier ved logistisk regression viste ingen signifikant population lagdeling med genomisk inflation faktor λ af 1,026 (figur 1).

Denne QQ plot er baseret på logistisk regression allel

P

-værdier efter standard kvalitetskontrol. (Genomisk inflation faktor λ = 1,026).

Vi succes identificeret tre genomiske regioner, 6p25.3, 12p11.21 og 7q36.2, vist at være signifikant associeret (

P-

værdi 5,0 × 10

-7) med øget risiko for kræft i bugspytkirtlen i japanske befolkning som angivet i Manhattan plottet i figur 2 (jf ref 23)

handlingen er baseret på logistisk.. regressionsmodel efter korrektion af alder, køn og rygning status.

P

min angiver minimum

P

-værdi fra logistisk regressionsanalyse for tre modeller: allele, dominerende og recessive. Rød linje angiver genom-dækkende signifikant niveau (

P- Drømmeholdet værdi = 5 × 10

-7).

Den mest markant-associerede SNP, rs9502893 (

P

-værdi på 3,30 × 10

-7, pr-allel odds ratio (OR) på 1,29 med 95% konfidensinterval (CI) på 1,17-1,43), er beliggende inden for en 75-kb koblingsuligevægt ( LD) blok på kromosom 6p25.3 (tabel 1). Denne LD blok omfatter

FOXQ1

(forkhead boks (Fox) Q1) gen, som er placeret 25 kb opstrøms til denne markør SNP (figur 3a). Imputering analyse afslørede også beskedne forening på SNPs i nærheden af ​​eller på

FOXQ1

gen tyder det at være en af ​​de forårsagende gener for kræft i bugspytkirtlen (figur 3a og tabel S3).

(en ) 6p25.3 region, SNP rs9502893 placeret 25 kb opstrøms til gen

FOXQ1

. (B) 12p11.21 region, er SNP rs708224 placeret på den anden intron af genet

BICD1

. (C) 7q36.2 region, er SNP rs6464375 placeret på første intron af gen

DPP6 udskrift variant 3

. Hver af markør SNPs er præget af en blå diamant. SNPs, som er genotypede i Illumina platformen er plottet som diamanter; Imputerede SNP’er er plottet som cirkler. Farveintensiteten afspejler omfanget af LD med markør SNP, rød (r

2≥0.8), orange (0.5≤r

2 0,8), gul (0.2≤r

2 0,5) og hvid (r

2 0,2). Lyseblå linje angivet lokal rekombination sats.

Den anden markant-associerede SNP, rs708224, placeret i den anden intron af genet

BICD1

(Bicaudal-D homolog 1 ) på kromosom 12p11 (

P

-værdi af 3,30 × 10

-7, pr-allel OR af 1,32 med 95% CI af 1,19-1,47) (tabel 1). Den 80-kb LD blok viser foreningen svarer til den anden intron af

BICD1

som afsløret ved beregning analysen vist i figur 3b (tabel S3).

Den tredje locus er præget af rs6464375 , rs7779540, rs6973850 og rs1048768 i første intron af

DPP6

gen. Disse SNP’er angivet suggestive foreninger kun under recessiv model med minimum

P

-værdi på 4,41 × 10

-7 (OR på 3,73 med 95% CI af 2,24-6,21) som vist i tabel 1 og figur 3c .

diskussion

Her præsenterer vi resultaterne af GWAS analyse på 991 tilfælde med kræft i bugspytkirtlen og 5209 kontroller. Vores undersøgelse er den første GWAS forsøg på at identificere almindelige varianter er forbundet med kræft i bugspytkirtlen i japanske befolkning og held identificerede SNP’er placeret på kromosomale loci af 6p25.3, 12p11.21 og 7q36.2 er signifikant associeret med øget risiko for kræft i bugspytkirtlen i japanske befolkning .

det er kendt, at udviklingen af ​​den fælles sygdom er forårsaget af ophobning af almindelige genetiske varianter, og hver af denne variant har en meget beskeden effekt på risikoen (f.eks OR for 1,2). bør kræves for at påvise en sådan lille brøkdel, GWAS involverer langt større befolkningsgrupper (5000-10000). Vores undersøgelse forventedes at identificere SNPs med moderate virkninger (dvs. OR 1.4). Derfor SNPs, der viser meget beskeden effekt kunne have undladt at identificere gennem denne undersøgelse.

Den mest signifikant associeret SNP i denne GWAS, rs9502893 (

P

-værdi = 3,30 × 10

-7, OR = 1,29) er placeret inden for en 75 kb LD blok, som omfatter gen

FOXQ1

på kromosom loci 6p25.3.

FOXQ1

koder for protein forkhead boks (Fox) Q1. The Fox familie af transkriptionsfaktorer består af mindst 43 medlemmer, og mutationer i Fox gener kan forårsage betydelige virkninger på menneskers almindelig sygdom og kræft [24], [25]. En Fox medlem, FoxM1, er kendt for at være forbundet med onkogenese af kræft i bugspytkirtlen. Nedregulering af dette protein resulterer i hæmning af migration, invasion og angiogenese i bugspytkirtelkræftceller [26]. Desuden viste en nylig undersøgelse, at FoxQ1 er overudtrykt i bugspytkirtelkræft, hvilket tyder på dens rolle i bugspytkirtelkræft tumorigenese [27]. Selvom SNP at vi identificeret er cirka 25 kb nedstrøms for dette gen, kan den tilhørende SNP ‘tag’ det kausale variant placeret på ekspressionen regulatoriske region af genet og efterfølgende ændre ekspression af genet. Imidlertid er yderligere undersøgelse er nødvendig for at belyse en præcis biologisk rolle og mekanisme af genet funktion med hensyn til bugspytkirtlen carcinogenese.

Den anden mest signifikant associeret SNP, rs708224 (

P

-værdi = 3,30 × 10

-7, OR = 1,32) er placeret i

BICD1

gen. Dette gen koder for et protein Bicaudal-D homolog 1, som spiller en rolle i vakuolær trafficking. Tidligere undersøgelser rapporteret betydelige beviser indikerer en forbindelse mellem vakuolært gen og kortere telomerer i gær model [28] – [30]. Desuden Mangino et al. foreslog, at genetiske variationer inden for

BICD1

gen kunne ændre sine transkriptionelle niveauer og til gengæld indflydelse telomer længde i mennesker [31]. Adskillige nyere undersøgelser har dokumenteret reduceret telomer længde i pancreas duktale adenocarnoma prøver, hvilket tyder på telomere dysfunktion i bugspytkirtelkræftceller [32] – [34]. Det er således vigtigt at bestemme de funktionelle konsekvenser af rs708224 og /eller variationer forbundet med denne SNP i patogenesen af ​​pancreascancer.

Adskillige SNP’er placeret i den første intron af

DPP6

angivet suggestive foreninger med en øget risiko for kræft i bugspytkirtlen i denne undersøgelse.

DPP6

koder protein dipeptidylpeptidase 6, som binder til specifikke spændingsstyrede kaliumkanaler og ændrer deres udtryk og biofysiske egenskaber. En nylig undersøgelse på centrale signalveje i humane pancreascancer fundet tre somatiske mutationer i DPP6 blandt 24 pancreas cancer prøver undersøgt af detaljeret sekvens analyser. Denne rapport foreslog også, at DPP6 kunne spille en afgørende rolle i reguleringen af ​​invasion af bugspytkirtelkræftceller [35]. Derfor vores undersøgelse styrker risikoen for DPP6 i bugspytkirtelkræft og garanterer yderligere screening på dette gen til at bekræfte sin tilknytning til kræft i bugspytkirtlen.

De seneste GWAS rapporter har indikeret flere loci på kromosomerne 9p34.2, 13q22.1, 1q32.1 og 5p15.33 at være forbundet med en øget risiko for kræft i bugspytkirtlen hos kaukasiske population [21], [22]. Blandt de væsentligt tilknyttede SNPs, rs9543325 på kromosom 13q22.1 viste moderat forening i vores studiepopulationer (

P

-værdi (allel model) på 1,69 × 10

-4, OR på 1,21 med 95% CI af 1,10-1,34) (tabel S4). På den anden side, SNPs på kromosomer 9p34.2 (rs505922) og 1q32.1 (rs3790844) viste en svag sammenhæng i vores undersøgelse populationer (

P

-værdier på 3,69 × 10

-2 og 1,24 × 10

-2; yderste periferi af 1,11 og 1,14 med 95% CI af 1,01-1,22 og 1,03-1,27, henholdsvis) (tabel S4). Vi var i stand til at replikere de resterende loci (

SHH

og to loci på kromosomerne 5p15.33 og 15q14) i disse rapporter, sandsynligvis fordi de fleste af disse tilknyttede SNP’er er enten ikke-polymorfe eller besidde meget lave allele frekvenser ( MAF = 0,01) i japanske befolkning. Kraften i vores undersøgelse ikke var tilstrækkelig nok til at afsløre positive associationer til disse varianter med den lave allel frekvens. En sådan etnisk forskel i genetisk arkitektur sygdom modtagelighed er ikke sjældne. For eksempel, to nylige GWAS rapporterede almindelige varianter på

KCNQ1

gen associeret med type 2-diabetes mellitus i japanske befolkning, men europæisk GWAS var ude af stand til at identificere de foreninger grund af den lave allel frekvens af disse varianter i befolkningen [ ,,,0],36], [37]. Desuden kan identifikation af modtagelighed loci også påvirket af forskelle i LD struktur på tværs af forskellige befolkningsgrupper og potentiel interaktion med andre genetiske varianter og miljømæssige faktorer [38].

Sammenfattende denne undersøgelse er den første GWAS at identificere almindelige varianter muligvis er forbundet med kræft i bugspytkirtlen i japanske befolkning. Vores undersøgelse bekræftede foreningen fra Kaukasiske GWAS undersøgelser og afslørede flere roman mulig kandidat forbundet loci, der ikke blev påvist i de tidligere kaukasisk GWAS undersøgelser. Ikke desto mindre er yderligere yderligere gentagelser forpligtet til at bekræfte eller udelukke de nyeste resultater.

Materialer og metoder

Case og kontrolpersoner

I alt 331 og 675 sager, der var klinisk og /eller histologisk diagnosticeret til at have en invasiv pancreas duktalt adenokarcinom blev opnået fra Biobank Japan (https://biobankjp.org) ved Institut for Medicinsk Videnskab, The University of Tokyo samt National Cancer center Hospital, hhv. Kontrolprøverne bestod af japanske frivillige, der blev indhentet fra Osaka-Midosuji Rotary Club, Osaka, Japan (

n

= 906) samt fra medarbejdere i Keio Universitet, Japan, der deltog i dets sundhed-kontrol program (

n

= 677). Hertil kommer, personer, der blev registreret i Biobank Japan som individer med forskellige sygdomme undtagen kræft (

n

= 3728) (dem, der har lungetuberkulose, kronisk hepatitis-B, keroid, lægemiddel-induceret udslæt, perifer arteriesygdom , arytmi, slagtilfælde og myokardieinfarkt) blev anvendt som kontroller. Alle prøver blev opnået efter at have indhentet skriftligt informeret samtykke. Dette projekt blev godkendt af den etiske komité på The Institute of Medical Sciences, University of Tokyo, National Cancer Center og Keio-universitetet. Personer, der havde kliniske historie af diabetes mellitus (en mulig confounding faktor for kræft i bugspytkirtlen), blev udelukket fra disse kontrol sæt. For prøve kvalitetskontrol, vi udelukkede fem tilfælde med call rate 0,98. Efter at have udført principal komponent analyse, vi udelukkede outliers af 10 tilfælde og 102 kontroller, som ikke hører til de store japanske klynge (Hondo klynge) (Figur S1) [39]. Vi til sidst udførte foreningen undersøgelse baseret på 991 sager og 5209 kontroller (tabel S1). Power beregning viste, at vores undersøgelse ville have over 90% magt til at detektere en per-allel OR på 1,4 eller større for en allel med 30% frekvens på hele genomet signifikansniveau (α = 5 × 10

-7).

SNP genotypning og kvalitetskontrol

Alle personer blev genotype ved hjælp af enten Illumina Infinium HumanHap550v3 eller Illumina Infinium Human610-Quad DNA Analysis genotypning BeadChip. SNP’er fælles i de to platforme blev anvendt til yderligere analyse. Vi anvendte SNP kvalitetskontrol for alle sæt prøver som følger; SNP takst bør være 0,99 i begge tilfælde og kontroller, og

P

-værdi af Hardy-Weinberg ligevægt testen bør være 1,0 × 10

-6 i kontrol. SNPs med mindre allel frekvens (MAF) af 0,01 i både case og kontrolprøver blev udelukket fra yderligere analyse (tabel S2)

Statistisk analyse

Vi analyserede hver SNP ved hjælp af logistisk regression. korrigeret for alder (kontinuerlig), køn og rygning status (nuværende /tidligere, aldrig).

P-

værdier og OR med 95% CI blev beregnet for allel, dominerende og recessive modeller. Vi brugte den mindste

P

-værdier opnået fra tre modeller til at vurdere den statistiske signifikans af foreningen. Alle OR blev rapporteret i forhold til risikoen allel. Alle statistiske analyser blev udført ved hjælp af R statistisk miljø-version 2.9.0 (https://www.r-project.org/) eller Plink 1,06 (https://pngu.mgh.harvard.edu/~purcell/plink/) . R statistisk miljø-version 2.9.0 blev ansat til at tegne QQ plot og regional forening plot.

Genotype Imputering

Vi udførte genotype imputering analyse for hvert sæt af prøver ved at udnytte en skjult Markov-model som programmeret i MACH version 1.0 (https://www.sph.umich.edu/csg/abecasis/mach/index.html). At udlede typebestemt og mangler genotyper omkring kandidaten kromosomale loci, vi forudsat genotyper fra vores egne prøver sammen med haplotyper for referenceprøver (japansk fra Tokyo, JPT) fra HapMap database (https://hapmap.ncbi.nlm.nih.gov/). SNPs med lav genotype sats ( 99%), som viser afvigelser fra Hardy-Weinberg ligevægt ( 1,0 × 10

-6), eller MAF ( 0,01) blev udelukket fra analysen. MACH version 1.0 blev anvendt til at estimere haplotyper, kort crossover og fejlrater anvendelse af 50 gentagelser af Markovkæde Monte Carlo algoritme. Ved at udnytte genotypen information fra HapMap databasen, blev maximum likelihood genotyper genereret. For kvalitetskontrol, vi beholdt imputerede SNPs med den estimerede r

2 0,3. Vi også plukket op i alt 17 SNPs (

P

-værdi 0,001). At kontrollere foreningen ved hjælp Invader og TaqMan genotypebestemmelsesmetoder (data ikke vist)

Støtte oplysninger

tabel S1. .

Sample karakteristisk for denne undersøgelse

doi: 10,1371 /journal.pone.0011824.s001

(0,02 MB XLS)

tabel S2.

Antal SNPs udelukket efter hver kontrol kvalitetskriterier

doi:. 10,1371 /journal.pone.0011824.s002

(0,02 MB XLS)

tabel S3.

Imputering analyse omkring signifikant associeret SNPs

doi:. 10,1371 /journal.pone.0011824.s003

(0,04 MB XLS)

Tabel S4.

Association undersøgelse af SNPs, som viste sig at være signifikant associeret med øget risiko for kræft i bugspytkirtlen i kaukasisk population på japansk

doi:. 10,1371 /journal.pone.0011824.s004

(0,02 MB XLS)

Figur S1.

Principal komponent analyse for GWAS af bugspytkirtelkræft i japanske befolkning. a) Principal komponent analyse for GWAS af bugspytkirtelkræft i japanske befolkning refererer til fire HapMap befolkning kontrolpersoner herunder CEU indikerer kaukasiere fra Utah; Yri, nigerianere fra Yoruba; CHB, Han kinesisk fra Beijing og JPT, japansk fra Tokyo. b) Principal komponent analyse af forsøgspersonerne nævnt kun til asiatiske befolkninger. Vi udnyttede prøver fra den homogene case-kontrol (Hondo) klynge

doi:. 10.1371 /journal.pone.0011824.s005

(9,43 MB TIF)

Tak

Vi udtrykke vores dybtfølte taknemmelighed til alle de patienter, der deltager i denne undersøgelse. Vi vil gerne takke Dr. Yoichiro Kamatani for hans konstruktive kommentarer og forslag. Vores taknemmelighed går også til det medlem af Rotary Club of Osaka-Midosuji District 2660 Rotary International i Japan for at gøre denne undersøgelse muligt. Vi takker Drs. Hideki Ueno, Masafumi Ikeda, Chigusa Morizane, Yoshihiro Sakamoto, Minoru Esaki, Tomoo Kosuge og Nobuyoshi Hiraoka for konstatering af patienterne og deres klinisk-patologiske oplysninger på National Cancer Center Hospital. Vi vil også gerne udtrykke vores taknemmelighed til Miss Kumi Matsuda for hendes fremragende teknisk bistand.