Abstract
reparasjon av DNA dobbel-tråd pauser (DSB sin) er den viktigste mekanisme for å opprettholde genomisk stabilitet i respons til bestråling. Vi antok at genetiske polymorfismer i DSB reparasjonsgener kan påvirke kliniske utfall blant ikke-småcellet lungekreft (NSCLC) hos pasienter behandlet med definitive radio (cellegift) behandling. Vi genotypede seks potensielt funksjonelle enkeltnukleotidpolymorfi (SNPs) (dvs.
RAD51
-135G C /rs1801320 og -172G T /rs1801321,
XRCC2
4234G C /rs3218384 og R188H /rs3218536 G A,
XRCC3
T241M /rs861539 og
NBN
E185Q /rs1805794) og estimert sine assosiasjoner med total overlevelse (OS) og stråling pneumonitt (RP) i 228 NSCLC pasienter. Vi fant en prediktiv rolle
RAD51
-135G C SNP i RP utvikling (justert hazard ratio [HR] = 0,52, 95% konfidensintervall [CI], 0,31 til 0,86,
P
= 0,010 for CG /CC vs. GG). Vi fant også at R
AD51
-135G C og
XRCC2
R188H SNPs var uavhengige prognostiske faktorer for total overlevelse (justert HR = 1,70, 95% KI, 1,14 til 2,62,
P
= 0,009 for CG /CC vs. GG, og justert HR = 1,70, 95% KI, 1,02 til 2,85,
P
= 0,043 for AG vs. henholdsvis GG,) og at SNP- overlevelse foreningen ble mest uttalt i nærvær av RP. Vår studie tyder på at HR genetisk polymorfisme, spesielt
RAD51
-135G C, kan påvirke total overlevelse og stråling lungebetennelse hos NSCLC pasienter som behandles med definitive radio (cellegift) behandling. Store studier er nødvendig for å bekrefte våre funn
Citation. Yin M, Liao Z, Huang Y-J, Liu Z, Yuan X, Gomez D, et al. (2011) Polymorfisme av homolog rekombinasjon Gener og Kliniske resultater av ikke-småcellet lungekreft hos pasienter behandlet med Definitive strålebehandling. PLoS ONE 6 (5): e20055. doi: 10,1371 /journal.pone.0020055
Redaktør: Eric J. Bernhard, National Cancer Institute, USA
mottatt: 20 januar 2011; Godkjent: 12 april 2011; Publisert: 25. mai 2011
Copyright: © 2011 Yin et al. 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:. Denne studien ble delvis støttet av National Institutes of Health gir R01 ES011740 og CA0131274 (til QW) og CA 16672 (til MD Anderson Cancer Center). 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
Lungekreft fører alle andre kreftformer i både forekomst og dødelighet over hele verden. Ikke-småcellet lungekreft (NSCLC) står for 89% av alt lungekreft, og de fleste pasienter har avansert trinn ved diagnose, krever radioterapi alene eller i kombinasjon med kjemoterapi for å forbedre lokal kontroll og total overlevelse. Men til tross for aggressiv behandling hos disse pasientene, er prognosen fortsatt utilfredsstillende, med en 5-års overlevelse på ca 10% [1] og en median overlevelsestid (MST) av 16-18 måneder [2]. I mellomtiden, strålebehandling relatert pulmonær toksisitet, slik som lungebetennelse og lungefibrose, kan påvirke prognosen for pasienter med NSCLC, fordi disse komplikasjonene begrenser dosen av stråling som brukes og kompromiss lungefunksjoner. Derfor har det vært en vedvarende interesse i jakten på lett tilgjengelige molekylære markører som kan bidra til å vurdere terapeutiske fordelene ved å forutsi klinisk utfall av de NSCLC pasienter som behandles med definitive radio (cellegift) terapi.
DNA dobbelt trådbrudd (DSB sin) er de viktigste gentoksiske lesjoner av ioniserende stråling, som utgjør store trusler mot genomisk integritet. Det er anslått at en dose på ~ 1 Gy av røntgenstråler frembringer ca 50-100 dobbelttrådbrudd i DNA av en typisk pattedyrcelle, som fører til 50% celledød [3], [4]. Det er to hovedveier for DNA DSB reparasjon-homolog rekombinasjon (HR) og ikke-homologe end-sammenføyning (NHEJ). I HR, innebærer det første trinnet anerkjennelse og signaler DSB av et protein kompleks av NBN, MRE11 og RAD50; deretter RAD51 protein blir rekruttert for å katalysere strengen exchange reaksjon og noen RAD51-relaterte proteiner, slik som RAD51 BD, XRCC2 og XRCC3, delta i sammenstillingen av RAD51 nukleoprotein filament og det merkede og interaksjon med de passende rekombinasjon substratene [5].
Det er en genetisk basis av cellulære responser for ioniserende stråling i kreftbehandling, fordi pasienter som fikk lik behandling kan ha ulik respons på strålebehandling. Tidligere studier viste at forhøyet ekspresjon av enkelte DSB reparasjon proteiner, slik som RAD51, NBN og XRCC3, overfører radioresistance [6], [7], [8], mens tap av XRCC2 resulterer i en alvorlig forsinkelse i den tidlige responsen av DSB [ ,,,0],9]. Pasienter med en sjelden medfødt lidelse, Nijmegen brudd syndrom, er ekstremt følsomme for stråling på grunn av en svekket DSB reparasjon kapasitet på grunn av
NBN
mutasjoner [10]. Derfor er det rimelig å spekulere i at den inter-individuelle variabiliteten i DSB reparasjon kapasitet kan modulere fenotype av Radiosensitivity og kliniske utfall av strålebehandling.
Siden enkeltnukleotidpolymorfi (SNPs) kan endre gen-funksjon eller kan brukes som genetiske markører for å oppdage nærliggende sykdomsfremkallende varianter gjennom foreningen eller linkage studier, vi søkt å vurdere sammenslutning av seks potensielt funksjonelle SNPs (dvs.
RAD51
-135G C /rs1801320, -172G T /rs1801321,
XRCC2
4234G C /rs3218384, R188H /rs3218536 G A,
XRCC3
T241M /rs861539, og
NBN
E185Q /rs1805794) av gener involvert i HR vei med stråling pneumonitt (RP) og total overlevelse (OS) av NSCLC pasienter behandlet med definitive radio (chemo) terapi i denne studien.
Materialer og metoder
Etikk uttalelse
denne studien ble godkjent av The University of Texas MD Anderson Cancer Center Institutional Review Board og informert samtykke ble frafalt. Vi holdt HIPAA forskrifter.
Studie populasjoner
I studien ble kliniske data hentet fra et datasett fra 261 pasienter med histopathologically bekreftet NSCLC, som ble behandlet med definitive stråling ved vår institusjon mellom 1999 og 2005. Blant disse 261 pasientene hadde 231 pasienter dokumentert overlevelses informasjon. Etter at vi ekskludert de pasienter som hadde kirurgisk reseksjon eller tilbakefall før strålebehandling, den endelige data bassenget besto av 228 pasienter med stadium IA IV NSCLC og overlevelse informasjon og 196 pasienter med lungebetennelse informasjon og stråling dosimetriske data. Detaljene i strålebehandling planlegging, oppfølging tidsplan og tester, og dosimetriske dataanalyse ble beskrevet i vår forrige publisering [11].
Valg av SNPs og genotyping
Vi valgte seks felles (mindre allelfrekvens 0,05 i kaukasiere), godt studert funksjonelle varianter av
RAD51
,
XRCC2
,
XRCC3 Hotell og
NBN
gener involvert i HR vei:
RAD51
-135G C /rs1801320, -172G T /rs1801321,
XRCC2
4234G C /rs3218384, R188H /rs3218536 G A,
XRCC3
T241M /rs861539 og
NBN
E185Q /rs1805794. Dette er fordi de befinner seg i promoter region eller forårsake nonsynonymous aminosyre endringer som er angivelig knyttet til kreftrisiko eller overlevelse. Selv
MRE11 Hotell og
RAD50
gener er også viktig i den innledende fasen av respons til DSB, ingen funksjonelle SNPs er rapportert så langt, og derfor er disse to genene ble ikke inkludert i vår studie. Genomisk DNA ble ekstrahert fra buffy coat fraksjon av hver blodprøve ved hjelp av en Blood Mini Kit (Qiagen, Valencia, CA) ifølge produsentens instruksjoner. DNA renhet og konsentrasjon ble bestemt ved spektrofotometrisk måling av absorbans ved 260 og 280 nm med et UV-spektrofotometer (Nano Drop Technologies, Inc., Wilmington, DE). Genotypene ble samlet ved polymerase kjedereaksjon (PCR) -restriction fragmentlengde-polymorfisme (RFLP) -metoden (fig S1). Primersekvensene, restriksjonsenzymer og PCR betingelser anvendt for eksperimentene var tilgjengelig på forespørsel.
Valg av endepunkter
Vi valgte total overlevelse og forekomst av stråling lungebetennelse som våre studie endepunkter. Det er fem grader av stråling-behandling relatert lungebetennelse i henhold til Common Terminologi Kriterier for bivirkninger versjon 3.0 [12]. Tidligere studier har benyttet to forskjellige typer kriterier i RP undersøkelse: RP av enhver klasse (grade≥1) [13], [14], [15] og RP krever klinisk intervensjon (grade≥2 eller 3) [16], [ ,,,0],17]. I denne studien brukte vi RP av enhver grad (grade≥1) for å inkludere flere RP hendelser. Alle ganger til endepunktene ble beregnet ut fra den første dagen av strålebehandling frem til dato for hendelsen eller siste kjente oppfølging.
Statistiske metoder
hazard ratio (HRS) med de tilsvarende 95% konfidensintervall (cIS) ble beregnet ved Cox proporsjonal hazard analyser for å vurdere påvirkning av ulike genotyper på total overlevelse og stråling lungebetennelse. HRS for OS ble justert for alder, kjønn, rase, Karnofsky score (KPS), røykestatus, tumorhistologi, sykdom stadium, anvendelse av kjemoterapi og stråledose; mens HRS til RP ble justert for alder, kjønn, rase, KPS, røykestatus, tumorhistologi, sykdom stadium, anvendelse av kjemoterapi og gjennomsnittlig lunge dose fordi gjennomsnittlig lunge dose er den tradisjonelle dosimetriske faktor for å bli assosiert med RP. Kaplan-Meier-analysen ble anvendt for å vurdere effekten av forskjellige genotyper på den samlede sannsynlighet for total overlevelse og stråling lungebetennelse. Alle rapporterte
P
verdiene var tosidig, og
P
0,05 indikerer statistisk signifikans. Alle analyser ble utført ved hjelp av SAS programvare (versjon 9.1, SAS Institute, Cary, NC). Den Bonferroni metoden ble brukt til å justere for multiple sammenligninger.
Resultater
Befolknings egenskaper
De 228 pasientene som brukes for den endelige analysen inkluderte 125 menn og 103 kvinner, med en median alder av 63 år (range, 35 til 88 år). Blant dem, 74,6% var hvite, 82,5% hadde stadium III /IV sykdom, 88,2% ble behandlet med en kombinasjon av kjemoterapi og radioterapi, og 96,8% mottatte stråledoser mellom 60 og 70 Gy. Median total overlevelse var 20 måneder og median tid for RP utvikling var 4,3 måneder. Pasient, sykdoms- og behandlingsrelaterte karakteristikker og deres innflytelse på OS og RP (grade≥1) er vist i tabell 1. I univariate analysen, har vi funnet at hann, tumortrinn III /IV, og histologi av » ikke annet er angitt «var signifikant assosiert med redusert OS, mens tumorstadium av i /II syntes å være forbundet med redusert RP. Den mest brukte dosimetriske faktor på gjennomsnittlig lunge dose var bare tilgjengelig for de 196 pasientene som ble behandlet med 3-dimensjonale konforme stråling og som hadde lungebetennelse informasjon og ble marginalt i forbindelse med RP utvikling i vår analyse (tabell 1).
sammenhengen mellom total overlevelse og polymorfismer
genotypen distribusjoner av SNPs i gener som er involvert i HR sti og foreningen med OS er oppsummert i tabell 2. Sammenlignet med homozygot
RAD51
-135GG genotype, CG /CC genotyper ble marginalt forbundet med fare for tidlig død i univariat analyse (HR = 1,46, 95% KI, 0,99 til 2,14,
P
= 0,056). Etter en multivariat justering for alder, kjønn, røykestatus tumorhistologi, KPS, tumor stadium, bruk av kjemoterapi, og stråledosen, HRS var statistisk signifikant i begge
RAD51
-135G C og
XRCC2
R188H SNPs (CG /CC vs. GG: justert HR = 1,70, 95% KI, 1,14 til 2,62,
P
= 0,009, og AG vs. GG: justert HR = 1,70; 95% CI, 1,02 til 2,85,
P
= 0,043, henholdsvis) (Tabell 2 og fig. 1A, 1B).
(A) og (B), total overlevelse av
RAD
51 -135G C og
XRCC2
R188H SNPs; (C) og (D), stråling lungebetennelse med
RAD
51 -135G C og
XRCC3
T241M SNPs.
P
verdier ble innhentet fra Cox farer modell med justering.
Sammenhengen mellom stråling pneumoni og polymorfismer
De distribusjoner av genotyper og deres tilknytning med RP (grade≥1) er oppsummert i tabell 3. i likhet med dataene fra OS, bare
RAD51
-135G C SNP viste en signifikant sammenheng med RP i univariate analyse (CG /CC GG vs. : HR = 0,56, 95% KI, 0,35 til 0,90,
P
= 0,017). Etter en multivariat justering, forble betydning for
RAD51
-135G C SNP i den dominerende modellen (CG /CC vs. GG: HR = 0,52, 95% KI, 0,31 til 0,86,
P
= 0,010). TT genotype av
XRCC3
T241M SNP viste et marginalt beskyttende effekt mot RP i additive modellen (TT vs. CC: HR = 0,63, 95% KI, 0,38 til 1,04,
P
= 0,069) (tabell 3 og figur 1C, 1D)
Modifikasjon effekter av RP av SNPs av
RAD51
-135G .. C og
XRCC2
R188H på total overlevelse
Siden
RAD51
-135G C og
XRCC2
R188H SNPs var også uavhengige prognostiske faktorer av total overlevelse, vi undersøkte deretter modifisering effekten av RP av SNPs på OS. Vi fant at begge
RAD51
-135G . C og
XRCC2
R188H SNPs viste bemerkelsesverdig innflytelse på OS bare i nærvær av RP (justert HR = 3,03 95% KI, 1,69 til 5,45,
P
0,001;., og justert HR = 2,67 95% CI, 1.13 til 6.29,
P
= 0,025, henholdsvis) (tabell 4 og figur 2).. Det var ingen forskjell i dødsfare mellom genotyper hvis RP var fraværende.
Bonferroni korreksjoner
Fordi multippel testing kan ha blitt bidratt til funnene i evalueringen av statistisk signifikans av våre primære resultater, vi også vurdert justering for de assosiasjoner med resultatene. Etter Bonferroni korreksjoner, bare
RAD51
-135G C SNP forble signifikant for sin tilknytning til både OS og RP
Diskusjoner
Så vidt vi vet, er dette den første studien. å undersøke sammenhengen mellom kliniske utfall og potensielt funksjonelle polymorfismer av gener i HR sti i NSCLC pasienter behandlet med strålebehandling, med en rimelig utvalgsstørrelsen (totalt 228). Vi ga et sterkt bevis på prediktiv verdi på
RAD51
-135G C SNP for RP utvikling. R
AD51
-135G . C og
XRCC2
R188H SNPs var også uavhengige prognostiske faktorer av total overlevelse, og SNP-overlevelse Foreningen ble mest uttalt i nærvær av RP
Lungekreft er en sykdom som følge av samspillet mellom genetiske og miljømessige faktorer, og dens progresjon og prognosen er også sterkt påvirket av pasienten vert eller behandlingsrelaterte faktorer. Noen kjente prognostiske faktorer i ubrukelige NSCLC pasienter, som for eksempel å være mann, alderdom og avansert tumor stadium [18], var til stede i den aktuelle studien. Selv om den midlere lunge dose ble marginalt forbundet med RP utvikling av kriteriet av grade≥1, var det signifikant assosiert med grade≥3 RP (data ikke vist), som var i overensstemmelse med vår tidligere rapport [19]. Det viktigste funnet fra denne studien, men er modifisering effekten av RP av HR genetisk polymorfisme på OS i NSCLC pasienter som får radio (cellegift) terapi.
Nåværende modeller av HR-mediert DSB reparasjon foreslår at DSB sin først anerkjent og bundet av MRE11-RAD50-NBN (MRN) kompleks. MRE11 har både endonuklease og Eksonuklease aktiviteter som er viktige for DNA sluttbehandling, og RAD50 kan binde seg til DNA som kan være involvert i tilknytning søsterkromatider, mens NBN danner fleksible adapter domenet av MRN og gir MRN kompleks med sin signal rolle gjennom samhandling og aktivering av nedstrøms proteiner som til slutt aktiverer RAD51 avhengige HR vei [20].
RAD51
genet familien består av flere proteiner som viser DNA-stimulert ATPase aktivitet og spiller en sentral rolle i HR-aktivering. Den kommuniserer direkte med flere reparasjon proteiner, inkludert XRCC2, XRCC3, BRCA1 /2, for å danne et kompleks avgjørende for reparasjon av DNA-kryssbindinger (spesielt XRCC2 og XRCC3), som vedlikeholder genomisk stabilitet ved hjelp av søsterkromatidutveksling som en mal for presis reparere. Tidligere studier har funnet noen potensielt funksjonelle SNPs av HR genetiske polymorfismer (f.eks
RAD51
-135 G C, -172G T,
XRCC2
4234G C, R188H,
XRCC3
T241M og
NBN
E185Q) til å være assosiert med ulike typer kreftrisiko, inkludert kreft i lunge, bryst, eggstokk, leukemi og hode og nakke [21]. Noen SNPs viste også en signifikant effekt på overlevelse utfall, for eksempel
RAD51
-135 G C i brystkreft [22],
XRCC2
R188H i bukspyttkjertelkreft [23], og SNPs av
RAD51
-135 G C og
XRCC3
T241M i akutt myelogen leukemi [24]. Men de fleste studier utført i prostata eller brystkreft ikke klarte å finne noen signifikant sammenheng med risiko for stråling-indusert komplikasjoner [25], [26]. I denne studien er det dukket opp en betydelig SNP-overlevelse forening (
XRCC2
R188H) og en marginalt signifikant SNP-RP forening (
XRCC3
T241M) i strålebehandlet NSCLC pasienter. Viktigst, SNP av det sentrale HR-genet,
RAD51
-135G C SNP ble robust assosiert med både OS og RP etter Bonferroni korreksjoner. Dette resultatet ble bekreftet av mottaker opererer karakteristiske (ROC) kurver analyser som viste at
RAD51
-135G C spesielt var svært verdifullt å forbedre prediktiv kraft av å vurdere kliniske utfall (f.eks OS og rp) NSCLC pasienter behandlet med strålebehandling (data ikke vist). Til sammen våre resultater viste betydningen av HR sti som svar på thorax stråling og mulige tumorspesifikk påvirkning fra HR genetisk polymorfisme.
Til dags dato, de funksjonelle endringer i
RAD51
,
XRCC2
,
XRCC3 Hotell og
NBN
forårsaket av SNPs inkludert i denne studien er ikke godt undersøkt. Noen studier har funnet at treonin-til-metionin substitusjon ved kodon 241 av
XRCC3
genet (T241M) var assosiert med Radiosensitivity i ikke-kreft fag men ikke føre til signifikant forskjell i DNA-reparasjon kapasitet mellom varianten og villtype genotyper [27], [28], mens den glutamin-til-glutaminsyre substitusjon ved kodon 185 av
NBN
gen (E185Q) kan påvirke interaksjonen mellom NBN og BRCA1 proteiner som er ansvarlige for gjenkjennelse og reparasjon av avvikende DNA [29], [30]. Imidlertid er rollen til arginin-til-histidin substitusjon ved kodon 188 av
XRCC2
genet (R188H) i stor grad ukjent. Den -135 G C SNP, som ligger i promoter-regionen i
RAD51
genet, resulterer i oppregulert genuttrykk gjennom økt promoter aktivitet ved å erstatte G for C-allelet [31]. RAD51 er avgjørende for en optimal reparasjon av DSB, og dets ekspresjonsnivå var et enkelt viktig faktor ved modifisering av DSB reparasjon kapasitet som rapportert i tidligere studier [32], [33]. Basert på disse funnene, foreningen av
RAD51
-135C allele med en redusert fare for RP og en redusert OS rimelighet kan forklares med økt radioresistance grunn av forventet oppregulert RAD51 uttrykk. Selv om den funksjonelle relevansen av
XRCC2
R188H med kliniske utfall av NSCLC pasienter ikke er avklart, kan det enten skyldes dens effekt på genet funksjoner eller sin kobling med andre funksjonelle SNPs, som må avslørt av tilleggs mekanistiske studier.
forholdet mellom RP, OS og SNPs av NSCLC var komplisert og kunne bare bli utforsket preliminært i den aktuelle undersøkelsen. . Inoue
et al
rapportert alvorlig RP (grad 3-4) for å være en negativ prognostisk faktor [34], mens vår studie viste
RAD51
G C å være forbundet med en redusert RP forekomsten men en redusert OS. Dette er ikke motstridende, fordi vår RP gruppe inkluderte en stor andel av pasienter med mild /moderat RP (grad 1 og 2), som ikke var sannsynlig å ha en innvirkning på pasientenes overlevelse negativt. Videre har en del andre studier finner heller ikke noen sammenheng mellom RP klasse og prognose [35].
I denne studien var vi interessert i å finne at påvirkninger av
RAD51
-135G . C kan påvirke total overlevelse og risiko for stråling lungebetennelse hos NSCLC pasienter som behandles med definitive radio (cellegift) behandling. Fremtidige prospektive studier med store utvalgsstørrelser og bedre studiedesign er nødvendig for å bekrefte våre funn.
Hjelpemiddel Informasjon
Figur S1.
PCR-basert restriksjonsanalyse. Genotyper av
RAD51
,
XRCC2
,
XRCC3 Hotell og
NBN
SNPs ble vist på agarose elektroforese
doi:. 10,1371 /journal. pone.0020055.s001 product: (TIF)
takk
Vi takker Kejing Xu, Jianzhong Han og Min Zhao for laboratorium assistanse.
