Triploīdijas izcelsmes izpēte vīriešu ļaundabīgajos audzējos ar kariotipu un NGS datu bioinformātisko analīzi

Abstract

Vēža šūnu triploīdija (modālais hromosomu skaits ap 69) ir asociēta ar rezistenci pret terapiju un sliktu prognozi, tomēr tās rašanās mehānisms joprojām nav pilnīgi noskaidrots. Maģistra darba galvenais mērķis bija mēģināt noteikt vēža triploīdijas izcelsmi, balstoties uz dzimumhromosomu stāvokli vīriešu dzimuma pacientu kariotipos. Šim nolūkam tika veikta Mitelmana datubāzē pieejamo 15 ļaundabīgo un 5 labdabīgo audzēju kariotipu paraugkopu (kopā 2928 paraugi) in silico meta-analīze, pētot statistiskās likumsakarības starp ploīdiju un dzimumhromosomu konfigurāciju. Visos ļaundabīgo audzēju tipos tika identificēta izteikta triploīdā frakcija. X-disomija (visbiežāk novērojama kā XXY kariotips) pozitīvi korelēja ar triploīdiju (Pīrsona r≈0.9, p<0.001), negatīvi-ar diploīdiju, un nekorelēja ar tetraploīdiju. Mazāks triploīdais komponents ar X-disomiju tika novērots arī 3 no 5 labdabīgajiem audzējiem. Rezultāti ļauj secināt, ka vēža triploīdijas izcelsmē ir iesaistītas digīnijai līdzīgas pilngenoma izmaiņas, kas ietver haploīdo vecāku genomu sadalīšanos, maternālā genoma dubultošanos un pedogāmisko saplūšanu ar haploīdo paternālo genomu (hromosomālā nestabilitāte un nejaušas aberācijas visticamāk ir sekundārs process). Turklāt, 3n XXY kariotips ir potenciāli izmantojams kā vēža diagnostiskais un/vai prognostiskais marķieris. Tomēr optimālā marķiera detektēšanas metode joprojām nav noteikta. Mēģinājumā pārbaudīt jaunās paaudzes sekvenēšanas piemērotību šim mērķim, tika uzrakstīta bioinformātiskā “pipeline” programma un izanalizēti 25 normālo audu un 117 vēža biopsiju (5 vēža veidu) pilnā eksoma sekvenēšanas dati no Eiropas nukleotīdu arhīva. Eksomu analīzes rezultāti liecina, ka programma var detektēt dzimumhromosomu izmaiņas audzējos, kuros vēl nav notikusi augstas pakāpes strukturālā pārkārtošanās. Ir nepieciešami papildus pētījumi, lai atrastu vispiemērotāko metodi 3n XXY kariotipa identifikācijai pacientu paraugos.

The origin of cancer near-triploidy (a modal chromosome number around 69), which is associated with therapy resistance and poor prognosis, still evades elucidation. The main goal of this Master’s Thesis was to attempt to identify the cause of malignant tumour triploidy by studying the numerical abnormalities of sex chromosomes in male cancer cell karyotypes. For this purpose, in silico meta-analysis was performed on 15 male malignant and 5 benign tumour cohorts (2928 karyotypes) from the Mitelman Database, statistically assessing the relationship between modal chromosome numbers and sex chromosome configurations. A distinct fraction of near-triploid karyotypes was found in all malignant tumour types. X chromosome disomy, predominantly represented by the XXY configuration, had a strong positive correlation with near-triploidy (Pearson r≈0.9, p<0.001), negatively correlated with near-diploidy, and did not correlate with near-tetraploidy. A smaller X-disomic near-triploid component was also present in 3 of 5 benign tumour types. The results indicate that cancer triploidy may arise as a result of digyny-like whole-genome alterations (maternal genome doubling and fusion with a paternal genome), though random chromosomal rearrangements should not be excluded. This process may be involved in cancer initiation, and the XXY 3n karyotype could prove useful as a diagnostic and/or prognostic marker. Still, further research is required to determine the most suitable method for its detection. In an attempt to test if an NGS-based approach would be suitable, a bioinformatics pipeline was written and used to analyze whole exome sequencing data of 25 normal tissue and 117 cancer samples (5 cancer types) from the ENA repository. The pipeline successfully detected changes in the sex chromosome to an autosome (:A) ratio, but its effectiveness was impeded by genome instability. Therefore, further studies are required to find the most suitable method for the potential test.