A Cancer Genome Atlas ( TCGA) vagy ARG egy olyan projekt, amelynek célja a rákhoz vezető genetikai mutációk adatainak rendszerezése [1] . A rendszerezés szekvenálási és bioinformatikai módszerekkel történik . Ez a projekt a National Cancer Institute és a Human Genome Research Institute , USA [2] együttműködése .
Az egyes rákvariánsok teljes körű kivizsgálása érdekében a megfelelő mintát nagyszabású vizsgálatnak vetették alá szekvenálási és bioinformatikai módszerekkel: a génexpresszió és a variációk génkópiaszámának kvantitatív elemzése , az egynukleotidos polimorfizmusok genotipizálása, a DNS-metilációs minták genomszintű elemzése . , exon szekvenálás . A megszerzett adatok nyilvánosak, azokat bármely kutató megismerheti és felhasználhatja munkája során.
Az ARG projekt megmutatta, hogy a különböző intézmények kutatóinak aktív és nagyszabású együttműködése eredményes lehet, és a munka eredményeként kapott adatokat a világ tudósai felhasználhatják.
Az AWG 2005-ben indult 3 éves kísérleti projektként [3] . Közel 100 millió dollárt különítettek el az AWG bevezetési verziójának finanszírozására. A kezdeti szakaszban a tudósok jellemzik a glioblastoma multiforme -t , a tüdőrákot és a petefészekrákot , mivel ezek a betegségek évente sok haláleset okozói az Egyesült Államokban [4] .
A munka első szakasza sikeresen lezárult, így 2014-ig 20-25 rákfajta jellemzése volt a cél. A genetikai mutációk rendszerezését kétféle központ biztosította: a szekvenálási szakaszt a genomokat leíró központok, a bioinformatikai adatelemzést pedig a genomikai adatokat elemző központok [5] .
2013 szeptemberében az ARG projekt több mint 30 rákfajta jellemzéséhez elegendő tumorszövetmintát gyűjtött. 2017-re a rosszindulatú daganatok 33 típusát tanulmányozták részletesen, köztük 10 ritka típust [6] .
Az AWG 2017-ben véget ér, azonban az AWG által kapott összes adat nyilvános marad. A projekt sikerének példája bizonyítja több szervezet közös munkájának megvalósíthatóságát a rákgenomika területén, és segíti a jövőbeni kutatásokat ezen a területen [2] .
A rákos betegséggel diagnosztizált betegektől egy darab rákos és normál szövetet (általában vért ) vesznek az engedélyükkel. Az elemzéshez használt szöveteket és folyadékokat mintának vagy bioanyagnak nevezzük.
A genomikai kutatáshoz felhasználandó betegek szövetmintáit szigorú minőségellenőrzésnek kell alávetni, hogy genetikai anyagukat ( DNS és RNS ) a következő generációs szekvenálási technológiák segítségével komplex genetikai elemzésben lehessen használni. A szövetek vizsgálatát, feldolgozását és további elemzésre való előkészítését, valamint a DNS és RNS közvetlen izolálását az ARG (Biospecimen Core Resources) laboratóriumai végzik a minták elemzésére [7] . Minden beteginformáció bizalmas. A mintákra szigorú minőségi kritériumok vonatkoznak, például a bioanyag rákos sejttartalmának legalább 60%-nak kell lennie. Korábban ez a kritérium 80% volt, de a következő generációs szekvenálás bevezetésével csökkent .
Minden egyes ráktípus esetében több száz beteg daganatát és normál szöveteit elemzik. A megfelelő betegség teljes genomiális profiljának statisztikai szignifikanciájához nagyszámú mintára van szükség . A genomi profilalkotás szükséges a tumor kialakulásához vezető változások azonosításához. Ez a munka magában foglalja a genomokat leíró központokat [8] , a nagy áteresztőképességű szekvenálás központjait [9] , valamint a genomi adatok elemzésének központjait [10] . Az előbbiek sok genetikai változást (például a génmásolat-variációk számát) elemzik, amelyek potenciálisan szerepet játszanak a daganat kialakulásában, valamint a rákos szövetekben a génexpressziós szint változásait a kontrollként működő normál testsejtekhez képest. A nagy áteresztőképességű szekvenáló központok ezután meghatározzák a DNS-ben bekövetkező változásokat, amelyek egy adott típusú rákhoz kapcsolódnak. Ezt exome szekvenálás segítségével érik el , a szövetek 10%-a teljes genom szekvenáláson megy keresztül annak érdekében, hogy azonosítsák azokat a változásokat, amelyek nem érintik az exonokat , de potenciálisan befolyásolják a rákos transzformációt. Az eredmény egy hatalmas mennyiségű információ, amelyet a genomikai adatok elemzésére szolgáló központok dolgoznak fel. Ugyanezen központok különféle adatvizualizációs és -elemző eszközöket biztosítanak a DGA-ban, hogy elősegítsék ezek szélesebb körű alkalmazását a tudósok körében szerte a világon.
A kutatók munkája során szerzett összes információt a TCGA Data Coordinating Center [11] tárolta és nyílt adatbázisokba vitte be. A kutatók a megfelelő portál (TCGA Data Portal) [12] segítségével keresték, töltötték le és elemezték az ARG-adatokat , amelyek a megfelelő ráktípusok genomiális profilját tartalmazták. A Koordinációs Központtal (DCC) kötött AWG szerződés megszűnése miatt 2016. július 15-én az AWG adatportál megszűnt. Most az AWG projekt adatai szabadon elérhetők a Genomics Data Commons portálon [13] .
2008-ban egy ARG kutatócsoport néhány eredményről számolt be egy agydaganat, a glioblasztóma vizsgálata során ; új genetikai mutációkat fedeztek fel a DNS-ben, amelyek diagnózisra és kezelésre használhatók [17] . A tudósok ezt az eredményt a 206 glioblasztómával diagnosztizált beteg tumorszöveteiből izolált genomok nagyszabású vizsgálatának köszönhetően érték el. Az adatok tartalmaznak információkat a pontmutációkról , a kromoszóma-átrendeződésekről (például a génkópiaszám-variációkról), a génexpressziós szintekről és az epigenomikáról . Az ARG munkatársai 601 gént szekvenáltak tumorszövetmintákból, és összehasonlították ezeket az eredményeket a kontrollmintákkal. Szignifikáns és statisztikailag szignifikáns mutációkat tudtak azonosítani, amelyek megkülönböztetik a glioblasztóma sejteket a normál sejtektől, és amelyeket korábban nem jellemeztek. A kutatóknak sikerült azonosítaniuk a glioblasztóma négy altípusát, amelyek genomi jellemzőikben, túlélési arányukban, a betegek életkorában és a kezelésre adott válaszukban különböznek egymástól [18] . Ezeket az altípusokat proneurális, neurális, klasszikus és mesenchymális glioblasztómának nevezték el. Az egyéni terápia kialakítása szempontjából fontos a betegek rangsorolása, amely az orvosi beavatkozás hatékonyságának növekedéséhez vezethet.
A petefészekrák az ötödik vezető női halálok az Egyesült Államokban. A hatékony kezelések hiánya miatt az ilyen diagnózissal rendelkező nők prognózisa meglehetősen negatív: a betegek mindössze 31%-a él öt évnél tovább a betegség diagnosztizálásától számítva. Tekintettel az ilyen típusú rák területén végzett kutatások rendkívüli relevanciájára, az ARG tudósai úgy döntöttek, hogy az egyik elsőként minősítik azt, és potenciális új célpontokat javasolnak a terápia számára. A kutatóknak több száz gént sikerült megtalálniuk a tumorszövetekben, amelyeket töröltek vagy megkettőztek . Ezen gének között 68 duplikált található, amelyek termékeihez már ismertek a megfelelő inhibitorok . Ez a felfedezés kiindulópontot jelent a petefészekrák kezelésére szolgáló új gyógyszerek keresésében. A kutatók azt találták, hogy attól függően, hogy mely gének expresszálódnak túlzottan a petefészektumorsejtekben, megjósolható a páciens várható élettartama. 108, illetve 85 gént azonosítottak, amelyek a jó, illetve a rossz túléléshez kapcsolódnak. Azok az emberek, akik a megfelelő 108 gént túlexpresszálják, 23%-kal tovább élnek, mint azok, akik túlzottan expresszálják a többi 85 gént. A petefészekrákhoz képest a glioblasztóma genomiális mintázata alapvetően eltérő: inkább genetikai mutációk jellemzik, általában ugyanazokban a génekben, és a gének kópiáinak változatossága a petefészekráktól eltérően sokkal kevésbé érvényesül. Ez arra utal, hogy a különböző ráktípusok pontosan a DNS-változások természetében különböznek egymástól. Ha ez az elmélet helytálló, akkor minden rák esetében egyedi genomiális profilok tervezhetők [19] .
A Nemzeti Rákkutató Intézet (NCI) és a Humán Genomkutató Intézet (NHGRI) három éven keresztül finanszírozta az ARG projekt tesztváltozatát , egyenként 50 millió dollárral. Ezt követően az NCI évi 25 millió dollárt biztosított az AWG második szakaszának támogatására öt évig, az NHGRI pedig évi 25 millió dollárt küldött két éven keresztül. 2009-ben aláírtak egy törvényt (American Recovery and Reinvestment Act, ARRA), amely 175 millió dollár értékben további finanszírozást biztosított az ARG-nek [20] . A dokumentum aláírása után megkezdődött az AWG fennállásának második szakasza. Az NCI igazgatótanácsa további 25 millió dollárt biztosított az ARRA utáni első évben a szekvenciaelemzésre, és további 25 millió dollárt az ARG második szakaszának második évében. Összességében 150 millió dollárt különítettek el a mintaszekvenálásra, 70 millió dollárt pedig mintagyűjtésre, minőség-ellenőrzésre, valamint DNS- és RNS-izolálásra.
Az ARG több mint 11 000 betegtől származó mintákat tartalmaz 33 ráktípusra vonatkozóan [21] , és messze a legnagyobb daganatgyűjtemény. Ezeket a mintákat elemzik a legfontosabb genomikai és molekuláris jellemzők szempontjából. Az ARG-minták gyűjtése 2013-ban véget ért, és 2017 áprilisában az ARG tudósai végre befejezték az exome szekvenálást minden típusú daganat esetében és a teljes genom szekvenálását több mint 1000 rákos szövetminta esetében. Több mint 2700 tudományos cikk hivatkozik az ARG munkájára, bizonyítva ennek a projektnek a hatalmas szerepét a rákkal kapcsolatos ötletek kidolgozásában [22] . Az összes ARG adat rendelkezésre áll és korlátozás nélkül felhasználható publikációkhoz [23] .
| típusú rák | Az elemzett minták száma [21] | Azonosított mutációk [24] |
|---|---|---|
| Akut mieloid leukémia | 200 | Az esetek 99,5%-ában legalább egy nem szinonim mutációt azonosítanak a következő gének valamelyikében: NPM1 (27%), tumorszuppresszor gének (15,5%),
DNS-metilációval kapcsolatos gének (43,5%), szignálgének (59%), kromatin-módosító gének (30,5%), mieloid transzkripciós faktor gének (22%), kohézin komplex gének (13%) és spliceoszomális gének (13,5%) . 25] . |
| mellékvesekéreg karcinóma | 92 | Mutációk a PRKAR1A, RPL22, TERF2, CCNE1 és NF1 génekben. Ezenkívül a DNS nagy részének gyakori elvesztését, majd a teljes genom megduplázódását, a TERT fokozott expresszióját, a telomerek hosszának csökkenését és a sejtciklus-programok aktiválódását találták [26] . |
| A hólyag uroteliális karcinóma | 412 | Jelentős visszatérő mutációk 32 génben, beleértve a sejtciklus szabályozásában, a kromatin szabályozásában és a kináz jelátviteli útvonalakban részt vevő géneket. Időszakos kereten belüli FGFR3-TACC3 fúziókat azonosítottak, valamint számos vírus expresszióját és integrációját (beleértve a HPV16-ot is) [27] . |
| 2. fokozatú agyi glióma | 516 | Az IDH mutációkat és az 1p/19q deléciót a CIC, FUBP1, NOTCH1 gének és a TERT gén promóterének mutációi kísérik, a genomiális aberrációk hasonlóak a glioblasztómában tapasztaltakhoz [28] . |
| Invazív emlőkarcinóma | 1098 | A három gén, a TP53, PIK3CA és GATA3 szomatikus mutációit az esetek >10%-ában figyelték meg, néhány esetben a GATA3, PIK3CA és MAP3K1 gének specifikus mutációit is kimutatták [29] . Az E-cadherin gén elvesztését és a PTEN, TBX3 és FOXA1 gének mutációit is azonosították [30] . |
| Méhnyakrák | 307 | Mutációk az SHKBP1, ERBB3, CASP8, HLA-A és TGFBR2 génekben. A CD274/PD-L1 és PDCD1LG2/PD-L2 immuncélpontokban is amplifikációt találtak. A HPV vírusok integrációja minden HPV18 fertőzésnél és a HPV16 fertőzés eseteinek 76%-ában megfigyelhető volt, melyet különböző szerkezeti rendellenességek és fokozott cél DNS expresszió kísért. HPV-negatív daganatokban a KRAS, ARID1A és PTEN gének gyakori mutációit azonosították [31] . |
| Cholangiocarcinoma | 51 | IDH mutációk a kromatin módosítók alacsony expressziójával, a mitokondriális gének fokozott expressziójával és a mitokondriális DNS megnövekedett kópiaszámával kísérve [32] . |
| Vastagbél adenokarcinóma | 461 | Az APC, TP53, SMAD4, PIK3CA, KRAS, ARID1A, SOX9 és FAM123B/WTX gének mutációi, ERBB2, IGF2 amplifikáció, NAV2 és TCF7L1 (a WNT jelátviteli útvonal komponense) fúziója, hipermetiláció és a 75MLH1 elnémítása Az esetek %-a [33] . |
| Nyelőcső karcinóma | 185 | A CCND1 és SOX2 és/vagy TP63 gyakori genomiális amplifikációja laphámsejtes karcinómában, valamint ERBB2, VEGFA és GATA4 és/vagy GATA6 amplifikációja adenocarcinomákban [34] . |
| Glioblastoma multiforme | 617 | EGFR, NF1, TP53, PlK3R1, PIK3CA, IDH1, PTEN, RB1, LZTR1 mutációk [35] , kromatin módosító gének mutációi az esetek 40%-ában [36] . |
| A fej és a nyak laphámsejtes karcinóma | 528 | A PIK3CA onkogén mutációk, a TRAF3 gén elvesztése és az E2F1 sejtciklus gén amplifikációja dominál. Dohányzás okozta daganatok esetén TP53 mutáció, CDKN2A inaktiváció, 3q26/28 és 11q13/22 amplifikáció, WNT és az NFE2L2 oxidatív stresszfaktor aktiválódása figyelhető meg [37] . Szintén a TP63 gén amplifikációja, valamint az immunitási és proliferációs gének fokozott expressziója [38] . |
| A vese kromofób karcinóma | 113 | Mutáció a TERT gén promoter régiójában, ennek a génnek a fokozott expressziója [39] . |
| Hypernephroid rák | 537 | VHL , PBRM1 , ARID1A, SMARCA4 mutációk, mutációk a PI(3)K/AKT útvonal génekben, változások a Krebs ciklus génjeiben, pentóz-foszfát útvonal és glutamin transzporter gének, változások a MiR-21 metilációjában és GRB10 promoter [40] . |
| papilláris veserák | 291 | MET vagy SETD2 mutációk, CDKN2A elnémítás, TFE3 fúziók, az NRF2 túlzott expressziója, az ARE jelátviteli útvonal egyik összetevője [41] . |
| Májtumor | 377 | |
| Pulmonális adenokarcinóma | 585 | RIT1, MGA, EGFR (gyakrabban nőknél), RBM10 (férfiaknál gyakrabban), NF1, MET, ERBB2 és RIT1 aberrációit az esetek 13%-ában észlelték [42] . |
| A tüdő laphámsejtes karcinóma | 504 | Mutációk a TP53-ban, mutációk a fő hisztokompatibilitási génben, a HLA-A I. osztályban, mutációk a laphám differenciációs génekben, a PI(3)K útvonal génekben, valamint az NFE2L2, KEAP1, CDKN2A és RB1 gének mutációi [43] , amplifikáció a TP63 gén, fokozott expressziós immunitás és proliferációs gének [38] . |
| Diffúz nagy B-sejtes limfóma | 58 | |
| Mesothelioma | 87 | |
| A petefészek savós cystadenocarcinoma | 608 | A TP53 mutációit a vizsgált esetek 96%-ában mutatták ki; NF1, BRCA1, BRCA2, RB1 és CDK12 mutációk, 168 gén promoter metilációja és 113 gén jelentős kópia-rendellenessége, azt is megállapították, hogy az esetek körülbelül felében a homológ rekombinációs rendszer károsodott [44] . |
| A hasnyálmirigy adenokarcinóma | 185 | |
| Pheochromocytoma és paraganglioma | 179 | Mutációk a CSDE1, HRAS, RET, EPAS1 és NF1 génekben; a MAML3, BRAF, NGFR és NF1 gének különféle fúziói [45] . |
| prosztata adenokarcinóma | 500 | Az esetek 74%-ában az ERG, ETV1/4 és FLI1 gének fúzióját, illetve az SPOP, FOXA1 és IDH1 gének mutációit, a rákos esetek 25%-ában a PI3K vagy MAPK jelátviteli útvonalak rendellenességeit és a DNS inaktivációját mutatták ki. javító géneket is megfigyeltek 19%-ban [46] . |
| A végbél adenokarcinóma | 172 | Az APC, TP53, SMAD4, PIK3CA, KRAS, ARID1A, SOX9 és FAM123B/WTX gének mutációi, ERBB2, IGF2 amplifikáció, NAV2 és TCF7L1 (a WNT jelátviteli útvonal komponense) fúziója, hipermetiláció és a 75MLH1 elnémítása Az esetek %-a [33] . |
| szarkóma | 261 | |
| Bőr melanoma | 470 | Mutációk a BRAF-ban, RAS-ban, NF1-ben, KIT-ben [47] . |
| A gyomor adenokarcinóma | 443 | A PIK3CA gén mutációi, megnövekedett DNS-metiláció, a JAK2, CD274 és PDCD1LG2 gének amplifikációja [48] . |
| A herék embrionális sejtjeinek daganatai | 150 | |
| timoma | 124 | |
| Pajzsmirigy karcinóma | 507 | EIF1AX, PPM1D, CHEK2 és különféle génfúziók [49] . |
| Méh carcinosarcoma | 57 | Mutációk a TP53, PTEN, PIK3CA, PPP2R1A, FBXW7 és KRAS génekben [50] . |
| A méh endometriumának szarkóma | 560 | Kis számú változás a TP53 gén kópiáinak vagy mutációinak számában, gyakori mutációk a PTEN-ben, CTNNB1-ben, PIK3CA-ban, ARID1A-ban, KRAS-ban, ARID5B-ben [51] . |
| Uveális melanoma | 80 |