以下文章来源于作图丫 ，作者球球
导语：结构变异(SVs)是胃癌(GC)驱动事件的原因。然而，它们的模式和过程仍然知之甚少。
背景介绍
今天小编为大家带来一篇探索胃癌基因组中癌基因的结构重排景观的文章。作者通过检查170个胃癌基因组确定的结构变异的非随机组合阐明了与流行病学和驱动背景、组织发生和突变特征相关的独特胃癌亚型。文章发表在Nature communications上，题目为Oncogenic structural aberration landscape in gastric cancer genomes。
研究设计
结果解析
01
胃癌的全基因组突变特征分析
作者对81例日本胃癌病例进行了全基因组测序(WGS)分析。通过将数据与先前的胃癌WGS数据相结合，使用相同的管道分析了170个胃癌WGS。共鉴定了5,376,590个单核苷酸变异(snv)和26个单碱基替代特征(SBS)。
染色质状态显著影响胃癌突变特征的频率。在活性染色质区域，SBS1(时钟样)、SBS3 (BRCA1/2)、SBS5(时钟样)、SBS6(缺陷错配修复(MMR))、SBS13 (APOBEC)和SBS16(酒精相关)占主导地位。此外，SBS8(未知原因)、SBS9(聚合酶eta体细胞高突变活性)、SBS17(未知原因)和SBS18(活性氧损伤)主要出现在非活跃区。
02
胃癌基因组的结构变异
根据结构变异的reads数与参考基因组的比例，作者计算了调整后的SV等位基因频率(SVAF)。在170个GC基因组中，共鉴定出49,059个sv，包括22179个缺失，11,234个串联重复，8534个倒置和7112个易位。缺失具有三峰(35 bp, 1.4 kb和0.14 Mb)大小分布，这与之前在泛癌症WGS研究中观察到的相似。相比之下，串联复制显示双峰分布(45 bp和0.25 Mb)(图2a)。
涉及删除和串联重复事件的小规模(~100 kb) svf较高，表明其获得较早。高拷贝数变化的串联重复(ΔCN)显示出显著较高的SVAF，具有大小依赖趋势，表明它们可能是癌症驱动因素(图2a右)。与其他类型相比，平均易位SVAFs较低，证实它们是在癌症进展过程中通过全基因组低甲基化获得的21652例sv预计产生融合基因，与62例的RNAseq数据相比，24.5%(54/220)的sv表达。高SVAF的基因内SVs含有驱动抑制基因，如TP53和融合靶基因，如ARHGAP26。高SVAF串联重复含有驱动致癌基因，如CCNE1和MYC。
03
多次出现的结构变异热点可能驱动胃癌
使用调整后的SV等位基因频率，作者在全基因组范围内鉴定胃癌的驱动SVs。高svaf的基因内SVs热点多位于GC抑癌基因和融合基因位点。同时，高svaf串联重复反转热点存在于已知的癌基因位点(包括ERBB2和CCNE1)以及其他位点（图3）。
作者专注于这两种SV类型，并确定了27个基因组片段作为满足以下四个条件的驱动SV热点候选:1)在> 5%的病例中检测到，2)非常见脆弱位点(CFSs)或活性转座子，3)包含5个或更多高svaf，4)有SVs的病例比没有SVs的病例拷贝数比率显著增加(图2b)。
这些热点分为单型热点和多型热点。奇异型热点是一个狭窄的重排区域，70%以上的病例共享，每个病例通常发生一个或几个sv。例如，包含BCAR4的chr16:11,891-11,916 kb基因组区域的重复发生在13例中(图2c)。多型热点通常涉及多个基因和一种以上的SV类型。例如，在20q13片段内发生串联重复或反转(图2d，左)，包括SNAI1和CEBPB在内的四个基因的拷贝数和基因表达增加(图2d，右)。
04
胃癌的重排signature和亚型
为了探索SV积累过程的分子和流行病学背景，作者提取了代表SV倾向的SV特征。先前的研究报道了两种分类sv的方法:一种是由泛癌症全基因组分析(Pan-Cancer Analysis of Whole genomes)提出的，另一种是由Signal (https://signal.mutationalsignatures.com/)提出的。在本研究中，使用了基于后一种模式的SV分类特征。作者提取了6个结构重排特征(RS)，每个特征都有一个特征的颜色分布(图4a)。除RS1外，所有的RS在活性染色质区域都表现出更高的频率。
无监督分层聚类将170例RS分为7个亚型(RS1-6亚型和RS2/6亚型)。其中6个由每个RS组成为主特征，最后一个由RS2和RS6混合组成(图4b)。缺失型sv在RS1和RS4中占主导地位(图4b)。
作者研究了癌症基因组图谱(TCGA)项目中报道的7种SV亚型与eb病毒(EBV)、MSI、基因组稳定型(GS)和染色体不稳定型(CIN) 4种分子类之间的相关性。RS2亚型包含MSI阳性和ebv阳性病例。RS4和RS2/6亚型具有明显更多的弥散型病例，具有特征驱动改变(CDH1和CLDN-ARHGAP融合)，与TCGA GS类相似。RS3亚型有更多的肠型病例和拷贝数改变，与TCGA CIN分类相对应(表1)。
05
胃癌中结构变异cluster的分子特征
SVCs经常在癌症基因组中被检测到，并与致癌基因扩增相关。约36.6%(18,118/49,509)的svc聚集在GC中形成3,457个svc，不同RS亚型的svc比例不同。RS2亚型中不到20%的SVs属于svc，而>50%的svc聚集在RS3和RS6亚型中。
根据SV类型、大小、分布、ΔCN和SVAF特征对所有3,457个svc进行了分类(见方法)。然后，注释了提出的分子机制：CFS、l1逆转录转位、非等位基因同源重组介导的重复(NAHRD)和断裂-融合桥循环(BFBC)(图5a)。
CFS样SVCs的特征是在同一区域内反复出现不同大小的缺失，拷贝数逐渐衰减(图5b)。在793个类似CFS的svc中，38.9%(309/793)与HumCFS30上注册的验证CFS片段重叠。RS4亚型的SVCs(83.3%，100/120)以CFS样型为主(图5a)。L1逆转录转座子型SVCs位于LINE1元件1.0 kb内(图3c)，在RS5亚型中较为常见(24.9%，50/201)(图3a)。
06
染色体外DNA驱动的SVC在胃癌中产生驱动癌基因扩增子
作者还发现了其他未分类的复杂SVCs类型。它们在扩增子边缘表现出高SVAF断点，并包含一组密集位于扩增子内的较低SVAF(图5f)。在某些情况下，这些被放大的片段连接的距离超过2 Mb(图5g)。将前者命名为自连接扩增子，后者命名为组装扩增子。这些复杂svc的数量与RS6特征中的“聚集大尺度SV”的数量相关(图5h)。此外，在ecdna相关的SVs和自连接/组装的扩增子SVCs之间观察到多重相似性(图6a)。
大多数癌基因扩增子，如ERBB2、CCNE1和EGFR，与四种SVC类型的混合物相关，而一些位点的特征是它们倾向于SVC类型:2p21 (ZFP36L223的超增强子片段)与NAHRD型相关，6q23.3 (MYB)与BFBC型相关，10q26.12-13 (FGFR2)与自连接扩增子型相关(图6c)。在这些扩增子相关的SVC类型中，装配的扩增子和BFBC类型的拷贝数明显高于NAHRD类型（图6d）。
这些扩增子类型的SVCs的染色体分布表明，它们在包括胃癌癌基因在内的特定基因组区域富集(图6f)。此外，先前报道的ECDNA相关扩增子loci与自连接/组装扩增子svc重叠(图6f)。除了GC癌基因位点外，还发现了svc富集的扩增位点，如1q42.3、13q34和18q12-13，其靶基因仍有待确定。
小编总结
通过分析170个GC全基因组，作者寻找了具有复发性和高SVAF的潜在GC驱动SVs。作者重点研究了引起片段扩增的串联复制和反转，并鉴定出27个热点位点，分为单一型和多型。单一型的特点是基因融合，肿瘤抑制基因的破坏和基因调控元件的低水平复制。相反，不同SV类型的混合会产生多种类型，从而产生更高的拷贝数扩增。在这些病例中，SV数量变化显著，偶尔伴有复杂的SVCs。这些SVCs的特点是积累性和亚克隆性SVs，它们通过不准确的双链DNA断裂修复和染色体分离逐渐扩增。这些特性表示驱动程序sv的特定分布模式。
转自：“SCI科研力”微信公众号
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