【摘要】：腫瘤是一種復雜疾病，除了傳統(tǒng)的流行病學易感因素外，越來越多的研究表明，個體遺傳易感性在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。以往的腫瘤分子流行病學通常采用候選基因和通路的選點策略逐一檢測可疑基因和生物學通路中的單核苷酸多態(tài)（SNP）與腫瘤風險的關聯(lián)。近年來，隨著高通量基因分型技術的成熟和成本的降低，全基因組關聯(lián)研究(GWAS)被廣泛應用。隨著大規(guī)模、高密度的全基因組關聯(lián)研究在腫瘤病因學研究中的推進，許多新的腫瘤易感位點被逐步發(fā)現(xiàn)。分子流行病學在方法學上的革命改進了我們對包括癌癥在內的多種疾病的遺傳基礎的認識。 全基因組關聯(lián)研究在發(fā)掘新的腫瘤易感基因和位點上取得了巨大成功；然而，該方法僅關注嚴格符合全基因組顯著性水平的少數(shù)位點，大量起著微小效應的遺傳變異被忽略。鑒于許多疾病的易感基因往往在功能上存在相關性或共同作用于同一生物學通路，以通路為基礎的研究方法被發(fā)展起來。該方法通過評估功能相關或處于同一生物學通路中的多個基因的共同作用，，有助于發(fā)現(xiàn)富集多個微效基因的特定生物學通路與疾病的關聯(lián)。傳統(tǒng)的通路分析方法簡單地將基因區(qū)域內的SNPs分配到基因，這種策略有一定的局限性。首先，基因區(qū)域的許多SNP并無功能，將基因區(qū)域內的所有SNP納入大大增加冗余的多重檢驗。其次，位于某個結構基因的SNP可能對另一基因起表達調控作用，這樣的SNP可能被錯誤的分配到與其功能無關的結構基因。目前，隨著高通量的基因表達分析和基因分型技術的進步，全基因組基因表達的關聯(lián)研究已廣泛展開。數(shù)以千計與基因表達相關聯(lián)的基因表達數(shù)量性狀位點(eQTLs)被發(fā)現(xiàn)。將這些eQTLs功能性分配到其所調節(jié)的基因有助于減少大量的假陽性信號并發(fā)現(xiàn)真正富集了疾病相關功能性多態(tài)的生物學通路。因此，將eQTL信息和腫瘤全基因組關聯(lián)研究相整合的通路分析方法可能有助于更好的詮釋全基因組關聯(lián)數(shù)據�；谌缟蠈θ蚪M關聯(lián)研究的思考，我們展開了如下研究：（1）應用傳統(tǒng)通路分析策略進一步分析皮膚基底細胞癌（BCC）的全基因組關聯(lián)研究數(shù)據，以挖掘BCC GWAS數(shù)據中潛藏的遺傳信息并尋找疾病相關生物學通路；（2）將全基因組基因表達的關聯(lián)研究數(shù)據和皮膚基底細胞癌的全基因組關聯(lián)研究數(shù)據相整合，對基因表達相關位點采用通路分析策略研究其與皮膚基底細胞癌易感性的關聯(lián)。 綜上所述，本研究采用通路分析策略對皮膚基底細胞癌全基因組關聯(lián)研究數(shù)據進行了進一步的分析和探索。后全基因組時代的通路分析策略以及新興的整合全基因組基因表達關聯(lián)研究的通路分析策略在皮膚基底細胞癌的應用有助于發(fā)現(xiàn)新的皮膚基底細胞癌致病通路。該方法能結合現(xiàn)有生物學知識并充分利用全基因組關聯(lián)研究數(shù)據中大量遺傳信息，對其他腫瘤全基因組關聯(lián)研究數(shù)據的挖掘具有借鑒價值。 第一部分傳統(tǒng)全基因組通路分析策略應用于皮膚基底細胞癌易感性的關聯(lián)研究 盡管全基因組關聯(lián)研究的應用成功地發(fā)現(xiàn)了許多新的腫瘤易感基因和位點，但是，嚴格符合統(tǒng)計學“全基因組”顯著性水平的往往只有極少數(shù)的幾個SNPs，其通常只能解釋一小部分的遺傳易感性。全基因組關聯(lián)數(shù)據中還存在大量的剩余遺傳信息有待發(fā)掘，這些剩余的遺傳信息可能會為我們對腫瘤的遺傳易感性提供一個更深刻的認識。新興的全基因組通路分析方法通過評估同一生物學通路和網絡中的多個基因對腫瘤發(fā)生的累積效應，可能有助于發(fā)掘富集多個微效基因的相關生物學通路，在更大程度上利用全基因組關聯(lián)研究數(shù)據。若干復雜疾病的全基因組關聯(lián)研究已經采用全基因組通路分析方法發(fā)現(xiàn)了一些新的疾病易感生物學通路。在這項研究中，我們將通路分析的策略應用于皮膚基底細胞癌的全基因組關聯(lián)研究。我們首先在高加索人群中的1797例皮膚基底細胞癌病例和5197例無癌對照中對740760個基因分型的SNPs進行全基因組關聯(lián)研究。其中，115688個在基因上下游20KB范圍內的SNPs被分配到臨近的基因。隨后，我們將這些基因歸入174條KEGG數(shù)據庫中的生物學通路和205條BioCarta數(shù)據庫中的生物學通路，并建立了兩個陽性對照通路——色素沉著通路和已知BCC風險相關基因通路。我們采用加權Kolmogorov-Smirnov檢驗對每個通路進行基底細胞癌風險的相關性評估，并通過1000次置換計算顯著性水平。 結果顯示，兩條陽性對照通路均達到P 0.05的顯著性水平。此外，其他四條通路也顯示與BCC發(fā)病風險存在顯著關聯(lián)。這四條通路分別是：硫酸肝素合成通路（P=0.007；假陽性報告率，F(xiàn)DR=0.35），mCalpain通路（P=0.002，F(xiàn)DR=0.12），Rho細胞運動信號轉導通路（P=0.01，F(xiàn)DR=0.30）以及一氧化氮合成通路（P=0.02，F(xiàn)DR=0.42）。 通過采用通路分析的策略進一步分析BCC GWAS數(shù)據，我們驗證了兩條已知的BCC風險相關通路，并新發(fā)現(xiàn)了四條生物學通路與BCC發(fā)病風險顯著相關。這四條生物學通路的發(fā)現(xiàn)可能為BCC的病因學提供新的見解。此外，該方法在腫瘤全基因組關聯(lián)研究中的應用可能有助于我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)全基因組關聯(lián)研究方法可能遺漏的遺傳信息。 第二部分全基因組基因表達關聯(lián)研究與通路分析結合的策略應用于皮膚基底細胞癌易感性的關聯(lián)研究 傳統(tǒng)的全基因組通路分析方法從基因所在區(qū)域選取該基因的代表性SNP。然而，基因區(qū)域中的大量SNPs并無功能；此外，基因遠處的遺傳變異可能反式監(jiān)管基因表達。因此，整合全基因組基因表達關聯(lián)數(shù)據和全基因組疾病關聯(lián)數(shù)據的新的通路分析策略被提出。該方法將有助于篩選功能性多態(tài)，減少大量的假陽性信號并將真正的疾病相關信息富集于生物學通路�，F(xiàn)有研究顯示，肝臟和脂肪組織基因表達相關的SNPs富集了2型糖尿病的易感位點，而整合了肝臟和脂肪組織全基因組基因表達數(shù)據和2型糖尿病全基因組關聯(lián)研究數(shù)據的新的通路分析方法成功檢測出了若干已知的2型糖尿病相關生物學通路并發(fā)現(xiàn)了一些新的生物學通路與疾病風險顯著相關。此研究為2型糖尿病的病因學研究提供了新的見解。 在這項研究中，我們將兩個現(xiàn)有的數(shù)據庫中基因表達的數(shù)量性狀位點信息和皮膚基底細胞癌的全基因組關聯(lián)研究數(shù)據相整合，采用新的通路分析策略分析皮膚基底細胞癌的全基因組關聯(lián)數(shù)據。我們首先用兩個EB病毒轉染的淋巴母細胞系（LCL，n=995）的全基因組基因表達關聯(lián)研究，確定322324個表達相關的SNPs（eSNPs）并在高加索人群2045例BCC病例和6013個無癌對照中檢驗其與BCC發(fā)病風險的關聯(lián)。隨后，我們將這些eSNPs對應到其調控的基因并將這些基因歸入99條KEGG數(shù)據庫中的生物學通路進行通路分析。具體通路分析方法同第一節(jié)。結果，我們發(fā)現(xiàn)了兩條生物學通路與BCC相關（P 0.05，F(xiàn)DR 0.5）。這兩條通路為：自身免疫性甲狀腺疾病通路（主要為HLA I類和II抗原，P 0.001，F(xiàn)DR=0.24）和JAK-STAT信號通路(P=0.02, FDR=0.49).其中，JAK-STAT信號通路中的307個與BCC顯著相關的eSNPs中有79個(25.7%)在一個獨立的包含278例BCC病例和1262名對照的驗證人群中被證實與BCC相關（P 0.05）。此外，我們采用16691個由110例正常皮膚樣本全基因組基因表達關聯(lián)研究確定的eSNPs對這兩條通路進行通路分析的驗證，JAK-STAT信號通路提示一定的關聯(lián)（P=0.08）�；贘AK-STAT信號通路在腫瘤發(fā)生中的生物學功能的證據，該通路很可能在BCC的病理機制中起關鍵作用。 通過整合全基因組基因表達關聯(lián)數(shù)據和BCC全基因組關聯(lián)研究數(shù)據，我們將eSNPs功能性定位到相關基因并進行了BCC全基因組通路分析。本研究發(fā)現(xiàn)了JAK-STAT信號通路與BCC發(fā)病風險相關并進行了驗證。該通路分析策略結合了SNPs的功能學信息，對全基因組關聯(lián)研究數(shù)據進行了更有效的利用。該方法的應用可能有助于我們進一步探索全基因組數(shù)據中的遺傳信息并發(fā)現(xiàn)新的疾病易感通路。
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【學位授予單位】：南京醫(yī)科大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：R739.5

【共引文獻】

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1 譚雪晶;在皮膚炎癥反應和細胞凋亡中一氧化氮及復方甘草酸苷的調節(jié)作用[D];大連醫(yī)科大學;2011年

本文編號：2379539