科学家发现了 5,000 多种导致某些癌症发生的基因变异

微尚健道网07-15大中小评论

在最近发表在《自然遗传学》杂志上的一项研究中，研究人员对BRCA1相关蛋白1基因（BAP1）进行了饱和基因组编辑（SGE），该基因的功能障碍与癌症和神经发育受损有关。

背景

BAP1 基因的可遗传功能丧失 (LOF) 突变会导致肿瘤易感性，其中一些与神经发育问题有关。未知重要性的变异会导致常染色体显性肿瘤易感综合征，这会导致患者治疗期间出现并发症。

近期针对 BAP1 致病性种系突变患者的筛查标准对于识别高危人群和改进监测建议至关重要。识别恶性肿瘤中的破坏性体细胞 BAP1 突变可能有助于制定个性化癌症治疗方案。

关于研究

在目前的研究中，研究人员利用 SGE 来表征 BAP1 基因中的单核苷酸变异，从而增强精准医疗工作。

研究人员专注于解决 BAP1 基因中意义不明的变异 (VUS)，这对患者的治疗至关重要。他们研究了生殖系和体细胞 BAP1 多态性在肿瘤倾向和靶向肿瘤治疗中的作用。他们研究了 BAP1 变异与皮肤黑色素瘤、葡萄膜黑色素瘤、胆管癌、间皮瘤、脑膜瘤和肾癌等癌症的相关性。

研究人员对 18,108 个不同的变异进行了实验，其中 6,196 个表现出异常功能。然后，他们利用这些发现评估了英国生物库、基于人群的肿瘤收集、癌症谱系和 ClinVar 中的表型关系。

研究人员开发了一种 HAP1 DNA 连接酶 4 (LIG4) 敲除 (KO) 菌株，其中包括克隆生成的 Cas9 (HAP1-A5) 的基因组整合。他们改进了质粒和转染方法，筛选了五个时期的所有 BAP1 编码外显子。此外，他们针对每个 SGE 区域进行了两项不同的研究。

细胞适应度被用作 BAP1 功能的生物学读数，显示了其在 HAP1 细胞中的重要性和 SGE 有效性。进行了一次有针对性的成簇规律间隔短回文重复相关蛋白 9 (CRISPR-Cas9) 筛选，其中 193 个 sgRNA 和变体文库分布在所有 22 个 BAP1 靶标区域。

研究人员对基因结构和保守性进行了功能分析，将变异分为功能类别。错误发现率 (FDR) ≥0.01 的变异被归类为未改变的变异，而 FDR ≤0.01 且功能评分为负的变异被归类为缺失的变异。FDR ≤0.01 且功能评分为正的变异被归类为富集的变异。研究人员将该指标与 SGE 结果进行了比较，并通过比较来自不同基因组编辑研究的 log2 倍数变化 (LFC) 来测试每个变异的功能评分和分类的可靠性。

研究人员将 BAP1 SGE 测试与美国医学遗传学和基因组学学院 (ACMG) 证据框架进行了比较，以确定其对变异解释的实用性。他们研究了癌症和神经发育中的 BAP1 变异，并将其归类为高度缺陷或轻微缺失。他们使用表型关联研究 (PheWAS) 来识别缺陷变异，并开发了癌症类型的表型特征和罕见变异负担测试掩码。

他们还利用 Cancer Genome Atlas 中的核糖核酸测序 (RNA-seq) 数据评估了英国生物库 BAP1 突变与葡萄膜黑色素瘤定量方面的联系。他们还检查了 Foundation Medicine 数据库中 394,756 个患者样本的肿瘤测序数据，以确定新的 BAP1 变体。

结果

破坏性、非同义型种系 BAP1 突变与癌症诊断和胰岛素样生长因子 1 (IGF-1) 水平升高相关，表明可能存在致病机制和治疗靶点。功能评分准确分类了变异，灵敏度 >99%，特异性 >98%，曲线下面积 (AUC) 值 >0.999。

改进的 SGE 方法通过在 HAP1 LIG4 KO 细胞系中建立 BAP1 必需性、增加 Cas9 活性和维持稳健的单倍体来提高实验质量。改进的 SGE 程序将 HAP1 细胞中的转染效率从 5.0% 以下提高到 60% 以上。BAP1 必需性使突变后果分离成为可能，其中停止增益和移码变体的功能评分主要为负值。

错义变异和密码子缺失产生的评分呈双峰分布，使研究人员能够精确定位关键的 BAP1 蛋白残基和结构域。在 18,108 个 BAP1 变异中，11,912 个是恒定的，5,665 个是缺失的，531 个是富集的。未改变的变异没有得到功能评估，但富集的变异获得了更好的评分。该团队在屏幕上观察到了一些缺失的同义变异。同义类型缺失的变异显示出比未改变的同义变异更高的 SpliceAI 评分。缺失版本的评分范围更广。

BAP1 的保守 N 端 UCH 结构域对错义突变和密码子缺失具有更强的抵抗力。使用库 A 或 B LFC 和 FDR 计算的功能分类产生了 90% 的变异分类一致性。研究人员发现，致病性真值集中 99.8% 的变异显示出预期的消耗，而 97% 的变异保持不变或富集。测试和 SGE 的功能分类非常相似，可以同时识别可能的次等位基因。