ЭРα

Природа (2023)Цитировать эту статью

16 тысяч доступов

249 Альтметрика

Подробности о метриках

Фокальная амплификация числа копий является онкогенным явлением. Хотя недавние исследования выявили сложную структуру1,2,3 и эволюционные траектории4 ампликонов онкогенов, их происхождение остается плохо изученным. Здесь мы показываем, что фокальные амплификации при раке молочной железы часто возникают в результате механизма, который мы называем амплификацией транслокационного мостика, включающего межхромосомные транслокации, которые приводят к образованию и разрыву дицентрических хромосомных мостов. В 780 геномах рака молочной железы мы наблюдаем, что очаговые амплификации часто связаны друг с другом межхромосомными транслокациями на их границах. Последующий анализ указывает на следующую модель: окрестности онкогена транслоцируются в G1, создавая дицентрическую хромосому, дицентрическая хромосома реплицируется, и по мере того, как дицентрические сестринские хромосомы расходятся во время митоза, хромосомный мост формируется, а затем разрывается, при этом фрагменты часто циркулируют во внехромосомных хромосомах. ДНК. Эта модель объясняет амплификацию ключевых онкогенов, включая ERBB2 и CCND1. Границы рекуррентной амплификации и горячие точки перестройки коррелируют со связыванием рецептора эстрогена в клетках рака молочной железы. Экспериментально лечение эстрогеном вызывает двухцепочечные разрывы ДНК в целевых областях рецептора эстрогена, которые восстанавливаются транслокациями, что указывает на роль эстрогена в создании начальных транслокаций. Анализ панрака выявляет тканеспецифические отклонения в механизмах, инициирующих фокальные амплификации, при этом цикл разрыв-слияние-мостик преобладает в некоторых случаях и амплификация транслокации-мостика в других, вероятно, из-за разных сроков восстановления разрывов ДНК. Наши результаты идентифицируют общий способ амплификации онкогена и предполагают, что эстроген является его механизмом происхождения при раке молочной железы.

Амплификация числа копий является распространенным способом активации онкогена при раке1. В отличие от крупномасштабного увеличения числа копий, такого как анеуплоидии хромосомных плеч, амплификации онкогенов часто бывают очаговыми с высокой амплитудой5,6, что указывает на различные причинные механизмы. Предыдущая работа установила, что раковые клетки могут идти разными эволюционными путями, чтобы достичь высокого уровня амплификации числа копий. В некоторых случаях онкогены линейно амплифицируются после одного двухцепочечного разрыва ДНК (DSB) в рамках цикла разрыв-слияние-мост (BFB)2 — итеративных циклов разрыва хромосом, репликации ДНК, слияния сестринских хроматид и образования дицентрических хромосомных мостов, которые приводит к очередной поломке. Совсем недавно было показано, что амплификации высокого уровня могут также возникать в результате хромотрипсиса, явления массивной хромосомной фрагментации и перестройки, посредством образования внехромосомных кольцевых ДНК3,7,8,9,10,11 (вкДНК). Циклы хромотрипсиса и BFB часто переплетаются, поскольку хромотрипсис может генерировать разрывы ДНК, которые инициируют BFB, а цикл BFB может ускорять хромотрипсис4,12,13. Несмотря на эти достижения, первоначальные мутационные события, приводящие к очаговой амплификации онкогенов, остаются плохо изученными.

Рак молочной железы является одним из типов рака, при котором очаговая амплификация онкогенов играет решающую роль в онкогенезе14. При многих случаях рака молочной железы настоящие онкогены, такие как HER2 (также известный как ERBB2) и циклин D1 (CCND1), подвергаются фокальной амплификации, определяя клинически значимые подгруппы14,15. Эти очаговые усиления обычно возникают на ранних стадиях онкогенеза молочной железы, вероятно, способствуя переходу от атипической протоковой гиперплазии к протоковой карциноме in situ16,17. Сообщалось также о позднем появлении очаговых амплификаций во время лечения18, что позволяет предположить их связь с продолжающимися мутационными процессами в раковых клетках. Несмотря на важность фокальных амплификаций при раке молочной железы, остается неясным, как исходная клетка приобретает ампликоны и связан ли этот процесс с факторами риска рака молочной железы.

5 as concerning and >10 as serious collinearity issues65./p>

9). The background represents the bins that do not contain amplification boundaries. All epigenomic features were from MCF7 cells, except for TOP2B (from MCF10A cells). DHS, DNase I hypersensitivity sites. c. Pearson's correlation coefficients between the ERα binding in MCF7 cells and in tissues, including multiple breast cancer samples and normal luminal breast epithelial cells from a previous study (Supplementary Table 3). The analysis is based on 1 Mbp-sized genome-wide bins. d. Assessment of multicollinearity between the epigenomic features by variant inflation factor (VIF; Methods). Some variables showed moderate degree of multicollinearity (VIF 3−5) although others including E2-ERα showed low degree of multicollinearity (VIF < 3). Given these reassuring features, we performed multivariate linear mixed-effect model (panel e), as an adjunct analysis. e. Predictors of amplification boundaries in the multivariate linear mixed-effect model, by the ER status. 100 Kbp-sized genome-wide bins were used in this analysis. Raw p-values from two-sided test are shown. f. A greater cumulative E2-ERα binding is observed in the 100-Kbp bins with more frequent overlaps with the focal amplification boundaries. E2-ERα ChIP-seq data from MCF7 cell line was used in this analysis. Box plots indicate median (thick line), first and third quartiles (edges), and 1.5× of interquartile range (whiskers). Statistical significance was determined by the one-sided rank sum test. g. Binding intensity (fold enrichment) of E2-treated ERα, CTCF, FOXA1, and GATA3 in MCF7 cells based on the 1 Mbp-sized genomic bins with different levels of overlap with the focal amplification boundaries (upper panel). The numbers of genomic bins used in each category are as follows: n = 25663 (recurrence = 0), 4334 (1−3), 118 (4−6), and 39 (≥7). Box plots indicate median (thick line), first and third quartiles (edges), and 1.5x of interquartile range (whiskers). A statistically significant increase in the binding intensity of E2-treated ERα was observed with increasing recurrence of amplification boundaries (p = 2.8 × 10−6, one-sided Wilcoxon's rank sum test). Genomic distances from the bins containing the amplification boundaries to the strong binding peaks (top 10%) of E2-ERα, CTCF, FOXA1, and GATA3 in MCF7 cells (lower panel). Black dots indicate median, and the vertical lines indicate the range between first and third quartiles. h. Enrichment of different classes of variants with respect to the expected values under the assumption of uniform distribution in 100-Kbp genomic bins within 5-Mbp window for each E2-induced ERα peak locus. Statistical significance was assessed by one-sided Fisher's exact test. i. Relative density of amplification boundaries, SVs, and indels by their subgroups around the E2-ERα peaks (±50-Kbp window from the center of the peak). Here, the amplification boundary hotspots were defined as 100-Kbp bins supported by >4 tumors. Number of variants used in the analysis was marked on the right. HRP, HR-proficient tumors; HRD, HR-deficient tumors. j. Subgroup analyses of the relationship between the SV hotspots of the unamplified regions and the frequency of E2-ERα binding peaks in the regions (related to Fig. 3c). A positive correlation between the E2-ERα peaks and the unamplified SV hotspots is observed among the HR-proficient tumors. In contrast, the trend is not found in HR-deficient tumors./p> 4-fold change by the E2 treatment) between the induced breaks and the prey regions in the T47D cells./p>3 fold (from 22 to 69; odds ratio: 1.87 compared to the background; p = 0.009 by Fisher's exact test, two-sided) in the purple shadow region (chr17:38,450,000-38,750,000). E2-induced HTGTS translocation hotspots, prominent E2-ERα binding peaks, and the telomeric boundary of the ERBB2 amplicons well overlapped each other, suggesting E2-induced, ERα-mediated fragility as the mechanism of initial translocation that led to the TB amplification. Local DNA fragmentation and segmental loss after the chromosome bridge breakage could explain the tumors with more proximal boundaries. b. A similar example of CCND1 (orange shadow) amplification and its neighborhood. The HTGTS translocation breakpoints were from the experiments using sgRARA. E2 treatment also increased the frequency of translocations from 14 to 40 in the region around SHANK2 (chr11:70,300,000-71,000,000; purple shadow), but this was not significantly larger than the background increase (odds ratio: 1.70; p = 0.09 by two-sided Fisher's exact test). Further discussions in Supplementary Fig. 7. c. An example of unamplified SV hotspot in GATA3, which overlaps with the E2-induced HTGTS translocation hotspot. d. Another example of unamplified SV hotspot in FOXA1./p>

Новости