Whole genome sequencing analysis of familial pancreatic cancer in a Danish cohort

Ming Tan

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

10 Downloads (Pure)

Abstract

Pankreatisk duktalt adenokarcinom (PDAC) er klassificeret som en af de mest dødelige maligne sygdomme, karakteriseret ved dårlig prognose og en meget lav overlevelsesrate. Op til 10 % af alle
PDAC-tilfælde forekommer i familier med to (hvoraf mindst ét af tilfældene har debut <50 år) eller flere berørte førstegradsslægtninge (FDRs), hvilket klassificeres som familiær pancreascancer (FPC). Den familiære aggregering antyder en genetisk komponent i sygdomsudviklingen, betinget af
kimcellevarianter eller mutationer, der co-segregerer med udvikling af FPC i de berørte familier. Desværre forklarer mutationer i de nu kendte modtagelighedsgener BRCA1, BRCA2, PALB2, ATM, STK11, PRSS1, SPINK1 osv. mindre end 20 % af alle FPC-tilfælde, hvilket efterlader størstedelen af den genetiske komponent for sygdommen uafklaret. Selvom højt-avancerede teknikker til at analysere DNA-sekvensvariationer er tilgængelige i dag, er den genetiske arkitektur af FPC næsten ikke blevet undersøgt, måske på grund af sygdommens sjældne forekomst i befolkningen. Ved at benytte en nyligt etableret dansk kohorte af FPC-familier har dette ph.d.-projekt til formål at udføre
genetiske undersøgelser af FPC – indebærende vurdering af det overordnede genetiske bidrag, samt anvendelse af næste generations sekventeringsteknikker (NGS) til at undersøge FPC-patienter og førstegradsslægtninge for sjældne DNA-sekvensvariationer eller mutationer, der kunne ligge til grund
for den observerede familiære overrepræsentation af sygdommen. Resultater fra undersøgelsen kan hjælpe med at afsløre generne og deres funktionelle pathways, der understøtter udviklingen og
progressionen af FPC.


Ph.d.-projektet startede med profilering af den danske nationale kohorte af FPC-familier, hvilket inkluderer FPC-patienter og deres disponerede pårørende. Vores analyse af kliniske træk viste,
at FPC er kendetegnet ved en høj dødelighed, med en lav 5-års overlevelsesrate på 2,5 % i kohorten og en høj familiær clustering med 19% forekomst af PDAC blandt FDRs i de respektive familier, hvilket antyder en stærk genetisk komponent i FPC. Baseret på data fra FPC-patienter og deres FDRs var vi i stand til at estimere en intraklasse-korrelationskoefficient (ICC) på 0,25, svarende til
et ”snæver sans additiv arvelighedsestimat” på 0,51 i FPC-familiekohorten. Den estimerede arvelighed antyder en stærk genetisk komponent i FPC-ætiologien, som tilskynder udførelsen af molekylærgenetiske undersøgelser, ved brug af high-throughput NGS-analyser, til at afdække de underliggende genetiske varianter.


Førstegradsslægtninge til FPC-patienter har en øget risiko for selv at udvikle PDAC på grund af deling af deres genetiske arvemateriale med FPC patienter i familierne. Ved at bruge DNA
ekstraheret fra fuldblod fra 61 FDRs til FPC-patienter fra 27 familier har vi udført hel-genomsekventering (WGS) med henblik på at identificere sjældne gen-varianter, der kunne bidrage til den
høje modtagelighed for sygdommen i FPC-disponerede familier. Gennem analyse af heterozygote præmature trunkeringsvarianter (PTV) identificerede vi cancerrelaterede gener og cancer-drivergener, der huser multiple kimlinjemutationer, som er overrepræsenterede i funktionelle pathways med relation til: transport af små molekyler, det medfødte immunsystem, ionkanaltransport, og sensoriske kanaler. Vores associationsanalyse har, ved hjælp af gnomAD som eksterne kontrolprøver, påvist 20 signifikante gener inklusive PALD1, LRP1B, COL4A2, CYLC2, ZFYVE9, BRD3, og AHDC1. Funktionel annotering viste, at de signifikante gener blev beriget af genklynger, som koder for funktioner relateret til ekstracellulær matrix og associerede proteiner. De påviste sjældne genetiske
mutationer karakteriserer FDRs fra FPC-patienter som genetisk disponerede individer, som bør blive tilbudt risikovurdering og screening med henblik på at fremme tidlig diagnose og intervention ved evt. sygdomsudvikling.


I Ph.d.-projektet gennemførtes yderligere WGS på DNA-prøver ekstraheret fra benignt formalin-fikseret-paraffinindlejret (FFPE) væv fra 35 FPC-patienter i 27 FPC-prædisponerede familier i den danske nationale kohorte. WGS identificerede 821 gener, der var vært for PTV'er, blandt dem 40 gener, der huser 2 eller flere PTV'er. Signifikante overlapninger af de 40 gener blev fundet (p<1e-22) med kendte cancergener, cancerdrivergener og gener, som blev fundet i tidligere undersøgelser af cancer, herunder ATM, POLE, BRCA2, TYR03, PABPC1 og SSC5D. De 821 PTVgener er signifikant overrepræsenterede i biologiske pathways i cancerudvikling og -progression, herunder: ekstracellulær matrix-organisation, signalering af RHO GTPaser og RHO GTPase-cyklus. De identificerede pathways kan bidrage til udviklingen og progressionen af FPC. Vores resultater understreger kraftigt sygdommens genetiske heterogenitet.


Samlet set påviste vores WGS på FPC-patienter og deres FDRs et væld af sjældne mutationer, der udviste en høj grad af allel- og locus-heterogenitet hos patienter og disponerede familiemedlemmer, hvor hosting-gener af påviste varianter var signifikant overrepræsenterede af cancer-drivergener og cancer-relaterede gener, som medierer celleproliferation, migration og
invasion. Den genetiske heterogenitet er funktionelt karakteriseret ved betydelig berigelse med flere biologiske pathways af betydning for cancerætiologi. Den høje genetiske heterogenitet i FPC kræver NGS-baserede paneltestning-strategier med henblik på effektiv risikovurdering og tilpasset
individuel håndtering af individer i risikogrupperne. WGS-resultaterne fra ph.d.-studiet præsenterer nye gener, der rummer potentielle mutationelle hotspots til fremtidig validering og replikation.
OriginalsprogEngelsk
Bevilgende institution
  • Syddansk Universitet
Vejledere/rådgivere
  • Jørgensen, Maiken Thyregod, Hovedvejleder
  • Schaffalitzky, Ove, Vejleder
  • Brusgaard, Klaus, Vejleder
  • Detlefsen, Sönke, Vejleder
Dato for forsvar23. mar. 2022
Udgiver
DOI
StatusUdgivet - 15. mar. 2022

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Whole genome sequencing analysis of familial pancreatic cancer in a Danish cohort'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater