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據(jù)研究報(bào)道，與歐洲血統(tǒng)的白人女性相比，非洲散居的黑人女性患乳腺癌的可能性更大，死亡率更高。雖然種族間的種系變異是已知的，不同的體細(xì)胞進(jìn)化還沒有詳細(xì)的研究。分析了97例乳腺癌的深層全基因組，其中RNA-seq是一個子集，與癌癥基因組圖譜(n = 76)相比，尼日利亞婦女的基因組不穩(wěn)定性更高，腫瘤內(nèi)異質(zhì)性增加，以及由早期克隆GATA3突變定義的獨(dú)特基因組亞型，診斷時年齡更小10.5歲。研究人員還發(fā)現(xiàn)了良性驅(qū)動程序(ZNF217和SYPL1)中的非編碼突變，以及此前未報(bào)道的與非洲血統(tǒng)比例密切相關(guān)的INDEL標(biāo)簽，這強(qiáng)調(diào)了在生物醫(yī)學(xué)研究中擴(kuò)大多元化人群的必要性。最后，研究人員證明了表征腫瘤的同源重組缺陷在分層患者進(jìn)行潛在的挽救生命的治療方面具有重要的臨床意義。
與其他血統(tǒng)的女性相比，世界范圍內(nèi)非洲血統(tǒng)的黑人女性面臨乳腺癌的年齡更小，在臨床上經(jīng)歷更多的侵襲性疾病，在診斷時出現(xiàn)更嚴(yán)重的疾病，并遭受更高的死亡率。而社會經(jīng)濟(jì)和解釋這種差異的一些結(jié)構(gòu)性障礙,女性的非洲血統(tǒng)也有較高的雌激素受體陰性(ER)和孕激素受體陰性(PR)或HER2 +亞型乳腺癌。據(jù)估計(jì)，至少40%的這種亞型分布是由遺傳因素引起的。乳腺癌基因組研究揭示了種系易感突變頻率、體細(xì)胞突變景觀和突變特征的群體特異性差異，反映了分子亞型的群體差異。非洲血統(tǒng)的乳腺癌患者表現(xiàn)出更多的TP53改變和更少的PIK3CA改變。尼日利亞HR+ /HER2腫瘤的特征是同源重組缺陷(HRD)標(biāo)簽增加。來自非洲血統(tǒng)患者的腫瘤以前也被證明有增強(qiáng)的腫瘤內(nèi)異質(zhì)性(ITH)。全基因組測序(WGS)和配對的生殖系組織可以用來重建乳腺腫瘤的進(jìn)化生命歷史，為早期或晚期克隆和亞克隆基因組事件提供詳細(xì)的路線圖，幫助優(yōu)先確定治療靶點(diǎn)。然而，到目前為止，乳腺癌的進(jìn)化和克隆結(jié)構(gòu)主要是從非非洲血統(tǒng)的腫瘤中得到。研究人員假設(shè)，通過研究非洲土著婦女腫瘤的進(jìn)化軌跡，可以深入了解與之前研究不足的人群中乳腺癌負(fù)擔(dān)相關(guān)的群體特異性基因組特征。在這里，研究人員對一個非洲黑人土著人口進(jìn)行生活史分析，由于之前從非洲血統(tǒng)乳腺癌患者中獲得的基因組數(shù)據(jù)極其缺乏。
對100例乳腺腫瘤進(jìn)行高深度WGS(90深度;其中49個具有互補(bǔ)RNA-seq)和配對的正常組織(深度30)，這些組織來自先前描述的尼日利亞乳腺癌婦女8。這些腫瘤體細(xì)胞進(jìn)化的關(guān)鍵事件被識別出來，并與來自癌癥基因組圖譜(the cancer Genome Atlas, TCGA)的76例乳腺癌病例的WGS相似分析進(jìn)行了比較。由于低純度估計(jì)，來自尼日利亞的3個樣品被排除，最終一組173個樣品包括尼日利亞黑(尼日利亞簡稱，n = 97)、白色TCGA(白色簡稱，n = 46)和黑色TCGA(黑色簡稱，n = 30)組(補(bǔ)充表1和補(bǔ)充圖1)。尼日利亞病例的流行病學(xué)危險(xiǎn)因素見補(bǔ)充表2。TCGA乳腺癌患者的遺傳信息來源于研究人員之前的研究。
研究人員觀察到，與白人組和黑人組相比，尼日利亞組有更高的插入和缺失(indel)負(fù)擔(dān)，在調(diào)整臨床亞型后仍然顯著。然而，單核苷酸變異(SNV)率在種族/民族之間沒有顯著差異。體細(xì)胞編碼驅(qū)動程序與cDriver(復(fù)發(fā)率2%)和MutSigCV獨(dú)立。共鑒定出13個驅(qū)動基因。將驅(qū)動基因分為致癌基因(oncogenes, ONC)和抑癌基因(tumor suppressor gene, TSG)。GATA3表現(xiàn)出最強(qiáng)的TSG信號，在之前未報(bào)道的五個被檢測到的驅(qū)動基因中，三個顯示數(shù)次信號。突變的癌細(xì)胞分?jǐn)?shù)(CCF)分布顯示,大多數(shù)Driver發(fā)生無性生殖,即在所有腫瘤細(xì)胞,與CCF的分布無顯著差異前突變Driver(在10%)在三組。Driver富集分析確定GATA3作為唯一的Driver在尼日利亞分組中富集。調(diào)整臨床亞型后，這種富集仍然顯著。亞型分層分析發(fā)現(xiàn)，LAMB3在HER2+腫瘤中富集，盡管在多次檢測校正后缺乏意義。LAMB3僅發(fā)生在尼日利亞HR /HER2+患者。TP53在ER患者中富集。有趣的是,盡管GATA3據(jù)報(bào)道強(qiáng)烈富集在獨(dú)特的ER + 腫瘤,研究人員沒有觀察到這樣一個富集在尼日利亞組中。
研究人員通過比較尼日利亞、黑人和白人群體，確定了非編碼突變的熱點(diǎn)?；蚪M的兩個區(qū)域顯示出顯著差異，在尼日利亞組和白人組之間的突變率(圖2)，兩者都在尼日利亞組中過度代表。尼日利亞人和黑人群體之間沒有顯著差異。最強(qiáng)的信號在20q13.2處發(fā)現(xiàn)，突變聚集在ZNF217的上游，ZNF217是一種編碼轉(zhuǎn)錄因子的基因，是腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵調(diào)控因子，先前與乳腺癌的臨床結(jié)果相關(guān)。第二個熱點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)在7 q22.3內(nèi)部和側(cè)翼SYPL1 (Synaptophysin-like 1)。盡管沒有證據(jù)的協(xié)會與乳腺癌,這種基因已經(jīng)在肝細(xì)胞之前與臨床結(jié)果和胰腺導(dǎo)管。
研究人員發(fā)現(xiàn)從白人到黑人到尼日利亞群體的基因突變流行率都存在顯著的正變異，表明與非洲血統(tǒng)有關(guān)。尼日利亞WGS樣本的一個子集(n = 49)獲得了全轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。在尼日利亞和黑人組中檢測了非編碼突變對這兩個基因表達(dá)的影響。研究人員在突變腫瘤中觀察到這兩種基因的表達(dá)升高;然而，沒有發(fā)現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。所鑒定的非編碼突變的功能后果還有待確定。
體細(xì)胞突變標(biāo)志可能為乳腺癌的外源性和內(nèi)源性危險(xiǎn)因素提供病因?qū)W解釋。突變標(biāo)簽分析鑒定出13個單堿基替代(SBS) COSMIC標(biāo)簽(圖3a、b)。在5%的樣本中觀察到的標(biāo)簽之前已經(jīng)報(bào)道過類似的順序，除了SBS39，這是一個最近發(fā)現(xiàn)的標(biāo)簽。這個罕見的SBS標(biāo)簽(SBS17a/b、SBS7b、SBS15和SBS28)主要在尼日利亞和黑人群體中觀察到，這些標(biāo)簽的平均流行率分別為2.8和3.3%。在所有組中觀察到HRD標(biāo)簽SBS3。然而，與白人組相比，黑人組和尼日利亞組的活性略高。9個雙基替代(DBS)標(biāo)簽也被識別出來，其中5個以前未被報(bào)道。兩組間dbs頻率相似，DBS-B在尼日利亞人的貢獻(xiàn)高于白種人(1.55倍)和黑種人(1.42倍)。
共檢測到12個INDEL標(biāo)簽，其中ID8和INDEL- b標(biāo)簽頻率最高。值得注意的是,以前未報(bào)告的標(biāo)簽INDEL-B不僅大大減少白色組相比,尼日利亞和黑色組,但是它也表現(xiàn)出明顯的積極漸變，從白到黑到尼日利亞組在患病率(圖3c)和活度(圖3d)。雖然這種標(biāo)簽的病因還有待闡明，但數(shù)據(jù)表明這與最近的非洲血統(tǒng)有很強(qiáng)的聯(lián)系。在任何其他INDEL標(biāo)簽中都未觀察到此關(guān)聯(lián)。
HRD SBS標(biāo)簽(SBS3)分別在4/7和7/8種系和體細(xì)胞BRCA陽性腫瘤中檢測到。雖然四個具有種系或體細(xì)胞BRCA變異的樣本均缺乏SBS3，但所有四個樣本都表現(xiàn)出較高的INDEL標(biāo)簽ID6和ID8活性(補(bǔ)充圖16)，這兩個標(biāo)簽都與通過非同源端連接修復(fù)DSB有關(guān)。為了進(jìn)一步闡明HRD腫瘤的分類，研究人員將CHORD29應(yīng)用于整個數(shù)據(jù)集，發(fā)現(xiàn)34%的腫瘤為hr缺失(圖4和補(bǔ)充圖18)。在任何種族組或臨床亞型中均未觀察到HRD顯著增加(補(bǔ)充圖18);然而，與黑組和白組相比，尼日利亞HR+ /HER2腫瘤組HRD升高，這與研究人員之前的發(fā)現(xiàn)一致。與SBS3不同，所有BRCA陽性腫瘤都被CHORD分類為HR缺陷。此外，研究人員觀察到ID6 + ID8標(biāo)簽活動與CHORD HRD評分之間存在很強(qiáng)的正相關(guān)，并明確了一組具有高ID6 + ID8活性和高CHORD評分的腫瘤，其中34例(67%)為BRCA陰性腫瘤(補(bǔ)充圖19)。這表明，這兩種指標(biāo)都可以用于識別hr缺失的腫瘤，更高的臨界值的CHORD評分可以穩(wěn)定地對HRD腫瘤進(jìn)行分類。
接下來，研究人員使用CHORD預(yù)測BRCA類型，并檢測其與驅(qū)動突變的相關(guān)性。所有BRCA1和BRCA2陽性腫瘤均經(jīng)CHORD正確分類。伴有PALB2的HR缺失腫瘤也被歸為BRCA2型。在那些hrd相關(guān)基因沒有突變但在高評分集群中的腫瘤中，70%是BRCA1型，尼日利亞人與非尼日利亞人相比，BRCA1型明顯富集。除了CHORD，為了確認(rèn)這兩種BRCA類型的存在，研究人員進(jìn)行了SV標(biāo)簽分析，并提取了7個SV標(biāo)簽。研究人員識別了不同的BRCA1-和BRCA2-相關(guān)特征(分別為S3和S2)，這與基于chord的BRCA類型腫瘤分類匹配良好(圖4)，顯示S2活性在BRCA2型腫瘤中顯著富集和BRCA1型腫瘤中S3活性。
這些結(jié)果表明:
1. SBS3對HRD的分類能力較差;
2. 將INDEL和SV結(jié)合CHORD HRD評分不僅在識別hr缺陷腫瘤方面有優(yōu)勢，而且這些信息還可以用于推斷其BRCA類型。
基因組不穩(wěn)定性(GI)是一種已知的癌癥標(biāo)志，表現(xiàn)為全基因組重復(fù)(WGD)，染色體不穩(wěn)定(CIN)和Kataegis突變。研究人員觀察到尼日利亞人的WGD發(fā)生率比白人組高3倍，但兩組與黑人組之間沒有顯著差異。有趣的是，研究人員觀察到從白人組到黑人組和尼日利亞組的WGD率呈顯著的正趨勢。所有樣本的基因組改變比例隨CNA片段數(shù)(PGAn)的調(diào)整而計(jì)算，作為CIN的測量方法。研究人員觀察到，與非WGD腫瘤相比，WGD腫瘤的PGAn高1.8倍， HR /HER2腫瘤僅在尼日利亞組顯示這種模式(補(bǔ)充圖23)。
PGAn與突變量也顯著相關(guān)(補(bǔ)充圖24)。研究人員在64.2%的樣本中觀察到Kataegis突變，這是一種通常與基因組重排相關(guān)的局部超突變現(xiàn)象，其中3.6%都是尼日利亞人，發(fā)生了超過10起Kataegis突變。kataegis foci的大部分snv是CT和CG突變，與APOBEC突變簽名SBS2和SBS13相關(guān)。尼日利亞分組在白色和黑色組層面表現(xiàn)出更多的焦點(diǎn)(補(bǔ)充圖26)。
PlackettLuce概率框架被用于重建所有腫瘤基因組畸變的最可能的時間順序。分析中包含的基因組畸變包括富集的CNAs、WGD和常見的突變驅(qū)動因子，所有這些都基于克隆性排序。圖6描述了尼日利亞數(shù)據(jù)集基因組事件的相對時間。GATA3和TP53的突變被發(fā)現(xiàn)是早期驅(qū)動因子。除了已知的8p LOH和17p LOH等早期事件外，9q34.2 LOH、14q LOH、15q14-q21.3 LOH和19p13.3 LOH也屬于早期驅(qū)動因素。相比之下，在White組中，19p13.3 (STK11) LOH在WGD前沒有發(fā)生，但8p11.21增加在wgd前發(fā)生。這種增加事件和19p13.3 LOH分別包含ANK1和STK11基因，這兩者都與腫瘤發(fā)生有關(guān)，已經(jīng)在轉(zhuǎn)移性乳腺癌中報(bào)道了STK11拷貝數(shù)丟失。僅排序HR /HER2+亞型、13q LOH、14q LOH和8p11.21增益早在已知的早期驅(qū)動(8p LOH和17p LOH)就出現(xiàn)了，其中14q LOH在White HR /HER2+組中幾乎不存在。
ITH采用加權(quán)癌細(xì)胞分?jǐn)?shù)(wCCF)進(jìn)行評估，wCCF是一種包含亞克隆突變數(shù)量和CCF的度量。尼日利亞癌癥患者的ITH顯著高于White組。亞克隆性最高的5個樣本均為尼日利亞。其中一個樣本在已知的驅(qū)動基因MAP2K4和RB121中有亞克隆突變，另一個樣本在之前未報(bào)道的驅(qū)動基因F5中。其余3個樣本分別在COSMIC TIER1基因ATR、ATRX和KMT2D中攜帶可能的驅(qū)動突變。此外，在5個樣本中的2個中觀察到與ITH37增加相關(guān)的表觀遺傳調(diào)控因子PRDM14的突變(補(bǔ)充圖28)。
最后用加權(quán)癌細(xì)胞分?jǐn)?shù) (wCCF) 評估腫瘤內(nèi)異質(zhì)性 (ITH)，尼日利亞的 ITH 比白人組高，對突變和 CNA 事件進(jìn)行成對相互作用分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù) CNA 事件同時發(fā)生，但是 GATA3 和 TP53 突變幾乎很少同時出現(xiàn)。
前面觀察到 GATA3 和 TP53 突變幾乎很少同時出現(xiàn)，說明 GATA3 和 TP53 突變可能表征了不同的癌癥類型，因此，作者在尼日利亞隊(duì)列中進(jìn)一步表征 GATA3 和 TP53 突變相關(guān)的亞型。結(jié)果顯示 GATA3 突變亞型的患者診斷年齡比其他亞型小10.5 歲，GATA3 陽性腫瘤患者比 TP53 陽性腫瘤患者有更低的拷貝數(shù)負(fù)荷。
參考文獻(xiàn)：
Ansari-Pour, N., Zheng, Y., Yoshimatsu, T.F. et al. Whole-genome analysis of Nigerian patients with breast cancer reveals ethnic-driven somatic evolution and distinct genomic subtypes. Nat Commun 12, 6946 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-27079-w
這個研究在揭示乳腺癌的基因組復(fù)雜性方面已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，其中一個關(guān)鍵的改進(jìn)是乳腺癌基因組分類的發(fā)展。在研究人員的隊(duì)列中，確定了三個基因組亞型，其中GATA3亞型在尼日利亞組中強(qiáng)烈富集。這些基因組亞型表現(xiàn)出不同的突變特性。對于靶向治療有著深刻的意義。
