基于下一代测序的乳腺癌聚合风险评分位点基因分型局限性

2024-08-06 Tue
基于下一代测序的乳腺癌聚合风险评分位点基因分型局限性背景介绍在遗传性乳腺癌（Breast Cancer, BC）的预测中，多基因风险评分（Polygenic Risk Scores, PRSs）正在日益广泛地应用，作为个体风险预测的一个重要工具。PRS的计算依赖于精确再现变异等位基因频率（Allele Frequencies, AFs），从而准确地预测PRSS的值。然而，目前使用下一代测序技术（Next-Generation Sequencing, NGS）进行多基因风险评分基因型分析时，存在不少技术上的限制。本研究的背景在于这些技术挑战，对改进和优化乳腺癌风险评估模型具有重要意义。
研究来源及作者背景本研究由来自德国遗传性乳腺癌和卵巢癌联盟（German Consortium for Hereditary Breast and Ovarian Cancer, GC-HBOC）的生物信息学工作组所进行。作者团队包括多位来自德国各大学和研究机构的科学家，具体机构有：Carl Gustav Carus大学医院、Dresden技术大学、Münster大学医院、Regensburg大学医院、Cologne大学医院、Hannover医学院和Tübingen大学医院等。该研究发表于2024年《European Journal of Human Genetics》（欧洲人类遗传学杂志）上。
研究流程详述研究流程研究分为三个主要阶段：
1. 受试者基因变异的分析：首先，研究分析了PRS变异在gnomAD V3.1.2数据库欧洲样本中的AFs，并核对这些变异是否能转换到hg38参考基因组。检测到了部分变异位置无法匹配或缺失。
2. 真实世界数据集的检验：参与研究的五个GC-HBOC中心提供了真实世界数据集中PRS变异的AFs，与canrisk预期的AFs进行比对，发现多达24个变异显示了明显的偏差。
3. 在临床诊断中的可行工作方案：研究提出了在临床诊断中提高基因分型性能的可能解决方案，如使用代理等位基因和替代变异位点。
实验细节样本来源：GC-HBOC中心的五个参与单位，包括Institute of Medical Genetics and Applied Genomics（Tübingen大学医院），Institute for Clinical Genetics（Carl Gustav Carus大学医院），Department of Medical Genetics（Münster大学医院），Center for Familial Breast and Ovarian Cancer（Cologne大学医院）和Institute of Human Genetics（Regensburg大学医院），共提供了339例到1410例不等的样本。
分析工具：采用了多个变异检测工具，包括Dragen、Freebayes和GATK等，同时设置了不同的调用模式（强制/非强制）。基因型数据主要通过WGS和特定定制癌症面板生成。
数据分析方法变异注释：文中使用了与dbsnp对应的变异标识符和gnomAD中的变异注释。
预期AF的评估和转换：研究对比了canrisk知识库中PRS变异的预期AF与gnomAD V3.1.2中的非芬兰欧洲（NFE）样本的AF。对无法匹配或偏差较大的AFs进行了详细记录。
超出阈值的AF的确定：通过降序排列绝对差值，并应用“弯曲点法”确定接近点距的阈值，筛选显著偏差的AFs。
主要结果数据生成和分析AF偏差：研究发现，在332个被研究的PRS变异中，有24个在gnomAD v3.1.2样本中的AFs与canrisk预期的AFs出现了显著偏差。这些偏差多与技术性伪影相关，如变异位点处于低复杂度区域或未达到变异质量分数重新校准（VQSR）滤过标准。
真实世界数据的变异检测：在研究中，每个参与单位提供的数据显示，至少有11个到23个位点显示了明显的AF偏差，这些偏差不仅依赖于测序技术，还与所使用的变异检测工具和调用模式相关。
对乳腺癌风险预测的影响通过模拟不同情况下（包括年龄、风险因子等）的10年和终生风险评估，研究表明，显著偏差AF的变异位点会导致乳腺癌风险预测的1%到2%的微小偏差。这些偏差虽然在实际应用中不是关键的，但在探讨新PRS设计的准确性时具有重要参考意义。
改进方案通过应用替代变异位点和考虑代理等位基因，研究表明可以提高部分变异位点的AF检测准确性。例如，针对rs73754909和rs79461387这两个报错频繁的位点，替代等位基因与预期AF的吻合度更高。
总结与展望本研究通过系统评估NGS在PRS基因型分析中的技术限制，展示了现有方法的不足和改进方案。特别是在新的乳腺癌风险预测中，准确再现变异等位基因频率对优化PRS设计至关重要。这项研究不仅在乳腺癌诊断中具有显著价值，也对其它基因相关疾病的风险评分提供了技术指导方向。
研究意义随着NGS技术在临床基因检测中的广泛应用，如何提高检测准确性和再现性成为关键。本研究揭示了一些技术挑战，并提供了改进的方向，这不仅对个人风险预测有帮助，对未来新PRS的设计和应用都有重要指导意义。