癌基因组突变与拷贝数分析

癌基因组突变与拷贝数分析主讲人：顾云燕2主要内容第一部分：癌基因组概论第二部分：癌基因组数据来源第三部分：分析癌基因组数据第四部分：案例分析并上机实习3主要内容第一部分：癌基因组概论第二部分：癌基因组数据来源第三部分：分析癌基因组数据第四部分：案例分析并上机实习4肿瘤(tumor)Carcinoma癌Sarcoma肉瘤Leukemia白血病良性恶性癌症(cancer)lymphoma淋巴瘤5肿瘤（tumor）：一群生长失去正常调控的细胞形成的新赘生物（neoplasm）85%为癌(carcinoma)：2%为肉瘤(sarcoma)：5%为淋巴瘤(lymphoma)3%为白血病(leukemia)6什么是癌症Whatiscancer？亦称恶性肿瘤（malignanttumor）癌症（cancer）：因控制细胞生长增殖机制失常而引起的疾病。癌细胞除了生长失控外，还会局部侵入周遭正常组织甚至经由体内循环系统或淋巴系统转移到身体其他部分。7致癌因素物理因素:Uv,电离辐射(白血病，皮肤癌等)化学因素：多环芳烃化合物（如3，4苯并芘）（肺癌）；黄曲霉素（肝癌）；亚硝胺（消化道癌）；生物因素：病毒，细菌等（鼻咽癌、宫颈癌）遗传因素：生殖细胞携带突变基因（Rb突变基因，视网膜母细胞瘤）癌症的复杂性8癌发生涉及多个基因的变化。基因水平——癌是多基因病癌的发生与常见的复杂性疾病一样，也是由遗传因素（基因变化）和环境相互作用的结果——癌是多因素病癌的遗传事件不是单一而是多途径——癌是多途径机制癌的发生经历基因多次突变的累积，其发展是一个多阶段的过程。——癌是多阶段9结肠癌发生的分子事件10关于癌症发生的分子学说有基因突变、染色体易位、干细胞起源。其中基因点突变、缺失、扩增的变化已得到比较多的实验证据AllcancersariseasaresultofsomaticallyacquiredchangesintheDNAofcancercells.(BertVogelsteinetal.,CancerGenomeLandscapes,2013,Science)11基因组异常改变类型突变mutation拷贝数改变copynumberalteration12突变mutation基因突变是指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变。体细胞突变（somaticmutation）发生在正常机体细胞中的突变生殖细胞突变（germlinemutation）发生在将成为配子（精子和卵子）的细胞中突变类型非同义突变（Non-synonymousmutation）：错义突变、无义突变同义突变（synonymousmutation）:沉默突变13IndelsDeletionsSingle-baseSubstitutionsTotalalterationsaffectingprotein-codinggenesinselectedcancers141516基因拷贝数变异Copynumbervariation(CNV)17缺失deletion扩增amplification全基因组规模的CNV分析平台aCGH(arraycomparativegenomichybridization)SNParrayNextgenerationsequencing18识别CNV方法GISTIC（GenomicIdentificationofSignificantTargetsinCancer）Reference：RameenBeroukhimaetal.,Assessingthesignificanceofchromosomalaberrationsincancer:Methodologyandapplicationtoglioma.PNAS,2007SoftwareDownload:=view&paper_id=216&p=t1920人类基因组计划（humangenomeproject）－解开DNA的密码4种不同的碱基，它们是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（T）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（G）确定DNA双股链上每个独立结构单元或碱基的确切顺序基因组（Genome）是生物体内遗传信息的集合，是某个特定物种细胞内全部DNA分子的总和。2122癌基因组cancergenome癌症样本相对于正常样本，所有突变基因的总和，称为癌基因组.AllcancersariseasaresultoftheacquisitionofaseriesoffixedDNAsequenceabnormalities,mutations,manyofwhichultimatelyconferagrowthadvantageuponthecellsinwhichtheyhaveoccurred.23癌基因原癌基因proto-oncogene：调控细胞生长和增殖的正常细胞基因。突变后转化成为致癌的癌基因。（acceleratorinanautomobile）抑癌基因tumorsuppressorgens:调控细胞生长抑制肿瘤表型表达的基因。可通过纯合缺失或失活而引起细胞恶性转化。（brakeinanautomobile）稳定性基因stabilitygenes：DNA修复基因（mechanicsforanautomobile）24主要内容第一部分：癌基因组概论第二部分：癌基因组数据来源第三部分：分析癌基因组数据第四部分：案例分析并上机实习CancerGenomeDataSourceCGP(CancerGenomeProject)atWellcomeTrustSangerInstitute)TCGA(TheCancerGenomeAtlas)ICGC(InternationalCancerGenomeConsortium)体细胞突变数据库COSMICisdesignedtostoreanddisplaysomaticmutationinformationandrelateddetailsandcontainsinformationrelatingtohumancancersfrompublishedscientificliteratures.2627癌基因数据库cancergenesThecancerGeneCensusisanongoingefforttocataloguethosegenesforwhichmutationshavebeencausallyimplicatedincancer目前收录507个癌基因（cancer_gene_census.xls）28发现第一个原癌基因h-ras首次克隆出抑癌基因RB1Census291癌基因TCGA成立首次获得癌基因组29TheCancerGenomeAtlas（TCGA）关于TCGA肿瘤基因组图谱(TCGA)计划.第一阶段为期三年,由美国国家癌症和肿瘤研究所（NCI）和国家人类基因组研究所（NHGRI）联合进行，预计耗资1亿美元，已经确定将先研究胶质母细胞瘤和卵巢癌的基因组图谱。第二阶段将包括另外25种人类好发的癌症类型TCGA使命:提高人们对癌症发病分子基础的科学认识及提高我们诊断、治疗和预防癌症的能力TCGA目标:完成一套完整的与所有癌症基因组改变相关的“图谱”实施分段示意图样本收集标准规范集中管理有效使用确定每个患者肿瘤相关基因的改变临床诊断、治疗和预防的转换研究信息挖掘整理并指导临床应用12345Graphicscredit:TheWashingtonPost,December14,200532TCGA功能数据管理，生物信息学和计算分析(GDAC)整合分析数据科技发展改善技术和分析工具肿瘤基因组鉴定中心确定与肿瘤有关的基因鉴定相关癌基因基因组测序中心人类肿瘤样品库样品集中、编辑及分发到各个研究部门33DNARNASpliceVariantsChIP•蛋白/DNA相互作用•转录•DNA复制•DNA修复•特定基因的剪接形式•对下游翻译的影响GX•转录的高灵敏度测量•与基因组相关数据分析结果的相关性mRNA数据类型CGH•染色体畸变•基因拷贝数拷贝数CH3•甲基化模式•下游转录的影响甲基化转录因子mRNA亚型miRNA•microRNAs的显示•敲除分析•与转录数据分析结果的相关性RNA干扰34拷贝数甲基化mRNA表达生物标记系统网络•基因芯片预测分析•高评分成对算法•拷贝数改变的共显示•贝叶斯网络肿瘤亚型•不同剂量药物敏感的表达模式35可获得数据的癌型e数据统计37=GBM&diseaseName=Glioblastomamultiforme38胶质母细胞瘤基因组图谱TheCancerGenomeAtlasResearchNetwork,Nature,2008SomaticmutationdataofGBM39=ApplyFilter&showMatrix=true&diseaseType=GBM&tumorNormal=TN&tumorNormal=T&tumorNormal=NT&platformType=12&platformType=7&platformType=4140主要内容第一部分：癌基因组概论第二部分：癌基因组数据来源第三部分：分析癌基因组数据第四部分：案例分析并上机实习41突变分类司机突变Adrivermutationiscausallyimplicatedinoncogenesis.Ithasconferredgrowthadvantageonthecancercellandhasbeenpositivelyselectedinthemicroenvironmentofthetissueinwhichthecancerarises.乘客突变Apassengermutationhasnotbeenselected,hasnotconferredclonalgrowthadvantageandhasthereforenotcontributedtocancerdevelopment.Passengermutationsarefoundwithincancergenomesbecausesomaticmutationswithoutfunctionalconsequencesoftenoccurduringcelldivision.42癌症异质性43Edwardetal.CancerGenomeSequencing—AnInterimAnalysis.CancerRes2009;69:(12).癌基因组突变图44癌基因组体细胞突变的多样性这些突变组扫查研究显示：