Abstract
cellulært og molekylært tilnærminger blir undersøkt for å finne en biomarkør som kan forutsi utviklingen av stråleindusert akutt giftighet før strålebehandling. SNPs i strålings responsive gener kan betraktes som en tilnærming for å utvikle verktøy for å finne den nedarvede grunnlag av klinisk Radiosensitivity. Den aktuelle studien forsøker å skjerme enkeltnukleotidpolymorfi /slettinger i DNA skade respons, reparasjon DNA, profibrotic cytokin samt antioksidant responsgener og dens prediktiv potensial med normalt vev bivirkninger fra 183 hode- og nakkekreftpasienter som gjennomgår platina basert kjemoradioterapi eller strålebehandling alene. Vi analyserte 22 polymorfismer i 17 gener som har funksjonell betydning for stråling respons. Strålebehandling indusert oral mukositt og huderytem ble ansett som sluttpunkt for klinisk Radiosensitivity. Direkte korrelasjon av heterozygote og mutante alleler med akutte reaksjoner, så vel som haplotype korrelasjon åpenbart NBN varianter for å være av betydning i prediktiv analyse oral mukositt før radioterapi. I tillegg genetisk koblingsulikevekt eksisterte i XRCC1 polymorfismer for klasse 2 oral mukositt og hudreaksjon indikerer komplekset arv mønster. Den aktuelle studien indikerer en forening for polymorfisme i NBN med normalt vev Radiosensitivity og garanterer videre replikering av slike studier i et stort sett av prøver
Citation. Venkatesh GH, Manjunath VB, Mumbrekar KD, Negi H, Fernandes DJ, Sharan K, et al. (2014) Polymorfisme i Radio-Responsive Gener og sin tilknytning til akutt giftighet blant hode og nakke kreft pasienter. PLoS ONE 9 (3): e89079. doi: 10,1371 /journal.pone.0089079
Redaktør: Jian Jian Li, University of California Davis, USA
mottatt: 23 august 2013; Godkjent: 14 januar 2014; Publisert: 04.03.2014
Copyright: © 2014 Venkatesh 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:. Finansiert av Institutt for bioteknologi, Government of India, gir antall BT /01 /COE /06/02/07 (https://dbtindia.nic.in/index.asp). 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
Nøyaktig stråling leveringsmetoder har betydelig forbedret svulst kur og overlevelse på grunn av den siste utviklingen, men det har gått på bekostning av betydelig økning i normalt vev toksisitet. Heterogenitet i normalt vev radioresponse er observert hos pasienter som ble behandlet med identiske doser av bestråling, noe som ytterligere fører til en dynamisk og kumulativ prosess med normalt vev toksisitet. I hode- og halskreft (HNC) pasienter, oral mukositt og huderytem er de store komplikasjoner i løpet av kjemoradioterapi. Det påvirker smertekontroll og adekvat behandling levering, og dermed føre til uventede strålebehandling (RT) pauser, går på bekostning av behandlingseffekt [1]. Tidligere kliniske erfaringer har vist at bare 20% av variasjonen var på grunn av stokastiske eller tilfeldige hendelser, mens resten var 80% på grunn av pasientrelaterte genetiske faktorer [2]. Sammenhengen mellom alvorlige Radiosensitivity og genetiske syndromer som Ataxia-telangiectasia, Fanconi anemi, og Bloom syndrom, etc., gir oss et bevis på prinsippet om involvering av genetiske komponenten bak normale vev akutte reaksjoner [3]. Også tidligere funn viser genotype avhengig årsak til akutt og senskader av RT sett i normalt vev [4] [5]. Bortsett fra molekylære aspekter, våre tidligere studier tyder på at det finnes et celledelt basis for normalt vev strålesensitivitet [6]. To tredel av studier til dato rapport foreningen av genetisk variasjon i kandidatgener med stråling indusert toksisitet, men de fleste av disse studiene er med små pasientantall og mangler uavhengig validering [7]. Selv om studier har blitt gjennomført for å knytte polymorfisme i utvalgte kandidat gener med klinisk observert normale vev skadevirkninger, er fortsatt tvilsom klinisk anvendbarhet som biomarkør /s [8] [9]. Derfor godt designet kliniske studier med hundrevis av prøver for å søke en biomarkør for å utvikle individuelle behandlingsprotokoller [10] [11].
I denne studien, enkeltnukleotidpolymorfi /slettinger i utvalgte kandidat gener relatert til DNA skade og reparasjon, antioksidant respons og avgiftning enzymer og profibrotic cytokin ble analysert. SNPs i kandidat stråling responsive gener som ATM, XRCC1, XRCC3, XRCC4, Ku70, Ku80, LIG4, OGG1, NBN, RAD51, TGFβ1, SOD2, CAT og GST ble valgt. Alvorlighetsgraden av oral mukositt og hudreaksjon ble registrert i henhold til strålebehandling Oncology Group (RTOG) kriterier [12] og sammenhengen mellom genetisk polymorfisme og oral mukositt og hudreaksjon ble evaluert for den økte risikoen for å utvikle disse normalt vev bivirkninger.
Materialer og Metoder
pasienter og kliniske data
undersøkelsen ble gjennomført fra 183 HNC pasienter som gjennomgår kjemoradioterapi på Kasturba Hospital, med en forhåndsgodkjenning av Universitetet Etisk Komité (UEC /15/2007) og en skriftlig informert samtykke fra pasientene før samle blod før RT. Alle pasientene ble behandlet med 3-dimensjonale konforme strålebehandling. Gross tumor volum (GTV), Clinical Target Volume (CTV) og planlegging målvolum (PTV) ble definert ved hjelp av disse planlegger CT scan. Gross tumor volum omfattet alle kjente brutto sykdom som er definert av kliniske fysisk undersøkelse og røntgenfunn. Pasienter med brutto sykdom ble behandlet ved hjelp av Linac 6-MV X-ray lineær akselerator (Elekta Presis digital, Stockholm, Sverige) med den totale tumor dose på 70 Gy (2 Gy per dag i 5 dager i uken). Pasienter etter kirurgisk reseksjon å ha positive marginer ble gitt en dose på 66 Gy i 33 fraksjoner. Pasienter med ingen positive marginer fikk 60 Gy i 30 fraksjoner. Dose til parotidkjertelen, submandibular spyttkjertler, innsnevrende muskler og andre strukturer var ikke begrenset i lys av tre-dimensjonal behandling planlegging i alle pasientene. Cisplatin kjemoterapi (100 mg /m
2 for en gang i 3 uker) ble gitt til flertallet av pasientene når serumkreatinin var normal. Eldre pasienter fikk en ukentlig dose på 40 mg /m
2 for seks uker og pasienter med borderline forhøyet serumkreatinin mottatt carboplatin (areal under kurven (AUC) @ 1,5) på en ukentlig basis for 6 uker. Totalt 148 pasienter som mottok samtidig kjemoradioterapi og de gjenværende pasientene ble radioterapi alene. Pasienter med residiv av tumor og fjernmetastaser ble ekskludert. Akutte bivirkninger (oral mukositt og hudreaksjon) ble registrert under og etter avsluttet behandling i henhold til RTOG kriterier [10]. Detaljene i HNC pasientens egenskaper er beskrevet i tabell 1.
genotyping, haplotype og koblingsulikevekt analyse
Genomisk DNA ble utført ved anvendelse av den konvensjonelle fenol-kloroform-ekstraksjon og etanolutfelling prosedyre . Genotyping ble utført ved hjelp av polymerase kjedereaksjon basert rflp. Detaljene er tilgjengelig i tabell 2. Fem prosent av prøvene ble tilfeldig valgt og gjen genotypede å vurdere konsistens i resultatene.
Statistisk analyse
Hver polymorfisme ble testet for avvik fra Hardy-Weinberg likevekt. Statistisk signifikans ble analysert med Fisher eksakte test. Odds ratio ble anslått til å teste om noen tilknytning eksisterer mellom graden av akutt giftighet og utvalgte SNP /haplotyper. Haplotype analyse og koblingsulikevekt estimatene ble gjort ved hjelp av SHEsis programvare [13]. Alle statistiske tester ble utført ved hjelp av Prism v.5.0 (GraphPad Software, San Diego, California, USA) og Statistisk Package for Social Science (versjon 16.0, Chicago, USA).
Resultater
fordelingen av pasientene basert på histopatologisk gradering, tumorstadium og akutte toksisitets karakterer er gitt i tabell 1. den midlere alder av pasientene vurdert i studien var 54,74 år. Stråledoser fra 60 til 70 Gy (median = 66 Gy) i 30 til 35 fraksjoner ble gitt til pasientene. Totalt 148 pasienter gjennomgikk platinabasert kjemoradioterapi, mens de resterende ble gitt radioterapi alene. Ut av 183 pasienter, 71 (38,79%) av pasientene opplevde alvorlig mukositt (grad 3 og 4) og 44 (24,04%) opplevde alvorlige hudreaksjoner. Vi analyserte tilstedeværelse av konfunderende faktorer som diabetes, høyt blodtrykk, røyking, alkohol, kirurgi og kjemoterapi og fant at pasienter med alkoholisme var assosiert med grad ≤2 mukositt (p = 0,02) (Tabell 3).
Ifølge stråling onkologer, er toksisitet opp til klasse 2 vanligvis tolerert av pasienter uten terapeutisk intervensjon men grad 3 og 4 krever intervensjon med terapeutiske midler. Basert på dette, og vurderer rapporter fra tidligere studier [14] [15], gruppert vi pasienten normale vev toksisitetsdata som karakteren ≤2 eller 2. Siden dosen utsettes for munnhulen /svelget region varierer fra 0-40% i hypopharynx, strupehode, skjoldbruskkjertelen og region av ukjent opprinnelse, ble data fra kreft i disse regionene ekskludert for å analysere oral mukositt. Av alle polymorfismer testet, ble RAD51 (rs1801321) Ku70 (rs2267437) og XRCC4 (rs1805377) funnet å avvike fra Hardy-Weinberg likevekt. Univariat analyse viste at ingen av polymorfismer presentert noen vesentlig krets for hudreaksjoner (tabell 4). Men det indikert at oddsen for pasienter som opplever alvorlig oral mukositt (grad 2) med recessive allel av NBN (rs1805794) var 3,75 ganger høyere med et konfidensintervall på 1,201 til 11,70 og p = 0,023. Også heterozygote varianter i CAT (rs7943316) vises 0,452 (odds verdi) ganger mindre utsatt for å oppleve alvorlig oral mukositt (grad 2) med et konfidensintervall på 0,206 til 0,993 og p = 0,048. I fortsettelsen, multivariat analyse indikerte at oddsen for pasienter opplever alvorlig oral mukositt (grad 2) med recessive allel av NBN (rs1805794) var 4,72 ganger høyere med et konfidensintervall på 1,384 til 16,151 og p = 0,013 (tabell 5). Men når vi kategorisert data kjemoradioterapi og strålebehandling som separate grupper, vi ikke observere noen slik signifikant sammenheng med normalt vev toksisitet i kjemoradioterapi gruppen (tabell S1 og tabell S2). Videre, som utvalget tallet er mindre i strålebehandling alene (n = 35) er det vanskelig å effektivt konkludere funnene.
haplotyping og kombinasjon av risiko alleler
haplotype analyse ble gjort for 4 SNPs i XRCC1, 2 polymorfismer i RAD51 samt 2 polymorfismer i NBN å utforske sammenslutning av kombi effekten av disse variantene med økt normalt vev Radiosensitivity. Haplotype-analyse av NBN (rs1805787, rs1805794) gen viste G-C haplotype å være assosiert med utvikling av oral mukositt (odds-forhold på 1,687 og 95% CI av 1,005 til 2,831 med p = 0,047) (Tabell 6). Videre, for å fastslå om noen av flere SNP har en additiv effekt på oral mukositt samt hudreaksjon, det gjennomsnittlige antall variant alleler per pasient i hver gruppe RTOG ble analysert (figur 1). Basert på allelfrekvenser rapportert i dbSNP database har vi rapportert villtypen, heterozygot og recessive genotyper. Vi vurderte mindre allelet i denne gruppen som risiko allel og telles antall risiko alleler i hver pasient. Resultatene tyder på at antallet variant alleler har ingen effekt på alvorlighetsgraden av normalt vev toksisitet
Resultatene av Kruskal-Wallis test viser at sammenligning mellom gruppene er ikke-signifikant (p 0,05).. De feilfelt representerer minimum til maksimumsverdier for risiko allel representert i hver gruppe.
Videre har vi analysert koblingsulikevekt mønster for SNPs i XRCC1 og fant at rs3213245, rs1799782, rs25489 og rs25487 ble knyttet sammen med oral mukositt stund, rs1799782 og rs25489 ble koblet med alvorlig hudreaksjon. Også for å validere dette knyttet SNPs ble analysert for koblingsulikevekt mønster separat i normale vev overreactor og ikke-overreactor fenotyper. De d «verdier var påfallende høyere i normale vev radiosensitive fenotyper (figur 2).
Tallene inne hver boks representerer R2 verdier (%) av koblingsulikevekt.
Diskusjoner
Selv om økende volum av SNP data tyder på det genetiske grunnlaget for mottakelighet for strålebehandling indusert akutte effekter, er det mindre klart om SNPs kan tjene som en biomarkør for å forutsi normalt vev toksisitet. Identifisering av de genetiske profiler forbundet med en utvidet eller redusert risiko for radioterapi komplikasjoner synes å være mest lovende faktor for å forbedre effektiviteten til radioterapi [9] [16]. Mengden av menneskelig genetisk mangfold er enorm, og vi er akkurat nå begynner å forstå hvordan slike endringer påvirker den spesifikke fenotypiske uttrykk. Bemerkelsesverdig genetiske variasjoner mellom populasjoner og forstå denne variasjonen vil hjelpe oss til å skreddersy behandlingen med en personlig tilnærming for sikrere og effektiv utfallet.
Basert på den funksjonelle betydningen av gener i stråling respons, analyserte vi foreningen av noen av de viktige genvarianter som tilhører DNA skade respons, DNA-reparasjon, profibrotic cytokin, antioksidant gener med normalt vev overreactor fenotype (klasse 2 toksisitet). Vi fant ingen signifikant sammenheng for enten de valgte SNPs eller for haplotyper med risikoen for å utvikle for oral mukositt og hudreaksjon i HNC pasienter. Men observerte vi en forening for NBN (rs1805794) polymorfisme i univariate samt multivariate analysemodell. I tillegg ble en av de NBN haplotype assosiert med alvorlig oral mukositt. NBN er en del av MRE kompleks (MRE11-RAD50-NBN) som er involvert i skade sensing, alarm og svare på DSB sin [17]. Dette polymorfisme bringer om endring i Nibrin protein på 185-kodon stilling fra glutaminsyre til glutamin og den funksjonelle betydningen av denne endringen er fremdeles uklart [18]. Det ble rapportert at rs1805794 ikke var assosiert med akutte bivirkninger av radioterapi hos brystkreftpasienter [18] [19]. Det er også studier som rapporterer ingen tilknytning til rs1805794 og sene stråling toksisitet [20] [21].
Foreløpig er det bare noen få studier relatert til normalt vev toksisitet og genotype analyse i HNC pasienter, og det er mindre klart om SNPs kan tjene som en biomarkør for predicitng normalt vev toksisitet. Werbrouck og medarbeidere [22] rapporterer at SNPs i DNA-reparasjonsgener XRCC3 (rs861539) og Ku70 (rs2267437) kan hjelpe med å bestemme risikoen for akutt dysfagi. Studie utført av Pratesi et al. [23] har foreslått at pasienter med XRCC1 (rs25487) og RAD51 (rs1801320) har høyere sannsynlighet for å utvikle oral mukositt og dysfagi i HNC pasienter. I motsetning til tidligere rapporter, null varianter av GSTM1 og GSTT1 viste heller ingen sammenheng med utvikling av akutte reaksjoner [24]. Dessuten har en stor-skala analyse for screening 3,144 SNPs fra 156 brystkreftpasienter viste at ABCA1 og IL12RB2 polymorfisme er svært utsatt for stråling-indusert dermatitt [25]. Omvendt, flere studier som tar sikte på å validere effekten av TGFβ1 [26], [27], ATM, GSTP1, SOD2, TGFβ1, XPD og XRCC1 [28] har vist ingen slik sammenheng for risikoen for å utvikle normal vev toksisitet. Tidligere rapporter med tilnærming av haplotype analyse har avdekket flere haplotyper med betydelig bevis for å forutsi akutte reaksjoner av strålebehandling [4] [29] [30]. Vår analyse for XRCC1 haplotype ikke forbinder med risiko for økte akutte reaksjoner, men NBN haplotype hadde en forening for oral mukositt .. Studier tyder på at SNPs eller haplotyper i funksjonelt viktige kandidat gener alene ikke kan bidra til strålingsinduserte akutte reaksjoner. I tillegg omfattende litteraturgjennomgang [8], [31] har indikert et motsetnings forening for mottakelighet for stråling indusert toksisitet, som støtter behovet for videre studier.
I konklusjonen, vi rapportere at genvarianter og haplotyper av NBN er forbundet med risiko for å utvikle for oral mukositt i hode- og nakkekreftpasienter som gjennomgår kjemoradioterapi /strålebehandling. I tillegg til screening for sjeldne varianter å ha store effekter og vanligste variantene med små effekter, må vi identifisere andre typer variasjon og utforske genet miljø interaksjoner for å utvikle prediktive modeller. Videre replikering av våre resultater i store datasett med sti basert tilnærming og store genom bredt assosiasjonsstudier med metodisk tilnærming kan være til stor nytte for å utvikle prediktive biomarkører for dette komplekset egenskap og funnene må være uavhengig bekreftet i ulike populasjoner.
Hjelpemiddel Informasjon
Tabell S1.
Univariat analyse av kandidat enkeltnukleotidpolymorfi og stråleinduserte hudreaksjoner etter kategorisere prøvene basert på kjemoradioterapi og strålebehandling alene
doi:. 10,1371 /journal.pone.0089079.s001 plakater (docx)
Tabell S2.
Univariat analyse av kandidat enkeltnukleotidpolymorfi og stråling-indusert oral mukositt etter kategorisere prøvene basert på kjemoradioterapi og strålebehandling alene
doi:. 10,1371 /journal.pone.0089079.s002 plakater (docx)
Takk
Vi er takknemlige for alle de deltakende pasienter for deres samarbeid. Vi står i gjeld til Dr. K. Satyamoorthy, direktør, School of Life Sciences for hans oppmuntring og Manipal universitet for å gi anleggene samtidig gjennomføre denne studien. Vi takker professor P. Gopalakrishna Bhat, Prof. Padmalatha Rai S. og Dr. Saadi Abdul Vahab for nyttige kommentarer til manuskriptet.
