宫颈腺癌基因组变异谱的鉴定及宫颈腺癌与鳞癌差异性转录组学研究

发布时间：2020-09-09 20:39

　　目的:通过全基因组测序及全外显子测序对宫颈腺癌发生相关的体细胞突变、拷贝数改变及结构改变等基因组变异进行鉴定,绘制特异性宫颈腺癌的基因突变图谱,鉴定关键性突变基因及驱动基因,探索宫颈腺癌中发生的人乳头瘤病毒(HPV)整合事件及相关基因组学改变;通过全转录组测序,探索宫颈腺癌与宫颈鳞癌在转录组水平基因差异表达情况。方法:1.收集20例原发性宫颈腺癌患者的腺癌组织及其配对的癌旁正常组织,提取基因组DNA构建DNA文库,行全外显子测序及全基因组测序。通过测序数据质量的评估、生物信息技术分析鉴定宫颈腺癌发生的体细胞单核苷酸变异、小片段插入缺失、拷贝数改变、结构变异等基因组变异,筛选宫颈腺癌特异性显著突变基因行功能及信号通路富集;并进行HPV DNA整合及其特异性基因组学改变的鉴定。2.收集4例宫颈腺癌及4例宫颈鳞癌病例的癌组织及其配对的癌旁正常组织,提取RNA构建文库,行全转录组测序,根据生物信息学分析,获得宫颈腺癌及鳞癌组的miRNA、IncRNA、mRNA、circRNA差异性表达结果,并比对两组转录组水平差异表达基因的分布情况。结果:1.20例宫颈腺癌的全基因组测序共鉴定了 2,916个拷贝数变异,CISTIC分析显示拷贝数扩增最显著区域为 3q27.1(30%)、12q11(30%)、19q11(35%)、19q13.11(20%)、3p11.1(20%),拷贝数缺失的显著区域为 12p13.31(10%)、1p36.22(5%)、2q37.1(10%)、9q34.3(10%)、12p12.3(5%)、19q13.2(10%)、20p11.1(15%);鉴定结构变异734次,结构变异断点主要位于基因间区;全外显子测序鉴定了 6,113个体细胞突变,突变负荷为2.4 mutations/Mb,突变频谱分析确定了宫颈腺癌的3种突变特征,分别对应COSMIC数据库的Signature2、5、6三种模式,预测的宫颈腺癌相关的驱动基因共6个,包括PIK3CA、KRAS、TRAPPC12、NDN、GOLGA6L4、BAIAP3,鉴定显著突变基因4个,分别为PIK3CA、NDN、GOLGA6L4、BAIAP3。20 例宫颈腺癌中,95%(19/20)检测到HPV感染,感染HPV者36.8%(7/19)发生HPVDNA整合事件。HPV整合组鉴定了 1,036个突变基因,HPV未整合组鉴定了 289个突变基因,97.4%的HPV整合组突变基因与90.7%的HPV未整合组突变基因未有重叠;HPV整合组鉴定了 2个显著突变基因,即GOLGA6L4和BAIAP3,而HPV未整合组鉴定了5 个,分别为 PIK3CA、NDN、KRAS、FUT1、GOLGA6L64。2.通过全转录测序,在宫颈鳞癌中鉴定了 30个显著差异表达的miRNA,宫颈腺癌中鉴定了 190个显著差异表达的miRNA,宫颈腺癌组93.7%的差异miRNA与鳞癌组60%的差异miRNA无重叠;宫颈鳞癌组显著差异表达的lncRNA有595个,腺癌组有1,337个,腺癌组中85.0%的差异lncRNA与鳞癌组中66.4%的差异lncRNA无重叠;鳞癌组显著差异表达的mRNA有3,500个,腺癌组有6,233个,其中83.8%与鳞癌组中71.2%的差异mRNA无重叠;宫颈鳞癌中确定了 173个显著差异表达的circRNA,而腺癌中确定了 424个显著差异表达的circRNA,其中89.9%与鳞癌组中75.1%的差异circRNA无重叠。结论:宫颈腺癌具有不同于宫颈鳞癌的基因组学及转录组学特征,提示它与宫颈鳞癌发生的分子机制不同;HPV整合与未整合在宫颈腺癌发生的基因组学改变中起不同的作用。
【学位单位】：北京协和医学院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R737.33
【部分图文】：

序列,原始数据处理,病毒感染,数据分析

图１－１原始数据处理及数据分析流程逡逑病毒感染与整合状态分析逡逑序列整合到宿主基因组中是许多病毒介导的癌症，特别是宫颈癌发生的重要驱动因素。在本研究中我们利用ＶｉＨ软件和算法对Ｈ中的整合状态进行分析２７，这是一种结合系统发育方法和基于参病毒整合的计算方法。与仅基于参考序列比对读取的方法相比，据显示出较高的精度和灵敏度，即使当整合病毒是新菌株或发生检测到整合。该算法生成一套用于宫颈癌样本分析的乳头瘤病毒纳入了邋２０８种ＨＰＶ，包含常见的１８种与宫颈癌密切相关的高中６、ＨＰＶ１８、ＨＰＶ２６、ＨＰＶ３１、ＨＰＶ３３、ＨＰＶ３５、ＨＰＶ３９、ＨＰＶ４５、ＨＰＶ５３、ＨＰＶ５６、ＨＰＶ５８、ＨＰＶ５９、ＨＰＶ６６、ＨＰＶ６８、ＨＰＶ７３、ＶｉＨ算法得到宫颈腺癌中ＨＰＶ出现感染以及相应发生病毒整合整合情况将２０例宫颈腺癌病例分为２组，ＨＰＶ整合组和ＨＰＶ析两组驱动基因、显著突变基因及其富集结果，比较ＨＰＶ整合

长度分布,拷贝数,体细胞,全基因组

Ｘｑ邋（３０％）等部位；发生拷贝数改变的区域主要位于基因组的外显子区，占５６．５％逡逑（１，６４８／２，９１６），其次是基因间区（２９．３％）和内含子区（６．１％）。各样本中拷贝数逡逑扩增或缺失长度分布见图１－２。逡逑ｌ0ｓｓ＿ｓｉｚｅ逦ｇａｉｎ＿ｓｉｚｅ逡逑４００－１逡逑Ｉ邋Ｉ逡逑：Ｌ邋ＩｓｌＬ邋［“逡逑＾逦令逡逑注：横坐标代表样品名称，纵坐标代表拷贝数长度（Ｍｂ）。逡逑图１－２全基因组测序体细胞拷贝数变异分布逡逑１８逡逑

全基因组,测序,单核苷酸,宫颈腺癌

性肿瘤的发生与结构变异导致的基因融合事件相关。本研究中采用Ｃｒｅｓｔ软件２３对逡逑宫颈腺癌组织及癌旁正常对照组织成对样本进行ＳＶ信息监测分析。全基因组测序逡逑得到各样本体细胞ＳＶ统计结果见图１－４。逡逑ＳＢ邋ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ逦Ｄ＾ｉ＾ｔｉｏｎ逦ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ逦Ｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｏｎ逡逑２００－逦Ｈ｜逡逑１５０－逦■■逡逑－Ｈｉ逦Ｉ逡逑。Ｍ逦ｍｉ逦胃逡逑注：横坐标代表样品名称，纵坐标代表结构变异数目，不同颜色代表结构变异类型。逡逑图１－４全基因组测序体细胞结构变异的分布逡逑对２０对宫颈腺癌样本的全基因组测序共发现７４３次结构变异（平均每个肿瘤逡逑组织鉴定出３０．２次结构变异），包括倒位７４次、大片段拷贝数缺失３７５次、大片段逡逑插入３次、易位２９１次；易位者包括染色体内易位（Ｉｎｔｒａ－ｃｈｒｏｍｏｓｏｍａｌ邋ｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｏｎｓ，逡逑ＩＴＸ）邋２５１邋次及染色体间易位（Ｉｎｔｅｒ－ｃｈｒｏｍｏｓｏｍａｌ邋ｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｏｎｓ，ＣＴＸ）邋４０邋次。宫逡逑颈腺癌的结构变异断点（ｂｒｅａｋｐｏｉｎｔ）最常见于基因间区域（４９．１％），其次是内含子逡逑区域（４０．７％）、非编码ＲＮＡ内含子区域（ｎｃＲＮＡ＿ｉｎｔｒｏｎｉｃ，４．１％）、上下游调控区逡逑域（２．２％）、外显子及剪切位点区域（１．９％）等。逡逑３．邋４．邋３单核苷酸变异及插入／缺失突变逡逑３．邋４．邋３．１单核苷酸变异逡逑单核苷酸变异（Ｓｉｎｇｌｅ邋ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ邋ｖａｒｉａｎｔ

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