TARGET數(shù)據庫

前言背景知識群體的全面表征兒童AML的體細胞突變兒童AML的染色體結構改變兒童AML的甲基化改變兒童AML的miRNA改變后記

前言

關于TARGET數(shù)據庫，我一直沒有找到相關的介紹，只是在極少數(shù)的博客上看到了有說這個數(shù)據庫是針對兒童白血病的，其內容和TCGA有些類似，也是有各種組學的數(shù)據——轉錄組、miRNA、WGS、WES及甲基化等。雖然知道數(shù)據存放在GDC及XENA里都有，但是因為對數(shù)據庫的來源及背景不是很清楚，所以一直沒有去使用這個數(shù)據庫。

為了解決這個窘境，我找到了介紹這個數(shù)據庫的文章：

文獻資料：

• 文章名：The molecular landscape of pediatric acute myeloid leukemia reveals recurrent structural alterations and age-specific mutational interactions

• 下載地址：https://www./articles/nm.4439

怪不得還沒有過多的介紹，可能是因為這個文章也才是2017年10月才接受，12月才online吧，也就是才2年時間。

背景知識

盡管只有20%的兒科急性白血病是AML，但是AML正在超越作為兒童白血病死亡主要原因的ALL，部分原因是目前的預后分組模式的不準確。除了有明確FLT3-ITD突變的患者外，一般不使用靶向藥物。這一切都是因為我們對于兒童AML生物學的不了解。

許多成人白血病中存在的復現(xiàn)性突變在兒童白血病中較為少見。至今沒有一個較為完整的兒童白血病特征，所以這篇文章就完成了這樣一工作。

Therapeutically Applicable Research to Generate Effective Treatments (TARGET) ，這是一個合作的COG+NCI項目，旨在全面描述一大群有良好注釋的兒科 AML 的突變、轉錄和表觀遺傳特征。通過對不同年齡組的 AML 分子特征的比較，找出在嬰兒、兒童、青少年和成人AML間突變基因、結構變異和 DNA 甲基化模式的顯著差異，用于指導臨床用藥治療。

TCGA里的數(shù)據很多，但是我只關注血液相關的腫瘤，其中就只能用LAML和DLBC。本來想用LAML去做DEG分析，但是，最難的問題就是沒有正常對照樣本？？？那比較什么呢？？？這就限制了我使用TCGA的進展。但是，后來又發(fā)現(xiàn)還有個叫TARGET的數(shù)據庫，主要針對的是“兒童”白血病，而且數(shù)據集里有正常對照的樣本，這就好了。于是就用TARGET這個數(shù)據庫來做分析吧！

但是，一切的分析都要有背景知識作為前提，這樣你才知道你要做DEG想得到什么樣子的結果。所以，這周讓我們讀一讀關于兒童白血病的文獻，了解下背景知識吧！

群體的全面表征

1. 一共有1023個兒童參與了 COG 研究，被納入TARGET這個項目中。其中有993人的臨床信息可以獲得，具體 的臨床信息條目見supplemental table 1.下面的圖展示的都是這993個臨床樣本的信息summary。

2. TARGET AML樣本的年齡及相關臨床信息總結如下圖：

• 年齡分布：8天-29歲。中位年齡：10歲。

• 年齡分組——Infants<3 ；children：3–14；AYA：15–39歲

1. 這些樣本臨床發(fā)現(xiàn)的結構異常詳情：

只有5個突變（FLT3，NPM1，WT1，CEBPA和KIT）還有5個結構變異（RUNX1，CBFB，KMT2A，trisomy 8，loss of  ChrY）在超過5%的個體中可以找到。

注意：這里的結果都是臨床檢驗得到的結果，并非測序得到的結果。

4. 關于作者用WGS進行檢測以及對結果進行驗證的pipeline：

對197個患者的腫瘤樣本和他們在緩解時的樣本（作為germline）進行比較，通過WGS找出Indels、SNVs、Junctions以及CNVs改變。驗證方法如下：

• 對于WGS找到的Indels：用TCS測序在其中153個樣本中驗證，76%的結果用2種方法都可以找到。

• 對于WGS找到的SNVs：用TCS測序在其中153個樣本中驗證，72%的結果用2種方法都可以找到。

• 對于WGS找到的Junctions：綜合臨床核型分析及mRNA測序結果進行驗證，89%的結果用3種方法都可以找到。

• 對于WGS找到的CNVs：用SNP6 array在其中96個樣本中驗證，75%的CNV deletion or loss結果和85%的CNV gain or amplification結果用2種方法都可以找到。

對于找到并驗證過的結果，在另外501個樣本中也可以得到驗證。

5. 對于在684個樣本中，經過多平臺驗證后的體細胞突變結果展示如下圖：

圖例說明：

• chromCNV：chromosome-arm- or band-level copy variant

• focalCNV：gene-level copy variant

小結論：

• 基本上有1/4的樣本是核型正常的

• 幾乎所有樣本都有>1個的復現(xiàn)性基因突變

1. 對于412個樣本進行miRNA、mRNA和DNA甲基化分析。

2. 從TCGA數(shù)據中去除了M3（n=20）或者BCR-ABL1融合基因（n=3）后，177個成人（>40 歲）AML的TCGA數(shù)據也用于分析。

兒童AML的體細胞突變

1. 兒童AML有最低的突變比率，平均在CDS區(qū)每1MB堿基內有<1體細胞突變。

2. 兒童的突變譜和成人的突變譜相差較大:

• RAS，KIT，F(xiàn)LT3的突變更多見于兒童白血病患者。

1. 突變負荷隨著年齡的增長而逐漸增大，但是老年人中似乎有更少的復現(xiàn)性細胞學改變，更多的是核型正常的個體：

4. 相比于老年人更多是點突變或indel，在年輕人群中，更多見的則是結構變異：

5. 攜帶有CBFA2T3-GLIS2，KMT2A或NUP98融合基因的個體一般其攜帶體細胞突變的數(shù)目更少，但是生存情況會更差：

6. 攜帶CBF基因重排的個體傾向于攜帶更多的突變，且他們的預后稍好。

7. 不同年齡階段的AML患者所攜帶的基因突變相差較大：

• 年輕人多有NRAS，WT1，KRAS，CBL，GATA2，SETD2，PTPN11。

• 老年人多有DNMT3A，IDH1/2，RUNX1，TP53，NPM1。

6. 這里以WT1基因為例說明TCGA和TARGET里成人和兒童在WT1基因上突變發(fā)生的模式差異：

9. RAS相關基因（KRAS，NRAS，PTPN11，NF1）在兒童白血病中十分常見，并且常常和KMT2A融合基因共同出現(xiàn)。

10. WT1突變更可能是年輕患者的克隆起源：

11. 在過去大家指出FLT3的突變對于標準治療反應較差，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)如果存在一些基因的共突變，則情況更差：

• 生存情況由好到差排序：FLT3-ITD+NPM1  > 無FLT3-ITD  > 單獨FLT3-ITD  > FLT3-ITD + WT1|NUP98-NSD1

1. 這里，我們發(fā)現(xiàn)在兒童白血病患者中，找不到攜帶有DNMT3A突變的患者，要知道DNMT3A可是老年CHIP患者的頭號突變基因??！5-甲基胞嘧啶的自發(fā)脫氨基作用和衰老密切相關，DNMT3A的Arg882位點上有雙CpG位點，這種位點上容易發(fā)生C→T的脫氨基作用。DNMT3A也可以直接與TP53相互作用，引起TP53的改變。而DNMT3A、TP53，甚至是IDH1/2這種在健康老人常見的CHIP突變基因，在兒童中基本上找不到。

兒童AML的染色體結構改變

1. 兒童白血病和成人白血病的染色體改變上也存在很大差異：

2. 有2個基因，存在有染色體片段的缺失：

• MBNL1：一個剪接調節(jié)因子，位于chr2

• ZEB2：一個正常造血及白血病造血關鍵調節(jié)因子，位于chr3

這兩個基因在位置上來說不在同一個染色體上，但是卻常常發(fā)生共缺失現(xiàn)象。而且這些共缺失的出現(xiàn)常常伴有KMT2A-MLLT3融合基因的出現(xiàn)。

同樣，有MBNL1-ZEB2共缺失的個體，常常會有更大可能帶有更多復現(xiàn)性突變。

3. 還有15個新發(fā)現(xiàn)的染色體缺失發(fā)生在ELF1基因上（MEIS1基因的轉錄調節(jié)因子），當發(fā)生缺失后，ELF1基因的mRNA水平發(fā)生很大的改變，同時有63個基因的表達量發(fā)生相應改變：

4. 過去報道了兒童白血病里的NUP98-NSD1融合基因，這次發(fā)現(xiàn)在兒童AML中，與成人相比，有不成比例過多的融合基因的存在：

這些融合基因的關系如下圖所示：

5. GATA2突變常見于正常核型的AML，GATA2和CSF3R的突變一般還與CEBPA的突變共同出現(xiàn)。GATA2和CEBPA是在造血過程中非常重要的2個調節(jié)因子。他們可以與RUNX1相互作用，在造血和白血病發(fā)生過程中發(fā)揮重要作用。

可以發(fā)現(xiàn)：似乎攜帶有GATA2突變對患者色生存是有益處的，而CEBPA的突變則會帶來不好的結果。而且不攜帶GATA2的危害性更強。

兒童AML的甲基化改變

1. 可以看到在成人（TCGA）和兒童（TARGET）數(shù)據中，對于表觀修飾相關基因的影響比例是不同的：

2. 于是作者聯(lián)合mRNA數(shù)據及甲基化數(shù)據，確定了一些復現(xiàn)性基因沉默是由于啟動子區(qū)的超甲基化引起的。而且，許多患者體內的許多基因都存在啟動子的異常超甲基化狀態(tài)，這些患者多是富集在兒童患者中，且存在有WT1基因突變。

3. Wnt–β-catenin信號通路的異常在白血病發(fā)生過程中起到重要作用，Wnt–β-catenin信號通路中的一些基因，如：DKK1，SMAD1，SMAD5，SFRP4，SFRP5，AXIN2，WIF1，F(xiàn)ZD3，HES1和TLE1在大多數(shù)白血病患者中處于異常甲基化狀態(tài)或者發(fā)生了缺失。

4. 一些抑制NK細胞激活配體的基因，如ULBP1，ULBP2和ULBP3的甲基化沉默在兒科白血病中非常常見，也許可能可以作為兒科白血病的治療靶點。

5. 存在有KMT2A重排的患者，chr19上的ZNF系列基因（鋅指蛋白）的甲基化程度較高，這些基因常常被沉默。

兒童AML的miRNA改變

1. 對152個兒科患者進行miRNA的測序，無監(jiān)督聚類結果顯示人群可以被分成4個cluster：

• 帶有NPM突變的兒童患者有更高的miR-10a的表達水平。

• miRs let-7a-3p，let-7b-5p，30a-3p，133a-3p，212-3p，29c-5p，155-5p，3614-5p表達越高，對生存越差。

• miRs 4662-5p和26a-2-3p表達越高，對生存越好。

1. 兒童和成人白血病的miRNA水平差異分析：

miR-330在兒童白血病中表達最高，過去被報道在白血病中有促進腫瘤生長的作用。

3. 許多與年齡相關的miRNA，在與其表達成負相關的可能靶基因上有結合位點，說明可能是這些miRNA發(fā)揮了調控作用。

4. let-7b可能通過抑制EIF2S3的表達在兒科患者體內發(fā)揮作用，因為兒科病人一般EIF2S3表達量較低。

同時，高表達的let-7b可能預示著較快的復發(fā)：

后記

可以看到，TARGET項目里關于兒童AML的數(shù)據類型還是很多的，基本上TCGA里有的這里也都有，那么在探索公共數(shù)據庫的時候，我們可以考慮將TARGET數(shù)據納入研究中。