Kartierung von onkogenen strukturellen Varianten im Magenkrebs entdeckt 27 potenzielle Treiberstellen

Magenkrebs (GC) ist eine weit verbreitete Krebsform weltweit und rangiert als die fünft häufigste. Das Verständnis der genetischen und epigenetischen Veränderungen, die mit den Treibern von Magenkrebs verbunden sind, ist entscheidend für gezielte Therapien. Wichtige Treibereignisse wie ERBB2- und VEGFA-Veränderungen wurden als bedeutende therapeutische Ziele identifiziert. Umfassende genomische Analysen von Magenkrebs haben mehrere Treibereignisse und mutationale Prozesse aufgedeckt, einschließlich mutationaler Signaturen, die mit geografischen, epidemiologischen und histologischen Faktoren in Zusammenhang stehen.

Obwohl die Rolle von strukturelle Varianten (SVs) Bei Magenkrebs sind zwar spezifische Muster und Mechanismen anerkannt, jedoch noch nicht vollständig verstanden. Bestimmte signifikante treibende strukturelle Variationen (SVs), wie das CLDN18-ARHGAP-Fusionsgen und die Amplifikation des KLF5-Enhancers, wurden bereits berichtet. Jüngste Studien haben die Muster der strukturellen Variation (SV-Signaturen oder Umordnungssignaturen) in verschiedenen menschlichen Krebsarten untersucht. Diese Studien haben jedoch die klinischen und epidemiologischen Kontexte, die diesen Mustern zugrunde liegen, nicht ausreichend erforscht.

Onkogene Strukturvariantenkarte

Eine Studie mit dem Titel „Onkogene strukturelle Aberrationslandschaft in Genomen von Magenkrebs“ wurde in Nature Communications veröffentlicht. In dieser Studie führten die Forscher eine umfassende Analyse von 170 Fällen von Magenkrebs durch, um die Landschaft der onkogenen strukturellen Aberrationen in den Genomen von Magenkrebs zu untersuchen. Durch die Untersuchung der gesamten Genome dieser Fälle identifizierte das Team sechs verschiedene Umordnungs-Signaturen (RS) und lokalisierte 27 potenzielle Treiber-SV-Stellen, die zur Entwicklung von Magenkrebs beitragen. Die Ergebnisse beleuchten die komplexen genetischen Mechanismen, die Magenkrebs zugrunde liegen, und bieten wertvolle Einblicke für zukünftige therapeutische Ansätze.

In dieser Studie mit 170 Genomen von Magenkrebs entdeckten die Forscher insgesamt 49.059 strukturelle Variationen (SVs). Diese SVs umfassten 22.179 Deletionen, 11.234 Tandemwiederholungen, 8.534 Inversionen und 7.112 Translokationen. Kleinere SVs, die etwa 100 Kilobasen groß sind und Deletionen sowie Tandemduplikationen umfassen, wiesen eine höhere SVAF (SV-Allelhäufigkeit) auf, was auf ihre frühe Erwerbung hinweist. Tandemwiederholungen mit erheblichen Variationen in der Kopienzahl zeigten signifikant höhere SVAF und wiesen einen größenabhängigen Trend auf, was auf ihr Potenzial als Krebsdriver hindeutet. Andererseits wiesen Translokationen im Vergleich zu anderen Arten von SVs eine niedrigere durchschnittliche SVAF auf, was ihren Erwerb durch genomweite Hypomethylierung während der Krebsprogression bestätigt.

Durch die Nutzung von SVAF wollten die Forscher treibende SVs auf genomweiter Ebene im Magenkrebs identifizieren. Sie stellten fest, dass SV-Hotspots häufig mit hoch SVAF-Genen zusammenfielen, die mit Onkogenen und Fusionsgenen des Magenkrebses assoziiert sind. Darüber hinaus wurden Hotspots von hoch SVAF-Tandemwiederholungen und Inversionen an bekannten Onkogen-Loci wie ERBB2 und CCNE1 sowie an anderen Loci beobachtet.

Die Studie konzentrierte sich speziell auf diese beiden Arten von SVs und identifizierte 27 genomische Segmente als potenzielle Treiber-SV-Hotspots. Diese Segmente erfüllten die folgenden vier Kriterien: 1) in mehr als 5 % der Fälle nachgewiesen; 2) nicht innerhalb von häufigen fragilen Stellen (CFS) oder aktiven Transposons lokalisiert; 3) enthielten fünf oder mehr Fälle mit hohem SVAF (>0,4); und 4) die Anzahl der SV-Fälle hatte signifikant höhere Kopienzahlen im Vergleich zu Fällen ohne SVs, was auf erhöhte Verhältnisse hinweist.

Strukturelle Varianten in 170 Genomen von Magenkrebs (GC). (Saito-Adachi et al., 2023)

Um die molekularen und epidemiologischen Aspekte der SV-Akkumulation zu untersuchen, führten die Forscher eine Analyse durch, bei der sie SV-Merkmale extrahierten, die die Tendenzen der SVs repräsentierten. Die Studie identifizierte sechs verschiedene SVs, die als RSs bezeichnet werden, basierend auf 80 Signal-SV-Klassifikationsmerkmalen und zusätzlichen Kategorien. Jeder RS zeigte eine charakteristische Chromatizitätsverteilung.

Durch die Nutzung von unüberwachtem hierarchischen Clustering klassifizierten die Forscher insgesamt 170 Fälle in sieben RS-Subtypen: RS1-6 und RS2/6. Sechs Subtypen bestanden aus einem einzelnen RS als primäres Merkmal, während der letzte Subtyp sowohl RS2 als auch RS6 enthielt. RS1 und RS4 bestanden überwiegend aus Deletions-Typ SVs. RS2 umfasste spärlich verteilte kleine SVs, RS6 bestand aus dicht verteilten großen SVs, und RS3 wies große (von 1kb bis 1mb) tandemartige Überlappungen in Regionen auf, die durch aktive Chromatin gekennzeichnet sind. Fälle mit den Subtypen RS6 und RS2/6 zeigten eine schlechtere Prognose.

GC-Strukturumordnungsmerkmale (RSs). (Saito-Adachi et al., 2023)

SV-Cluster, bekannt als SVCs, werden häufig in Krebsgenomen beobachtet und sind mit der Amplifikation von Onkogenen verbunden. Bei Magenkrebs bilden etwa 36,6 % der SVs 3.457 SV-Cluster, wobei Unterschiede in ihrer Verteilung über verschiedene RS-Subtypen bestehen. Im RS2-Subtyp gehören weniger als 20 % der SVs zu SV-Clustern, während die Subtypen RS3 und RS6 mehr als 50 % der SV-Cluster aufweisen. Um diese Cluster besser zu verstehen, kategorisierten die Forscher alle 3.457 SV-Cluster basierend auf verschiedenen Faktoren wie SV-Typ, Größe, Verteilung und SVAF. Sie annotierten auch die vorgeschlagenen molekularen Mechanismen.

Die Ergebnisse zeigten, dass CFS-ähnliche SV-Cluster durch wiederkehrende Deletionen unterschiedlicher Größen innerhalb derselben Region gekennzeichnet waren, begleitet von einem allmählichen Rückgang der Kopienzahl. Von den 793 CFS-ähnlichen SV-Clustern überlappten 38,9 % mit validierten CFS-Segmenten, die in HumCFS dokumentiert sind. Bemerkenswert ist, dass die RS4-Isoformen hauptsächlich aus CFS-ähnlichen SV-Clustern bestanden (83,3 %). Im Gegensatz dazu waren L1-Retrotransposon-ähnliche SV-Cluster typischerweise innerhalb von 1,0 kb des LINE1-Elements lokalisiert und wurden häufig in RS5-Isoformen beobachtet (24,9 %).

Zusätzlich enthüllte die Analyse andere komplexe SV-Cluster, die nicht klassifiziert werden konnten. Diese Cluster wiesen Bruchstellen mit hohem SVAF an den Rändern des Amplifikons auf, während eine Gruppe von niedrigeren SVAFs innerhalb des Amplifikons gruppiert war. In einigen Fällen waren diese Amplifikons über Entfernungen von mehr als 2 Mb miteinander verbunden. Die Forscher bezeichneten erstere als selbstverknüpfte Amplifikons und letztere als assemblierte Amplifikons. Die Anzahl dieser komplexen SV-Cluster korrelierte mit der Anzahl der "aggregierten großflächigen SVs" innerhalb der RS6-Signatur.

Molekulare Klassifizierung von SV-Clustern (SVCs). (Saito-Adachi et al., 2023)

Zusammenfassung

Die Forscher untersuchten das gesamte Genom von 170 Personen mit Magenkrebs und identifizierten erfolgreich wiederkehrende strukturelle Variationen (SVs), die potenziell die Entwicklung von Magenkrebs vorantreiben könnten. Ihr Fokus lag auf tandem Duplikationen und Inversionen, die zu segmentaler Amplifikation führten. Aus dieser Analyse identifizierten sie 27 Hotspot-Standorte, die sie weiter in zwei Typen klassifizierten: monotypisch und multiplex.

Der monotypische Typ war durch Genfusionen, die Störung von Onkogenen und die Verdopplung von genregulatorischen Elementen auf niedrigem Niveau gekennzeichnet. Im Gegensatz dazu entstand der multiplexe Typ als Ergebnis einer Kombination verschiedener SV-Typen, was zu einem höheren Maß an Kopienzahlverstärkung führte. In diesen Fällen variierte die Anzahl der SVs erheblich und bildete gelegentlich komplexe SV-Cluster. Diese Cluster waren durch die Ansammlung von subklonalen SVs gekennzeichnet, die allmählich durch ungenaue Reparatur von doppelsträngigen DNA-Brüchen und die Segregation von Chromosomen amplifiziert wurden. Diese unterschiedlichen Merkmale deuten auf ein spezifisches Verteilungsmuster von treibenden SVs hin.

Referenz:

1. Saito-Adachi, Mihoko, et al. "Onkogene strukturelle Aberrationslandschaft in den Genomen von Magenkrebs." Naturwissenschaftliche Kommunikation 14.1 (2023): 3688.