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癌症遗传吗?---乳腺癌易感基因RECQL突变的发现之旅

2017-05-13 00:40:51癌细胞说

 

(本文大概2766字,读完共需11分钟) 

在上几回中,我们给大家讲述了结肠癌方面的遗传倾向,主要介绍了常见的林奇综合征Lynch syndrome和家族性腺瘤性息肉病FAP。其实,除了结肠癌以外 ,乳腺癌、卵巢癌、胃癌等癌症都有比较明显的遗传倾向。比如我们所熟知的在乳腺癌和卵巢癌中BRCA1BRCA2的突变,以及胃癌中ATM的突变。那么这些遗传相关的突变是怎么发现的呢?在接下来的章节中,我们将重走癌症遗传相关基因突变的发现之旅,也希望在踏着前人足迹过程中,能够启示我们去发现新的癌症遗传相关突变,解决癌症遗传家庭的疾苦。

 

乳腺癌是最常见的遗传性的肿瘤,据报道大约有5-10%的乳腺癌存在显著的家族遗传倾向BRCA1BRCA2基因的突变是目前已知的导致乳腺癌遗传的主要原因,但是在具有家族遗传倾向的乳腺癌中,只有不到20%的患者可以检测到BRCA1BRCA2的相关突变,即使包括其他已经明确的与乳腺癌遗传相关的基因突变PALB2、CHEK2、ATM、BRIP1、PTEN、CDH1、RAD51C等)也只能给不到50%具有遗传特征的乳腺癌患者提供解释,多达一半的具有家族遗传倾向的乳腺癌患者并不清楚自己患病的原因。那么还有哪些基因的突变会导致乳腺癌易感性的发生?

 


 

北京大学临床肿瘤学院乳腺中心解云涛教授和多伦多大学Mohammad R Akbari博士分别通过各自的研究发现在DNA复制和双链损伤修复过程中起着重要作用的解旋酶RECQL基因的突变与乳腺癌的易感性之间具有密切的关系,这两项研究成果分别发表在国际著名遗传学期刊PLOS Genetics和《Nature Genetic上。

RECQL基因位于12号染色体上,它编码DNA解旋酶。其对保护基因组完整性有着非常重要的作用。缺乏RECQL的细胞,其基因组具有较高的姐妹染色单体交换率,而且对电离辐射更加敏感,会产生更多的DNA双链断裂。

 

在解云涛教授的研究中,首先选取了514位具有家族遗传倾向的乳腺癌患者,通过BRCA1和BRCA2基因的检测,最终选取了448 位BRCA基因突变阴性的患者,这样的人群排除了常见易感基BRCA1BRCA2突变的干扰,增加了找到新的乳腺癌易感相关基因突变的可能性。随后,对其中年龄较轻的9位患者(<35岁)进行全外显子检测寻找相关胚系突变(这主要由于乳腺癌的发生发展需要时间的积累,年龄较轻的患者发生胚系突变的可能性比年龄较大的患者要高很多),在这些患者中发现在2位患者中发生了RECQL基因的相关突变( L128XR539P)。随后,利用一代测序技术对其余的439BRCA基因突变阴性的乳腺癌患者的RECQL基因进行检测。在总共的448BRCA基因突变阴性的乳腺癌患者的患者中共发现15RECQL基因的相关突变。

那么这么多的RECQL基因的相关突变,哪些会造成RECQL功能的缺失,从而造成患者乳腺癌的易感?

 

通过对1588位正常人群的RECQL基因的检测发现正常人群中也存在RECQL的突变(R455C、M1T、 N363S and H461R),其中M1T和N363S的突变在具有家族遗传倾向的乳腺癌患者和正常人群中发生的频率都比较高且比例相似,因而判断这两个突变为正常人群中携带的突变,对于乳腺癌的发生不具有显著的作用。

无义突变(L128X, W172X and Q266X)对于RECQL功能的影响比较容易判断,因为这种类型的突变造成了RECQL蛋白的不完整,一般都会影响RECQL的功能。

剪切位点上的突变(3952 A>G对于RECQL功能的影响不像无义突变那样容易判断,这种类型的突变可能影响到mRNA成熟过程中外显子的剪切形式,通过对患者血液中RECQL基因的转录本进行检测,发现发生3952 A>G突变的患者会出现另外一种截短型的RECQL mRNA形式,这主要是由于突变导致mRNA形成的过程中丢失了第五位外显子形成的,从而影响到了RECQL的功能。

 

④ 在所有类型的突变中,最难判断的当属点突变对于基因功能的影响。通常我们首先检测突变在正常人群中的突变频率,来大致判断这个突变可能的影响(如1中对于M1T, N363S判断就是基于这种形式),也可以利用1000 genomeEXAC等数据库进行类似的判断,这些数据库会给出某种类型的点突变在正常人群或某些人种中的正常的突变频率。随后,我们会采用SIFT和Polyphen2等软件对点突变可能产生的影响进行预测,这种预测主要是基于物种序列的保守性进行的 ,一般而言,位点越重要,在不同物种进化的过程中,这个位置的序列就越保守,通常这样的位置发生的突变有害性的可能性比较高,但这些都仅仅只能作为参考。进行突变后功能的验证是判断突变功能最有效的方式,在这篇文章中,作者就采用了通过体外检测各种RECQL点突变形式的GST融合蛋白的解旋酶的作用来评价不同点突变的影响。并发现5RECQL点突变形式(R215Q, R455C, M458K, T562I and A195S)影响最终的功能。

 

多伦多大学Mohammad R Akbari博士在波兰和法裔加拿大两个女性群体中,进行了类似的研究,发现RECQL的相关突变与乳腺癌的易感显著相关。但与解云涛教授的研究有所不同,Akbari博士的研究中设置了2个完全不重合的研究组,一个是具有家族遗传背景的乳腺癌患者组,用于突变基因的发现。另一个是乳腺癌患者组,未对患者的家族遗产进行选择,用于已发现突变的验证。Akbari博士的研究中主要关注的是功能比较容易判断的无义突变、删除突变和移码突变,较难判断的点突变,Akbari博士未进行深入的研究。总的来说, 解云涛教授Akbari博士的研究都证明了RECQL基因的突变在乳腺癌易感方面的重要作用,是对于目前乳腺癌研究的重要补充,两者研究各有侧重,互为补充。

 

在寻找癌症易感基因突变的过程中,一般来说,修复相关基因的突变比较常见,而通常修复基因都是抑癌基因,最常发生的突变都是删除突变,移码突变,无义突变,我们通常喜欢先从这些突变入手,主要是比较容易确定突变后的功能,容易分析。偶尔我们也会发现点突变影响这些基因功能的情况,但相对说很难判断,通常需借助1000genome、Cosmic、EXAC等数据库查看正常人群和癌症人群的分布频率,也有借助进化保守型利用SIFT和Polyphen2 等数据库推断突变后对于功能的影响的,但一般只能作为参考。在点突变这种类型中,相对来说,突变为半胱氨酸(C)(如上面提到的R455C的突变)的一般对于功能的影响比较明显,主要是由于在形成二硫键的过程中,容易影响蛋白质的结构,从而影响到基因的功能。这种类型的突变在点突变中可以优先关注。

 

参考文献:

1. Sun, J., Wang, Y., Xia, Y., Xu, Y., Ouyang, T., Li, J.,& Xie, Y. (2015). Mutations in RECQL Gene Are Associated with Predisposition to Breast Cancer.. PLOS Genetics, 11(5).

 

2.Cybulski, C., Carrotzhang, J., Kluźniak, W., Rivera, B., Kashyap, A., Wokolorczyk, D., ... & Akbari, M. (2015). Germline RECQL mutations are associated with breast cancer susceptibility. Nature Genetics, 47(6).