Συστηματική μετα-ανάλυση των γενετικών πολυμορφισμών του μελανώματος και δημιουργία διαδικτυακής βάσης δεδομένων των γενετικών συσχετισμών της νόσου

Abstract

The incidence of cutaneous melanoma (CM) has steadily increasedamong populations of European descent during the past five decades.Metastatic melanoma is the leading cause of skin cancer-related mortality andis characterized by a poor prognosis and limited treatment options. As earlydetection of CM provides the best opportunity for cure, identification of high-riskindividuals is an important preventative strategy for reducing mortality.Susceptibility to CM is likely determined by an interaction of environmental riskfactors including excessive exposure to ultraviolet radiation and geneticallycontrolled phenotypic traits such as nevus propensity, red or blonde hair, lightcoloredeyes, fair skin, and limited tanning ability. The heritability, that is, thecontribution of genetic factors to CM risk, has been estimated to be 18%–55%.Approximately, 5%–10% of patients exhibit an autosomal-dominant hereditaryform of the disease, which canbe caused by rare highly penetrant genemutations, such as in the cyclin-dependent kinase inhibitor 2A gene (CDKN2A)on chromosome 9p21, the cyclin-dependent kinase 4 gene (CDK4) onchromosome 12q14, and other potentially novel loci. However, for the majorityof CM patients, the genetic architecture is more complex, involving numerousgenetic risk factors of relatively high frequencies but low penetrance. Among thelow-penetrance genes, the most consistent association with CM has beenreported for the gene encoding melanocortin-1 receptor (MC1R) onchromosome 16q24.3. Other putative risk alleles involved in various cellularpathways such as pigmentation, DNA repair, oxidation stress, apoptosis, cellgrowth, and melanocyte differentiation and migration have also been implicatedin melanoma susceptibility. Within the last 15 years, approximately 150 geneticassociation studies including two GWAS have been published that claim orrefute associations between CM risk and putative melanoma genes. Although highly valuable for the understanding of the underlyingpathogenesis and for the assessment of risk prediction, the increasing amountof information has become difficult to evaluate and interpret. To assess theevidence and strength of genetic associations with CM, we have collected andcomprehensively cataloged all genetic association studies published in the fieldand conducted systematic meta-analyses for all eligible polymorphisms.Systematic field synopses and meta-analyses have previously been performedfor other diseases using similar study designs (e.g. Alzheimer, Parkinson)(Bertram, 2009; Lill, 2012). Furthermore, we have graded the epidemiologicalvalidity of nominally statistically significant meta-analysis results by applying theVenice criteria proposed by the Human Genome Epidemiology Network.Detailed summaries of all association studies and meta-analysis results areavailable on a regularly updated publicly available online database, MelGene(http://www.melgene.org), which currently highlights the most promising geneticloci associated with CM risk.We systematically annotated data from all genetic association studiespublished in the CM field (n = 145), including data from genome-wideassociation studies (GWAS), and performed random-effects meta-analysesacross all eligible polymorphisms on the basis of four or more independentcase-control datasets in the main analyses. Supplementary analyses of threeavailable datasets derived from GWAS and GWAS-replication studies were alsodone. Nominally statistically significant associations between polymorphismsand CM were graded for the strength of epidemiological evidence on the basisof the Human Genome Epidemiology Network Venice criteria. All statistical testswere two-sided. Forty-two polymorphisms across 18 independent loci evaluatedin four or more datasets including candidate gene studies and available GWASdata were subjected to meta-analysis. Eight loci were identified in the mainmeta-analyses as being associated with a risk of CM (P < 0.05) of which fourloci showed a genome-wide statistically significant association (P < 1 × 10-7),including 16q24.3 (MC1R), 20q11.22 (MYH7B/PIGU/ASIP), 11q14.3 (TYR), and5p13.2 (SLC45A2). Grading of the cumulative evidence by the Venice criteriasuggested strong epidemiological credibility for all four loci with genome-widestatistical significance and one additional gene at 9p23 (TYRP1). In thesupplementary meta-analyses, a locus at 9p21.3 (CDKN2A/MTAP) reachedgenome-wide statistical significance with CM and had strong epidemiologicalcredibility. Demographic details of the studies included in our meta-analyses,genotype data, forest plots, and cumulative meta-analyses results can be foundon the publicly available continuously updated MelGene website(http://www.melgene.org). In summary, although genetic studies have reported a number of lociassociated with cutaneous melanoma (CM) risk, a comprehensive synopsis ofgenetic association studies published in the field and systematic meta-analysisfor all eligible polymorphisms lacking. To the best of our knowledge, we presentthe first systematic and comprehensive assessment of the current evidence ofgenetic epidemiology research in melanoma. The putative risk factors that haveemerged from our meta-analyses and the qualitative summary provided by ourfield synopsis-accessible on a continuously updated, publicly available websiteunderlinethe most promising melanoma susceptibility genes described so far.The integration of results from large-scale genomic approaches will furtherexpand MelGene into a credible knowledge base of the genetic predispositionof melanoma. Although genetic risk factors may compete against other riskfactors, i.e., behavioral aspects, in modulating disease risk, and while other riskdeterminingfactors, such as gene-environment interactions are underinvestigation, systematic approaches, such as MelGene, may provide a usefultool of integrating genetic information in melanoma risk prediction models in thefuture.

Το ΚΜ είναι ένα κακόηθες νεόπλασμα που προέρχεται από ταμελανοκύτταρα του δέρματος. Η επίπτωση του ΚΜ έχει αυξηθεί με ταχύτατορυθμό μεταξύ των καυκάσιων πληθυσμών τις τελευταίες πέντε δεκαετίες. Τομεταστατικό ΚΜ αποτελεί το πρώτο αίτιο θανάτου καρκίνου του δέρματος.Παρόλο που αντιπροσωπεύει μόλις το 4% των κακοήθων όγκων του δέρματος,το ΚΜ είναι υπεύθυνο για το 80% των θανάτων από καρκίνο του δέρματος.Παρά την αυξημένη θνησιμότητα που εμφανίζει το ΚΜ στις προχωρημένεςμορφές του, το 95% των περιπτώσεων είναι δυνητικά θεραπεύσιμο με τηνέγκαιρη διάγνωσή και την άμεση χειρουργική του αφαίρεση.Το ΚΜ οφείλεται στην αλληλεπίδραση διαφόρων γενετικών,φαινοτυπικών και περιβαλλοντικών παραγόντων. Το ανοιχτόχρωμο δέρμα, ηευπάθεια στο ηλιακό έγκαυμα, η αυξημένη διαλείπουσα έκθεση στην υπεριώδηακτινοβολία και οι πολλαπλοί ή δυσπλαστικοί σπίλοι αποτελούν τουςισχυρότερους προδιαθεσικούς παράγοντες. Η συμβολή γενετικών παραγόντωνστην προδιάθεση της νόσου υπολογίζεται να είναι της τάξης του 18-55%.Σχεδόν σε 5-10% των περιπτώσεων συνυπάρχει αυτοσωμική – επικρατούσακληρονομικότητα, η οποία προέρχεται από σπάνια, υψηλής διεισδυτικότηταςγονίδια, όπως για παράδειγμα το γονίδιο CDKN2A (encoding cyclin-dependentkinase inhibitor 2A) στο χρωμόσωμα 9p21, το CDK4 (cyclin-dependent kinase4) στο χρωμόσωμα 12q14 και άλλα. Παρόλα αυτά, για την πλειοψηφία τωνπεριπτώσεων μελανώματος, η γενετική βάση της νόσου είναι πιο περίπλοκη καιενοχοποιούνται γονίδια υψηλής συχνότητας αλλά χαμηλής διεισδυτικότητας.Μεταξύ των γονιδίων χαμηλής διεισδυτικότητας συγκαταλέγεται το MC1R(melanocortin-1 receptor), για το οποίο έχουν αναφερθεί οι περισσότεροισυσχετισμοί με το μελάνωμα. Άλλα γονίδια, που έχουν συσχετιστεί με τομελάνωμα, συμμετέχουν σε διάφορα κυτταρικά μονοπάτια, όπως τηςκυτταρικής απόπτωσης (π.χ. FASLG, FAS), της κυτταρικής ανάπτυξης (π.χ.EGF), της μελάγχρωσης του δέρματος (π.χ. MC1R, ASIP, OCA2, TYR), τηςεπιδιόρθωσης του DNA (π.χ. ERCC5, ERCC1, ERCC2), του πολλαπλασιασμούκαι διαφοροποιήσης των κυττάρων (π.χ. BRAF, TP53) και του μεταβολισμούτοξικών παραγόντων (π.χ GSTM1, GSTT1). Πρόσφατες μελέτες ολικήςσάρωσης γονιδιώματος (GWAS-genome-wide association studies)περιγράφουν επιπλέον γονιδιακούς επίτοπους που ρυθμίζουν τη μελάγχρωσητου δέρματος ή την ανάπτυξη των μελανοκυτταρικών σπίλων.Τα τελευταία 15 χρόνια έχουν δημοσιευθεί σχεδόν 150 γενετικοίσυσχετισμοί για το ΚΜ. Ο μεγάλος αριθμός των πληροφοριών καθιστά δύσκολητην παρακολούθηση των ερευνητικών εργασιών πάνω στο ΚΜ. Στόχος τηςπαρούσας διατριβής είναι να γίνει συλλογή και ταξινόμηση όλων των γενετικώνσυσχετισμών που έχουν δημοσιευθεί πάνω στο πεδίο του ΚΜ και να υποβληθούν σε μετα-ανάλυσεις πολυμορφισμών, όπως έχει γίνει και με άλλανοσήματα (π.χ. Αλσχάιμερ, Πάρκινσον) (Bertram, 2009; Lill, 2012). Η μετα-ανάλυση με τον συνδυασμό στοιχείων από επιμέρους μελέτες αυξάνει τηνστατιστική ισχύ και την ακρίβεια και εξασφαλίζει την εξαγωγή εγκυρότερωναποτελεσμάτων από ό,τι οι κάθε επιμέρους μελέτη ξεχωριστά. Η στατιστικήανάλυση έγινε σε συνεργασία με το Max Planck Institute of Molecular Genetics,Βερολίνο. Tα αποτελέσματα αυτής της σύνοψης θα εμφανίζονται στηνδιαδικτυακή βάση δεδομένων που θα δημιουργηθεί σε συνεργασία με το τμήμαΒιοϊατρικής Πληροφορικής του Ιδρύματος Ιατροβιολογικών Ερευνών τηςΑκαδημίας Αθηνών (http://www.melgene.org/).Με βάση τη διεθνή βιβλιογραφία θα συλλεχθούν όλες οι μελέτεςασθενών-μαρτύρων που έχουν δημοσιευθεί πάνω στο ΚΜ, από το 1992 εώς τοΙούλιο 2010, συμπεριλαμβανομένου τη συλλογή στοιχείων από μελέτες ολικήςσάρωσης γονιδιώματος (GWAS-genome-wide association studies). Νεότεραδεδομένα που δημοσιεύονται από τον Ιούλιο 2010 και μετά προστίθενται στηνανάλυση και στη βάση δεδομένων μας. Για όλους τους πολυμορφισμούς σετουλάχιστον 4 ανεξάρτητες μελέτες θα υπολογιστεί ο λόγος των αναλογιών(odds ratio, OR) και τα διαστήματα εμπιστοσύνης (95% CIs) χρησιμοποιώνταςσύγκριση αλληλίων (ελλάσονος έναντι μείζονος αλληλίου) και θα γίνει μετα-ανάλυση τυχαίων επιδράσεων (random-effects). Επίσης θα πραγματοποιηθείσυμπληρωματική μετα-ανάλυση με διαθέσιμες τρεις μόνο ομάδες δεδομένωναπό GWAS και GWAS-replication μελέτες. Για την καλύτερη αξιολόγηση τωνστατιστικών αποτελεσμάτων της μετα-ανάλυσης, θα εφαρμοστούν τα κριτήριαHuGENet Venice (Ioannidis, 2008; Khoury, 2009)Συνολικά συλλέχθηκαν, σύμφωνα με τα κριτήρια επιλογής, 145 μελέτεςασθενών-μαρτύρων και μετα-αναλύθηκαν 42 πολυμορφισμοί 18 ανεξάρτητωνγενετικών επιτόπων (loci) σε 4 ανεξάρτητες μελέτες. Οκτώ (8) επίτοποι τηςκύριας μετα-ανάλυσης συσχετίστηκαν με το ΚΜ (P < 0.05), από τους οποίους 4έδειξαν genome-wide στατιστική σημαντικότητα (P<1×10-7),συμπεριλαμβανομένου 16q24.3 (MC1R), 20q11.22 (MYH7B/PIGU/ASIP),11q14.3 (TYR) και 5p13.2 (SLC45A2). Σύμφωνα με τα κριτήρια HuGENetVenice και οι 4 γενετικοί επίτοποι έδειξαν ισχυρή επιδημιολογική αξιοπιστία,όπως και ένα επιπλέον γονίδιο στον επίτοπο (locus) 9p23 (TYRP1). Στησυμπληρωματική μετα-ανάλυση το locus 9p21.3 (CDKN2A/MTAP) είχεgenome-wide στατιστική σημαντικότητα και ισχυρή επιδημιολογική αξιοπιστία.Τα χαρακτηριστικά των μελετών που συμπεριλήφθηκαν στη μετα-ανάλυση, ταγονοτυπικά στοιχεία και τα αποτελέσματα της μετα-ανάλυσης καταχωρήθηκανστη βάση δεδομένων ελεύθερης πρόσβαση MelGene website(http://www.melgene.org). Συμπερασματικά, αν και γενετικές μελέτες έχουν δημοσιεύσει ένα μεγάλοαριθμό επιτόπων (loci) που σχετίζονται με το ΚΜ, μια ολοκληρωμένη σύνοψηόλων των γενετικών συσχετισμών του ΚΜ και μια συστηματική μετα-ανάλυσηγια όλους τους πολυμορφισμούς δεν έχει πραγματοποιηθεί μέχρι τώρα. Ηπαρούσα μελέτη είναι η πρώτη ολοκληρωμένη σύνοψη και συστηματική μετα-ανάλυση για τον εντοπισμό γονιδίων και πολυμορφισμών που συσχετίζονται μετο ΚΜ. Tα αποτελέσματα αυτής της σύνοψης και μετα-ανάλυσης εμφανίζονταιστη βάση δεδομένων MelGene (http://www.melgene.org) και η οποία αποτελείμία προσβάσιμη πηγή για την ανεύρεση όλων των δημοσιευμένων γενετικώνσυσχετίσεων του ΚΜ.