基于全表观基因组关联研究的前列腺癌甲基化图谱绘制与发病机制研究

In the study of PCA genetic mechanics, SNPs and GWAS have made great progression. In our previous study, we used meta-analysis and FPRP analysis to make genetic map for PCA, in order to find all PCA associated polymorphisms. However, these studies are still in DNA level, which cannot explain the genetic mechanisms for PCA completely. Another previous study showed that the expression of genes was affected by DNA methylation, which could change the biological behavior of tumor. Therefore, the study of DNA methylation in the development and progress of PCA is a supplement for PCA pathogenesis from the point of epigenetics. Nevertheless, the find of a few differential methylation loci with inevitable false positive results is not enough to reveal the whole mechanisms of epigenetics for PCA. Herein, we intend to investigate the methylation level in whole genome. EWAS will be used to make the methylation map and screen differential methylation loci for PCA. These positive loci will be positioned in genome followed by functional analysis to clarify their roles in PCA pathogenesis. Then, the results of GWAS and EWAS will be integrated by bioinformatic analysis and statistical analysis, in order to make clear of PCA associated genetic and epigenetic variant, which may provide new way for early diagnosis and treatment, and individualized therapy.

在PCA遗传机制的研究中，SNPs和GWAS研究取得了显著的进展。我们的前期研究结合meta分析和FPRP评价，绘制PCA遗传图谱，寻找所有GWAS和易感基因多态性。这些研究仍然基于DNA层面，并不能阐明PCA遗传机制的全部。前期研究还发现：DNA甲基化能够影响基因的表达，进而影响肿瘤的生物学行为。从表观遗传学入手，研究DNA甲基化在PCA发生发展中的作用，是对PCA发病机制的补充。但是，局限范围内发现的差异性甲基化位点难以揭示PCA表观遗传机制的全貌，且假阳性结果较多。因此，本课题拟在PCA中研究整个基因组的甲基化水平。通过EWAS绘制PCA甲基化图谱，筛查差异性甲基化位点，明确其基因组定位，并对阳性位点进行功能分析，明确其在PCA发病机制中的作用。随后结合GWAS研究结果进行生物信息学分析与统计学分析，明确PCA相关的遗传变异和表观遗传变化，为实现PCA的个体化诊治提供新的思路。

项目组利用Illumina 850k甲基化芯片技术和全表观基因组关联研究方法，绘制了中国人群前列腺癌人群和非前列腺癌人群胚系甲基化图谱以及中国人群前列腺癌与癌旁组织体系甲基化图谱，并构建了低龄早发前列腺癌相对于高龄前列腺癌患者，高恶性程度前列腺癌相对于低恶性程度前列腺癌患者差异性表达的甲基化图谱，明确了差异性甲基化位点/区域，运用GO富集分析、表观功能模块分析等技术，对差异性甲基化位点/区域影响的基因进行了初步定位和互作关系探讨。于此同时，构建诊断模型辅助确认灰色tPSA区间内患者是否患有前列腺癌，当tPSA处于灰色区间4-10ng/ml时，使用探针（probeID: cg02833127）检测全血标本中4号染色体（176195581，176195583）甲基化值（cutoff=0.1）判定存在前列腺癌病灶的敏感性为88.89%，特异性为81.82%。进一步对甲基化位点/区域开展诊断性试验，探讨其在不同病理类型，不同预后结局中的应用价值，完善诊断模型，能够填补中国人群中利用甲基化对前列腺癌个体化诊断的空白。综上，该课题首次在全基因组水平绘制中国人群前列腺癌甲基化图谱，将表观遗传标记和DNA遗传标记结合研究，为寻找中国人群前列腺癌的个体化诊治靶标、提出可能有效的前列腺癌预防措施奠定坚实的理论和实验基础。