遺傳免疫交流課件：Epigenetic Modification and Cancer Patient Survival

1、Epigenetic Modification and Cancer Patient Survival Genetics | 孟德爾，孟德爾，19th century 基因 性狀分離規(guī)律 自由組合規(guī)律 Mutation Variant 2 基本概念基本概念 Genetics vs. Epigenetics 孟德爾豌豆實(shí)驗(yàn) Epigenetics Waddington,1942 Cold Spring Harbor meeting in 2008 over, outside of on top of, in addition to Modification 3 基本概念基本概念 | Geneti

2、cs vs. Epigenetics 4 基本概念基本概念 | Epigenetics A-T, C-G 胞嘧啶 5-甲基胞嘧啶 (5-mC) 腺嘌呤 A 鳥嘌呤 G 胞嘧啶 C 胸腺嘧啶 T 在DNA中CG富集的地方 是甲基化好發(fā)部位 (CpG Island/CpG島島) 5 基本概念基本概念 | Epigenetics 啟動(dòng)子區(qū)域/附近的甲基化 基因沉默基因沉默 內(nèi)含子區(qū)域甲基化 內(nèi)含子識(shí)別障礙內(nèi)含子識(shí)別障礙 外顯子區(qū)域甲基化 外顯子識(shí)別障礙外顯子識(shí)別障礙 量變量變 質(zhì)變質(zhì)變 機(jī)體的環(huán)境應(yīng)答機(jī)制，在腫瘤的生成及進(jìn)展中起著重要的作用。 利用公開的表觀遺傳(epigenome)及轉(zhuǎn)錄組學(xué) (t

3、ranscriptome)數(shù)據(jù)，采用更好更有意思的統(tǒng)計(jì)方法， 以發(fā)現(xiàn)新的癌癥預(yù)后相關(guān)基因(降維/變量篩選)，用統(tǒng)計(jì) 學(xué)手段探尋內(nèi)在分子機(jī)制(因果推斷)，建立更佳的預(yù)后 預(yù)測(cè)模型(建模)。 6 研究目的研究目的 7 Example #1 Epigenetic Modification and Oral Squamous Cell Carcinoma (OSCC) Survival Clinical Epigenetics 8 數(shù)據(jù)來源與分析流程數(shù)據(jù)來源與分析流程 Discovery set: 1,490 probes with an absolute differential beta-valu

4、e of 0.4 and paired t-test P-value of 110-7 were identified Training set: Of them, 15 probes were associated with overall survival by univariable Cox regression (P480k CpG probes 350k CpG probes after QC 10 Epigenome Illustration Sure independence screening (SIS): A two-step variable selection appro

5、ach based on penalized regression Prognostic scoremethylation = 0.0054AJAP1cg13495205 + 0.0318SHANK2cg07110405 + 0.0256FOXA2cg03774514 + 0.0063MT1Acg09137696 + 0.0013ZNF570cg19655456 0.0297HOXC4cg03146625 0.0157HOXB4cg21546671. 11 15 probes7 probes 進(jìn)一步篩選進(jìn)一步篩選 These significant probes may be correlat

6、ed 12 Training set Validation set 1Validation set 2 Public data from GEO 甲基化預(yù)后得分驗(yàn)證甲基化預(yù)后得分驗(yàn)證 Kaplan Meier (KM)生存曲線 Hazard Ratio, 風(fēng)險(xiǎn)比 5個(gè)CpG位點(diǎn)位于基因的啟動(dòng)子或第一外顯子 13 甲基化甲基化-基因表達(dá)基因表達(dá)QTL分析分析 14 這些基因表達(dá)和預(yù)后這些基因表達(dá)和預(yù)后 15 Time dependent AUC for 5-year survival Clinical only: 0.53 Clinical + Expression: 0.67 Clinical

7、 + Expression + Methylation: 0.78 甲基化和基因表達(dá)聯(lián)合預(yù)測(cè)甲基化和基因表達(dá)聯(lián)合預(yù)測(cè) ROC：評(píng)價(jià)結(jié)局預(yù)測(cè)效果的分析方法 AUC：預(yù)測(cè)效果的評(píng)價(jià)指標(biāo) 靈敏度？ 特異度？ 陽性預(yù)測(cè)值？ 陰性預(yù)測(cè)值？ Causal mediation analysis + knock-one Jack knife 11.27% effects mediated the left 88%? 16 Mechanistic Exploration 17 Example #2 KDMs Epigenetic Modification and Non-Small Cell Lung Canc

8、er (NSCLC) Survival Clinical Epigenetics Non hypothesis driven Hypothesis driven ASHG.201718 數(shù)據(jù)介紹數(shù)據(jù)介紹 Study Population CohortN Harvard151 Spain226 Sweden103 Norway133 Public datasets TCGA617 J Clin Oncol. 2013;31:41407. Mol Oncol. 2016;10:33043. Clin Cancer Res. 2014;20:612740. 2013年，預(yù)實(shí)驗(yàn). 高加索人群高加索人群

9、 肺癌組織，肺癌組織，70%以上純度以上純度 19 KDM genes “promising” candidates for carcinogenesis and progression. 17 KDM gene family members 393 DNA methylation probes 分析流程分析流程 lysine demethylase gene family 20 Lung Squamous Carcinomas 嚴(yán)格的篩選標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格的篩選標(biāo)準(zhǔn)，5% cg11637544 cg26662347 寬松的標(biāo)準(zhǔn)，寬松的標(biāo)準(zhǔn)，10% 5 CpG sites identified Alw

10、ays keep covariates in the tree 加權(quán)的隨機(jī)森林加權(quán)的隨機(jī)森林(Random Forest) 變量重要性得分 21 兩個(gè)CpG位點(diǎn)的甲基化 水平每增加1% 死亡風(fēng)險(xiǎn)增加32%及88% 22 5個(gè)CpG位點(diǎn) 聯(lián)合常見的基本信息 建立結(jié)局分類樹(CART) 識(shí)別出5類人群 預(yù)后具有顯著的差別 預(yù)后預(yù)后分類樹分類樹 23 Example #3 BTG2 Epigenetic Modification and NSCLC Survival 24 Background Dolezal E, et al. Nat Immunol. 2017. B-cell transloca

11、tion gene 2 25 DNA methylation & Survival 26 Somatic Expression& Survival 27 Example #4 基于基于TCGA公共數(shù)據(jù)庫公共數(shù)據(jù)庫 采用因果推斷方法采用因果推斷方法篩選胃癌預(yù)后基因篩選胃癌預(yù)后基因 ASHG.201728 觀察性研究中的混雜因素問題觀察性研究中的混雜因素問題 ASHG.201729 如何在觀察性研究中進(jìn)行因果推斷？如何在觀察性研究中進(jìn)行因果推斷？ ASHG.201730 研究設(shè)計(jì)研究設(shè)計(jì) 臨床信息 甲基化 基因型 基因表達(dá) 290 samples 目的：識(shí)別表觀遺傳組學(xué)目的：識(shí)別表觀遺傳組學(xué)DNA

12、DNA甲基化和轉(zhuǎn)錄組學(xué)的基因甲基化和轉(zhuǎn)錄組學(xué)的基因 表達(dá)位點(diǎn)，建立預(yù)后模型。表達(dá)位點(diǎn)，建立預(yù)后模型。 259 samples ASHG.201731 分析思路分析思路 OS CpG (Cox 回歸回歸) CpG SNP CpGs with p 60Low3.35(1.50, 7.47)3.02(1.42, 6.41) 60High7.54(3.31, 17.22)7.85(3.55, 17.35) stageRisk Score HR(95%CI) MSMES 1Low1.001.00 1High2.15(1.04, 4.41)1.72(1.32, 5.58) 2Low1.57(0.86, 2

13、.88)1.82(1.00, 3.28) 2High4.80(2.66, 8.67)5.12(2.80, 9.34) ASHG.201736 CpG及基因表達(dá)的聯(lián)合預(yù)后預(yù)測(cè)及基因表達(dá)的聯(lián)合預(yù)后預(yù)測(cè) A. 3 years B. 4 years C. 5 years Risk ScoreAUCP C0.65ref CM0.710.064 CME0.760.007 AUCP 0.70ref 0.760.079 0.830.007 AUCP 0.69ref 0.740.205 0.820.039 ASHG.201737 NGF與胃癌預(yù)后與胃癌預(yù)后 ASHG.201738 總總 結(jié)結(jié) 公共組學(xué)數(shù)據(jù)資源公共組學(xué)數(shù)據(jù)資源 TCGA，GEO Biomarker篩選策略：篩選策略： 差異化表達(dá)分析 預(yù)后關(guān)聯(lián)分析 進(jìn)一步降維 驗(yàn)證 預(yù)后預(yù)測(cè)模型建模策略：預(yù)后預(yù)測(cè)模型建模策略： 多