Abstract
Bakgrunn
Gode biomarkører for tidlig deteksjon av kreft fører til bedre prognose. Imidlertid er høsting tumorvev invasiv og ikke kan rutinemessig utført. Global DNA metylering av perifert blod leukocytter DNA ble vurdert som en biomarkør for kreftrisiko.
Metoder
Vi utførte en meta-analyse for å estimere samlet kreftrisiko i henhold til globale DNA hypometylering nivåer mellom studier med ulike krefttyper og analytiske metoder som brukes for å måle DNA metylering. Studiene ble systemisk søkte via PubMed uten språk begrensning opp til juli 2011. Sammendrag estimatene ble beregnet med en fast effekt modell.
Resultater
subgruppeanalyser av eksperimentelle metoder for å bestemme DNA metylering nivå var utføres på grunn av heterogenitet innenfor de utvalgte studiene (p 0,001, jeg
2: 80%). Heterogenitet ble ikke funnet i undergruppen av% 5-MC (p = 0,393, jeg
2: 0%) og LINE-en brukes samme målsekvens (p = 0,097, jeg
2: 49%), mens betydelig avvik forble i LINE-1 (p 0,001, jeg
2: 80%) og blærekreft studier (p = 0,016, jeg
2: 76%). Disse resultatene tyder på at eksperimentelle metoder som brukes for å kvantifisere globale DNA metylering nivåer er viktige faktorer i foreningen studie mellom hypometylering nivåer og kreftrisiko. Totalt sett kreftrisiko i gruppen med lavest DNA metylering nivåene var signifikant høyere sammenlignet med gruppen med høyest metylering nivåene [OR (95% CI): 1,48 (1.28-1.70)].
Konklusjoner
Globalt DNA hypometylering i perifert blod leukocytter kan være et egnet biomarkør for kreftrisiko. Imidlertid kan sammenhengen mellom global DNA metylering og kreftrisiko være forskjellig basert på eksperimentelle metoder, og regionen i DNA målrettet for å måle globale hypometylering nivåer samt krefttype. Derfor er det viktig å velge en presis og nøyaktig surrogatmarkør for globale DNA metylering nivåer i assosiasjonsstudier mellom globale DNA metylering nivåer i perifert leukocytter og kreftrisiko
Citation. Woo HD, Kim J (2012) global DNA Hypomety-lering i perifert blod leukocytter som en biomarkør for Cancer Risk: A Meta-Analysis. PLoS ONE 7 (4): e34615. doi: 10,1371 /journal.pone.0034615
Redaktør: Brock C. Christensen, Dartmouth College, USA
mottatt: 18 november 2011; Akseptert: 2 mars 2012; Publisert: 11 april 2012
Copyright: © 2012 Woo Kim. Dette er en åpen-tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Finansiering:. Dette arbeidet ble støttet av et stipend fra National Cancer Center, Korea (nr. 1110300). Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
epigenetiske prosesser er viktig i utviklingen og celledifferensiering, og kan endres av miljø, diett, og aldring [1], [2]. DNA-metylering, som er en stor epigenetisk mekanisme, er involvert i en rekke biologiske prosesser inkludert kreft [3] – [6]. DNA hypometylering er en tidlig begivenhet i human karsinogenese [7] – [9] og er assosiert med genetisk ustabilitet i kreftceller [10], [11]. Metylering nivåer av DNA blir vedlikeholdt av DNA metyltransferaser (DNMTs). Dnmt3a og Dnmt3b er ansvarlig for de novo DNA metylering [12] – [14]. Dermed inaktivering av DNMTs forårsaker global hypometylering av genomet eller hypometylering av bestemte familier av gjentatte sekvenser [14] – [16]. Imidlertid mekanismer for DNA hypometylering er ikke fullt ut forstått. Det er flere mekanismer som utgjør DNA demetylering. Direkte fjerning av metylgruppen med metyl CpG-bindende domene protein 2 (MBD2) har blitt rapportert [17], selv om dette resultatet ikke har blitt bekreftet av andre forfattere [18], [19]. GADD45A (vekst arrest og DNA-skade-induserbar, alpha) er assosiert med reparasjon-mediert DNA demetylering [20]. Imidlertid er arbeidet med Jin et al. [21] ikke bekrefte denne tilknytningen. DNA reparasjonsenzymer kan demethylate DNA [22], og direkte bevis på basen excision reparasjon (BER) mediert DNA demetylering har blitt foreslått [23]. Bror av regulatoren av trykt nettsteder (BORIS) uttrykket er assosiert med demetylering [24]. Woloszynska-Les et al. [25] har foreslått at forholdet mellom BORIS /CCCTC-bindende faktor (CTCF) ekspresjon er relatert til DNA-demetylering. På grunn direkte fjerning av metylgruppen fra 5′-stillingen av cytosin er ugunstig, har studier tyder på naturlige mekanismer for DNA-demetylering er inkonsekvent.
CG sekvensene til promoterområdet er normalt unmethylated for å tillate genekspresjon, mens pattedyr DNA repetisjoner er høyt metylert i somatiske vev [12], [26]. DNA hypermethylation i tumor suppressor gen (TSG) arrangører forårsaker undertrykkelse av TSGs. Hypometylering unike eller gjentatte DNA-sekvenser kan påvirke kromatinstruktur og genomisk ustabilitet føre til transkripsjon aktivering, og øke uttrykk for kreftfremmende gener [26]. Både DNA hypometylering og hypermethylation har blitt observert i menneskelige kreft, men hypometylering av DNA, spesielt i repeterende elementer, er oftere assosiert med kreft, noe som resulterer i netto tap på 5-metylcytosin (5-MC) [26].
Sammenhengen mellom global hypometylering svulst DNA og kreftrisiko har blitt vist i forskjellige humane tumorer [27] – [30]. I tillegg har den globale hypometylering av DNA i ulike kreft og tilstøtende normale vev er oppdaget [31], [32]. Derfor har mange etterforskere studert DNA metylering som en biomarkør for kreft screening. Tidlig påvisning av kreft gir bedre prognose. Imidlertid er høsting tumorvev invasiv og ikke kan rutinemessig utført. Derfor har sammenheng mellom kreftrisiko og globale DNA hypometylering nivåer i blodleukosytter blitt undersøkt. Vi utførte en meta-analyse for å estimere samlet kreftrisiko i henhold til globale DNA hypometylering nivåer mellom studier med ulike krefttyper og analytiske metoder som brukes for å måle DNA metylering.
Metoder
Study utvalg
Vi systemisk søkte etter studier via de elektroniske databaser med PubMed med begrepene «kreftrisiko og (metylering eller hypometylering) og (blod eller leukocytter)» uten språk begrensning opp til juli 2011. en manuell søk med en referanseliste over utvalgte journaler ble utført. Men ingen nye artikler som oppfyller inklusjonskriteriene ble identifisert. Inklusjons /eksklusjonskriteriene var som følger: (1) den opprinnelige artikkelen med case-control eller kohortstudier design; (2) perifere blodleukocytter ble anvendt for å måle de globale DNA-metylering nivåer; (3) pasienter som nylig ble diagnostisert med kreft i kasus-kontrollstudier, og blod ble samlet inn i deltakere som var fri for kreft ved baseline i kohortstudier; (4) studiene med gen-spesifikke DNA-metylering ble utelatt; og (5) studien rapporterte 95% konfidensintervall (KI) med justert odds ratio (OR) eller relativ risiko (RR) for kreftrisiko hos personer med det laveste nivået av global DNA metylering i forhold til at pasienter med den høyeste grad av global DNA metylering. Hvis referansen celle inneholdt det laveste nivået av global DNA metylering, invers OR og 95% KI ble brukt.
Datainnsamling
Søkte studier ble uavhengig vurdert av to etterforskere (H.D.W og J.K.). Studier med kvalifiserte data for meta-analyse inneholdt informasjon om forfattere, årstall, eksperimentelle metoder for å måle globale DNA metylering nivåer, kreftformer og typer, landet der studien ble utført, studieperioden, antall saker og kontroller, kategorier av global DNA metylering nivåer, justert OR /RR og 95% KI, p-verdier for trender, og konfunderende variabler ble vurdert. Justert OR /RR og 95% KI ble valgt å ekskludere konfunderende effekter og å inkludere studier som ikke rapporterer antall saker og kontroller for hver kategori.
Statistisk analyse
Alle statistiske analyser ble utført ved hjelp av Stata programvarepakken (versjon 10, College Station, TX). Logg punkteffektestimater og tilhørende standardfeil ble beregnet ved hjelp kovarianteffekter justert punkteffektestimater og 95% KI fra utvalgte studier og vektet med den inverse variansen å beregne sammendrags estimater [33]. Den heterogenitet test på tvers av studier ble målt ved hjelp av Q-test basert på χ
2 statistikken, vurderer betydelig statistisk heterogenitet som p 0,05, og jeg
2 test ifølge Higgins et al. [34]. Subgruppeanalyser ble utført av eksperimentelle metoder for å måle globale DNA metylering nivåer eller basert på type kreft på grunn av mellom-studie heterogenitet. En fast effekt modellen ble brukt i meta-analysen fordi en tilfeldig effekt modellen er mindre konservative enn en fast effekt modellen ved å gi mer vekt på små prøve studier, som er mer sannsynlig å ha publikasjonsskjevhet, spesielt når små mengder studiene var kombinert [35], [36].
Resultater
i alt 258 studier ble ekskludert i første pass basert på titler og sammendrag blant 285 søkte artikler. De resterende 27 studiene ble ytterligere vurdering. Atten studier som ikke oppfyller inklusjonskriteriene ble ekskludert av følgende grunner: 12 studier ikke måle globale DNA metylering nivåer; to studier ikke rapportere kreftrisiko etter kategorier av globale DNA metylering nivåer; 3 studiene var artikler; og en studie har ikke kontrollpersoner. Elleve studier som omfatter ti case-control studier og en kohortstudie ble til slutt valgt (tabell 1) [37] – [47]. Vi fant 2 studier som nylig ble publisert i vurderingen [45], [46]. Fordi bare et begrenset antall studier oppfylte kriteriene for vår meta-analyse, bestemte vi oss for å inkludere disse 2 ytterligere studier (figur 1). Fordi Pufulete et al. [37] har rapportert både risikoen for tykktarmskreft og tykktarms adenom, ble tolv tilfeller brukes for meta-analyse. Tre blærekreft, to kolorektale adenomer, en kolorektal kreft, en brystkreft, to magekreft, en hode og hals plateepitelkarsinom (HNSCC), en nyrecellekreft, og en generell kreft case ble inkludert. Zhu et al. [47] har rapportert risikoen for alle kreft, så vel som hver type av kreft inndelt i to og fire gruppe av globale DNA hypometylering nivåer. Imidlertid ble dataene fra alle kreftrisiko med to kategorier valgt på grunn av det lille antall kreftforekomst. Lim et al. [39] og Liao et al. [45] har rapportert OR og 95% KI i mennesker av høyeste tertile av genomisk metylering i forhold til de i den laveste tertile av genomisk metylering. Derfor brukte vi invers OR og 95% KI for å beregne den samlede anslaget. Egger test for publikasjonsskjevhet viste ikke-signifikante resultater (p = 0,483).
Figur 2 viser meta-analyse av de utvalgte studiene. Globalt DNA hypometylering var assosiert med økt kreftrisiko (OR: 1,48, 95% KI: 1,28 til 1,70, p 0,001). Men mellom-studie heterogenitet var betydelig høy (p 0,001, jeg
2: 83%). Derfor gjennomførte vi meta-regresjon ved hjelp av eksperimentelle metoder som brukes for å fastsette den globale DNA metylering nivåer [metyl aksept kapasitet på DNA, prosent av 5-metylcytosin (% 5-MC) vs. lange ispedd nucleotide element 1 (LINE-1)], kreft nettsteder (kolorektal, mage, andre vs. blære) og kjønn (mann, totalt vs. kvinne). Eksperimentelle metoder var signifikant forskjellige fra hverandre (% 5-mC vs. LINE-1: p = 0,011) når kjønn og eksperimentelle fremgangsmåter ble inkludert i meta-regresjonsmodell. Imidlertid ble det ikke observert noen signifikante forskjeller når kreften området ble videre inkludert. Fire populasjonsbaserte studier ble identifisert, inkludert en nested case-control studie; alle studiene viste homogene sammendrag estimater (OR [95% CI] = 1,36 [1,12 til 1,64]; heterogenitet test: p = 0,159, jeg
2 = 42%). Men de eksperimentelle metoder for disse 4 studiene, som involverte LINE-en analyse og sykehus-baserte undersøkelser, likevel viste signifikant heterogenitet. Den meta-regresjon data viste ingen forskjeller når det gjelder inkludering av studiedesign i analysen. Derfor kan vi ikke ta med studiedesign i vår analyse. Subgruppeanalyser ble utført av eksperimentelle metoder (% 5-MC, LINE-1) og studier av blærekreft å utforske videre variansen blant studier (figur 3). Heterogenitet blant studiene ble ikke oppdaget på% 5-MC-metoden (p = 0,393, jeg
2 = 0%), men betydelig avvik ble funnet i undergruppeanalyse av LINE-en metode (p 0,001, jeg
2: 80%) og blærekreft (p = 0,016, I
2: 76%). Gruppen med lavest global DNA-metylering nivåer hadde signifikant høyere kreftrisiko i forhold til gruppen med de høyeste globale DNA metylering nivåer i% 5-MC og LINE-1-studier [OR (95% CI): 2,93 (02.14 til 04.01) og 1,20 (1,03 til 1,41), henholdsvis]. I LINE-en undergruppe, med unntak av studien ved Hsiung et al. [38] og Liao et al. [45] som brukes annen region av DNA target-sekvensen fra andre studier, jeg
2 statistikken ble 49% (p = 0,097) og globale DNA hypometylering nivåene var signifikant assosiert med økt risiko for kreft [OR (95% CI): 1,36 (1,12 til 1,65)]
Colorectal A:. Colorectal Adenom, Methyl: Methyl aksept analysen LINE-1: Langt ispedd kjernefysiske elementer, og% 5-mC: Prosenter av 5-metylcytosin. F: Fast effekt-modell, R: tilfeldige utslag modell. De horisontale linjer gjennom boksene representerer 95% konfidensintervall (KI). Sentrene av boksene ligger i punktestimatet (OR /RR), og de større boksene bety studier har relativt større innflytelse i sammendraget estimatene.
(A)% 5-MC, ( B) LINE-1, og (C) LINE-en brukes samme målet sekvens. Sammenhengen mellom blærekreft risiko og global DNA hypometylering (D). R: tilfeldige utslag modell. Oppsummering anslagene ble beregnet på grunnlag av en fast effekt-modell, med mindre annet er oppgitt.
Diskusjoner
Elleve studier ble brukt i denne studien å anslå samlede resultater. Disse studiene har testet om global DNA-metylering nivå i perifert blod DNA er en god markør for å påvise kreft. Global DNA hypometylering av blodleukosytter var assosiert med økt kreftrisiko. Imidlertid krets varieres i henhold til de eksperimentelle metodene som brukes og region av DNA målrettet for måling av globale hypometylering nivåer samt krefttype.
Tre eksperimentelle fremgangsmåter ble identifisert til å måle globale DNA-metylering nivåer i den foreliggende meta- analyse: Tre studier brukt% 5-mC; syv studier benyttet LINE-1 med pyrosekvensering (6 studier) og en modifisert versjon av den kombinerte bisulfitt restriksjonsanalyse av LINE retrotransposable elementet 1 (LRE1) sekvens (en studie); en studie analyserte metyl aksept kapasitet på DNA ved hjelp av [3H-metyl] S-adenosylmethionine. Subgruppeanalyse i% 5-MC metode var homogen. Men LINE-en metode og blærekreft, som var den eneste krefttypen som ble analysert i mer enn 3 studier, forble signifikant heterogen. Mange analytiske metoder har blitt utviklet for å bestemme DNA-metylering nivåer [48] – [51]. Metyl aksept-analysen er basert på kapasiteten til radiomerket metyl-inkorporering i DNA, og dermed høy metylgruppe inkorporering indikerer lavere nivåer av DNA-metylering. Imidlertid høy dag-til-dag variasjon og unøyaktig DNA-konsentrasjon på grunn av vanskelighetene med å blande genomisk DNA-oppløsningen homogent er blitt observert [52]. Den direkte måling av prosentandeler av 5-metylcytosin ble brukt i mange epidemiologiske studier for å estimere global DNA-metylering innhold ved hjelp av reversfase-væskekromatografi (HPLC), væskekromatografi (LC) vekt- spektrometri, eller høy-ytelse kapillær elektroforese ( HPCE). Disse metodene er meget kvantitativ og reproduserbar, men de er ikke egnet for epidemiologiske studier med stor prøvestørrelse og høy mengde av DNA som er nødvendig for å gi pålitelige resultater. Innføring av natriumbisulfitt omdannelse av genomisk DNA har revolusjonert den analytiske metoder innen metylering analyse [13]. I tillegg pyrosekvensering som er en høy gjennomstrømming og nøyaktig metode er for tiden tilgjengelig [51]. Gjentatte sekvenser omfatter store deler av det menneskelige genom og er CpG-rik [53], [54]. Gjentatte genomiske regioner som LINE-en og Alu er vanligvis metylert i somatiske vev [55]. Derfor pyrosekvensering med sulfitt-behandlet DNA for å måle repeterende element metylering har blitt brukt som surrogatmarkører for global DNA hypometylering.
Men i studiet av Choi et al. [41], globale DNA metylering nivåene ble målt med% 5-MC og LINE-en i en pilotstudie. Imidlertid gjorde begge metodene ikke korrelerer med hverandre, og LINE-en metylering nivå viste ingen signifikante forskjeller mellom saker og kontroller. Ingen statistisk signifikant korrelasjon mellom% 5-MC og LINE-en kan være på grunn av den lave utvalgsstørrelsen i en pilotstudie, men korrelasjonskoeffisient var fortsatt svært liten (r = -0,204). Derfor LINE-en kan ikke være riktig å tjene som en sensitiv surrogatmarkør for global DNA metylering. I tillegg, Nelson et al. [56] rapporterte at metylering nivåer med LINE-en Fremgangsmåten kan varieres avhengig av target-sekvensen CpG og på tvers av prøver. CPG-sekvensen ofte brukt for LINE-1 er plassert i 5′-regionen som ofte slettes uten å vite den nøyaktige frekvens; følgelig antall elementer som benyttes for LINE-1-målingen kan være forskjellig på tvers av prøver. Phokaew et al. [57] rapporterte at LINE-en metylering nivåer av hvite blodceller og normal oral epitel var svært variabel avhengig av hvor målrettet sekvensen er plassert, men lignende mønster ble observert i samme locus. Dette resultatet tyder på at målretting locus for LINE-en metylering måling i normale vev bør være forsiktig velges, men mengden av variasjon av metylering nivåer på tvers av prøver kan ikke være store. Fem av 7 studier av involverer LINE-en metylering i vår studie brukte samme målsekvens for LINE-en, og de var alle refererte fra Bollati et al. [58]. Den sommerlige beregninger av disse studiene viste liten heterogenitet og viste signifikant sammenheng med kreftrisiko. Liao et al. [45] rapporterte globale DNA metylering nivåer på 4 forskjellige posisjoner; imidlertid assosiasjoner med kreftrisiko var forskjellige i hver posisjon. Fordi studiene ble utført på ulike kreftformer, kan det ikke konkluderes om eksperimentelle metoder var viktigere enn krefttype i sammenhengen mellom kreftrisiko og global DNA metylering ved hjelp av perifert blod. Men disse resultatene tyder på at de eksperimentelle metoder som brukes for å kvantifisere globale DNA metylering nivåer er viktige faktorer i foreningen studie med kreftrisiko.
Effektene av avvikende DNA metylering av promoter regioner om kreftrisiko er relativt klar. Men forholdet mellom global DNA hypometylering og kreft er ikke avgjørende. Global DNA hypometylering er relatert til tidlige stadier av karsinogenese [7] – [9], tumorprogresjon [29], eller begge deler [59]. Global hypometylering kan fungere som en årsak eller konsekvens av kreftutvikling. Men de foreliggende resultatene kunne ikke bekrefte foreningen. De fleste studier (10 av 11 studier) hadde en case-control design. Den eneste kohortstudie i meta-analysen hadde små kreftforekomst tilfeller og viste inkonsistente resultater med forskjellige metoder.
DNA hypometylering i blodleukosytter av pasienter med kreft kan være forårsaket av sirkulerende tumor DNA [60]. Men effekten av tumor-DNA på resultatene av denne undersøkelsen synes å være minimal. Aktive og aggressive svulster løslate svulst DNA men hypometylering kan finnes i tidlige stadier av kreft, og svulst DNA påvises i plasma hos kreftpasienter, men de metylering nivåer ble vurdert ved hjelp av blod leukocytter.
begrensning av denne studien er at et lite antall publikasjoner møtte kriteriene for dagens meta-analyse og at disse artiklene var for det meste case-control designede studier. Selv om global DNA hypometylering i blodleukosytter var assosiert med økt risiko for kreft i meta-analysen, kan global DNA hypometylering være nyttig som en biomarkør for kreft mottakelighet, men ikke et diagnostisk verktøy for kreft. Fordi det er vanskelig å bestemme seg for cut-off point of hypometylering for en biomarkør for kreftrisiko, sensitivitet og spesifisitet av global hypometylering om kreftrisiko ble ikke bestemt.
I sammendraget, global DNA hypometylering i perifert blod leukocytter kan betraktes som en biomarkør for kreftrisiko. Imidlertid kan foreningen med kreftrisiko variere med eksperimentelle metoder og målrettet region av DNA for å måle globale hypometylering nivåer og krefttypen. Det finnes flere metoder for å måle global DNA metylering men er begrenset for epidemiologiske studier som krever teknikker som er høy gjennomstrømming, nøyaktig og økonomisk. Videre undersøkelser er nødvendig for å belyse surrogatmarkører for globale DNA metylering nivåer og for å avgjøre om global DNA hypometylering er en markør for kreftrisiko med store kohortstudier.
