二、肿瘤发展进程、全基因组突变发生顺序(The evolutionary history of 2,658 cancers)

Quirita ·
更新时间:2024-09-21
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分析工具及代码(Python & R)及原文链接 一、使用等位基因点突变追溯突变发生的时间 a. 方法原则: 早期突变(远期突变),因细胞分裂,相同点突变出现于等位基因上,每个肿瘤细胞都存在 晚期突变(近期突变),点突变只出现于等位基因其中之一,每个肿瘤细胞都存在 Clonal(克隆系),相同的点突变出现于等位基因上(属早期突变),或出现于扩增的等位基因上(肿瘤染色体可能为多倍体,介于早期晚期中间),每个肿瘤细胞都存在 Subclonal(亚克隆系),点突变只出现于等位基因其中之一(超晚/近期突变),非每个肿瘤细胞都存在 b. 肾癌肿瘤细胞数:早期突变 > Clonal(早中期突变) > 晚期突变 > Subclonal(超晚期突变) c. 各个肿瘤类型中突变发生的时间,其中CNS-GBM的1、7、17、19、20号染色体中1号染色体早、中、晚期突变的概率相仿,而后四者以早期突变为主 d. 热图第一行显示CNS-GBM突变以7、17、19、20早期突变为主 e. 大多数重复突变(发生于不同染色体)的时间同步,较少重复突变发生的时间不同步 f. 同e,大多重复突变的时间同步(其中WGD为非二倍体,Near diploid为近二倍体) g、h同e、f 大多肿瘤细胞为非二倍体(WGD)且重复突变发生的时间同步(即在某个点时间发生的多个染色体的重复突变,参考基因重复)

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二、点突变追溯显示基因突变(不同形式的)以发生于早期为主 a. 22% early clonal, 7% late clonal, 53% unspecified clonal,17% subclonal 其中CNS-GBM以早、中期突变为主占比90%以上 b. 各个突变基因发生时间比值 如TP53早、中期突变:晚期突变约 9-10 : 1(即早、中期占90%以上) 而PTEN早、中期突变:晚期突变约 1 : 1 (即早、中期占50%) c. TP53在各个肿瘤中突变发生时间比值 如CNS-GBM的TP53突变发生时间 早期:晚期 > 50 : 1 (即早期占98%以上);Clonal :Subclonal 约 1:1(即各50%) d. 如图b,50%的早期突变集中于9个突变基因中,剩下50%的早期突变分散在其余的35个突变基因中

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三、通过单个肿瘤样本追溯突变发生时间 a. 原理图 大致意思:一个肿瘤样本,有n个细胞,某基因,有n个序列(可同或不同),按照图一a原则,进行权重排序,计算突变发生率,并推测其发生时间 b-d. 及 e-g. 具体例子关注图d.和g. CNS-GBM中(按发生早晚的时间顺序)
基因/染色体 突变 发生时间
EGFR、10号缺失、TP53、17号长臂缺失、9号长臂缺失、7号增加 发生于早期
IDH1、4号1区2带增加、TERT、20号长臂增加、WGD、8号短臂缺失、PTEN、姐妹染色体9号短臂2区1带3亚带缺失、19号短臂增加、7号短臂1区1带2亚带增加、姐妹染色体10号2区3带3亚带1次亚带缺失、RB1、1号短臂3区6带3亚带2次亚带缺失、20号长臂增加、15号长臂1区4带缺失 发生于中期
6号长臂缺失、14号长臂缺失、19号长臂增加、22号长臂缺失、11号短臂缺失、13号短臂缺失、11号长臂缺失 发生于晚期(近期)

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四、早/晚期点突变类型 a. 皮肤黑色素瘤,紫外线(UV)导致早期点突变,且以 C > T为主(胞嘧啶突变为胸腺嘧啶);不明原因导致晚期点突变以C > A为主(胞嘧啶突变为鸟嘌呤) b. 乳腺癌情况 c.d. 不同致癌因素导致早/晚期突变的比例 紫外线(UV)以导致早期突变、clonal为主 载脂蛋白B mRNA编辑催化多肽(APOBEC)以导致晚期突变、subclonal为主

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五、早期突变(远期突变)距今时间推测 a. 根据分子时钟、基因倍增时间及最近共同祖先推测早期突变(远期突变)距今的时间 b. c. 不同肿瘤早期突变到目前的潜伏时间,其中GNS-GBM约2年 由于CpG岛高度保守,正常细胞与肿瘤细胞内CpG甲基化变为TpG的时间稳定,可以作为分子时钟 通过CpG > TpG的比例可以推测肿瘤细胞存活时间,结合肿瘤细胞测序结果,可推测早期突变距今的时间

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六、典型的肿瘤突变基因及突变发生时间轴 a. b. c. d. 分别是直肠癌、肺癌、卵巢癌、胰腺癌:早期(绿色),中期(蓝色),晚期(粉色),超晚期(粉色)

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附图一、直肠癌肿瘤发展进程、全基因组突变发生顺序概况

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附图二、不同方法对突变进行时间追溯,结果基本一致

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附图三、早期脑肿瘤细胞概况 a. CNS-GBM 7号染色体突变情况 二倍体,如为早期突变,则每个等位基因之一均含该突变,即等位基因变体占比(VAF)=0.5;低于0.5提示晚期突变,VAF越小,突变据目前越近 多倍体,会出现VAF>0.5的情况 7号染色体(3倍体),如为早期突变(多出的染色体必含有该突变),则VAF = (1+1)/3约 0.7,而实际VAF约0.3左右,提示为中晚期(近期)突变 b. CNS-GBM 7号是否为3倍体的样本分布情况 CNS-GBM 7号为3倍体的样本,大多点突变位点数在10以下 而7号不为3倍体的样本,大多点突变位点数在1000以上 结果提示:7号染色体为三倍体,是一个分类的亚型 c. d. 髓母细胞瘤情况,涉及17号染色体长臂

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附图四、图三方法的验证结果

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附图五、两种模型(League model and Bradley–Terry model)结果基本一致

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附图六、图四扩展举例 图b列2显示 CNS-GBM clonal(早中期突变)与cubclonal(晚期突变)点突变均以 C > T 突变为主

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附图七、图一扩展举例

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附图八、图五扩展举例 e. 年龄因素影响肺癌最小,影响胶质瘤最大 但该结果可能受样本量小,或肿瘤确诊时年龄分布范围狭窄(肺癌:40-60岁;胶质瘤:20-80岁)影响

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附图九、同附图八 f. CNS-GBM(恶性)潜伏期(突变至肿瘤确诊时间)约2年,而CNS-少枝胶质细胞瘤(偏良性)潜伏期约4年 g. 显示CNS-GBM多表现为subclonal,及多发子突变集;而CNS-髓母表现为线状结构(少子突变集)

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作者:dr_yingli



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