Abstract
Tykktarmskreft er forårsaket av flere genomisk endringer som fører til genomisk ustabilitet (GI). GI vises i molekylære stier av mikro ustabilitet (MSI) og kromosom ustabilitet (CIN) med klinisk observert case aksjer på ca 15-20% og 80-85%. Stråling forbedrer tykktarmskreftrisiko ved å fremkalle GI, men lite er kjent om ulike utfall for MSI og CIN. Databasert modellering kan lette forståelsen av fenomenet nevnt ovenfor. Omfattende biologiske modeller, som kombinerer de to viktigste molekylære stier til tykktarmskreft, er utstyrt for å insidensdata av japanske a-bombe overlevende. Den foretrukne modellen er valgt i henhold til statistiske kriterier og biologisk plausibilitet. Avtrykk av cellebaserte prosesser i rekken fra adenom til karsinom er identifisert av modellen fra alders dependences og sekulære trender i insidensdata. Modellparametere viser bemerkelsesverdig samsvar med mutasjon priser og vekstrater for adenom, som har blitt rapportert i løpet av de siste femten årene. Modellresultater tyder på at CIN begynner i løpet fisjon av tarm krypter. Kromosomavvik genereres ved en markert forhøyet sats som favoriserer akselerert vekst av premaligne adenom. Muligens drevet av en trend med vestliggjøring i den japanske kosthold, forekomsten av CIN pathway økt særlig i senere fødselskohorter, mens prisene gjelder MSI holdt seg konstant. En ubalanse mellom antall CIN og MSI tilfeller begynte å dukke opp i 1980, mens det i tidligere tiår antall tilfeller var nesten lik. CIN pathway viser en sterk radiofølsomhet, sannsynligvis mer intensiv i menn. Blant unge fødselskohorter av begge kjønn overflødig absolutte stråling risiko knyttet til CIN er større ved en størrelsesorden i forhold til MSI-relatert risiko. Overholdelse av pathway spesifikk risiko forbedrer fastsettelse av sannsynligheten for årsaks for stråling-indusert tykktarmskreft hos enkelte pasienter, hvis deres eksponering historier er kjent
Citation. Kaiser JC, Meckbach R, Jacob P (2014) genomisk ustabilitet og Stråling Risiko i Molecular Pathways til tykktarmskreft. PLoS ONE 9 (10): e111024. doi: 10,1371 /journal.pone.0111024
Redaktør: Peiwen Fei, University of Hawaii Cancer Center, USA
mottatt: 29 januar 2014; Godkjent: 28 september 2014; Publisert: 30 oktober 2014
Copyright: © 2014 Kaiser et al. Dette er en åpen-tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Finansiering:. Dette arbeidet ble støttet av EU-kommisjonen under FP7 prosjekt EpiRadBio (Fisjon-2010-3.1.1, prosjekt nr. 269553). Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
Kreft er forårsaket av flere genomisk endringer som fører til genomisk ustabilitet. To viktigste molekylære former av genomisk ustabilitet har blitt observert i vev fra kolorektal tumorer. Høyt nivå mikro ustabilitet (MSI) vises hvis DNA mismatch reparasjon (MMR) gener er defekte. MSI svulster vise hyppige mutasjoner i korte gjentatte DNA-sekvenser som kalles mikrosatellitter. Om 15-20% av sporadiske tilfeller er relatert til MSI som ofte starter med å stanse all MMR-genet
MLH1
av arrangøren metylering. Kromosom ustabilitet (CIN) utgjør den andre formen for genomisk ustabilitet som er mindre klart definert. CIN svulster viser en stor heterogenitet i kromosomkopiantall og struktur (kalt Aneuploidy), mens MSI svulstene er nesten diploid med få karyotypic unormalt. CIN er forbundet med tap av villtype kopier av tumorsuppressorgener (TSGs) som
APC
,
TP53
eller
SMAD4
som regulerer vekst og død celler med tumorigen mutasjoner. CIN svulster er mikro-satellitt stabil gjennom effektiv mismatch reparasjon. Om 80-85% av kolorektal tumorer er av CIN (eller lavt nivå MSI) type. Imidlertid kan CIN og MSI dele molekylære egenskaper slik som mutasjoner i
BRAF
genet eller CpG island methylator fenotype (CIMP). Trasé er ikke gjensidig utelukkende, og en mer raffinert pathway klassifiseringen har blitt foreslått [1] – [8]
Om 20-30% av pasienter med kolorektal kreft har en familiær risiko med to eller flere første eller andre. graders slektninger som har kolorektal kreft, men bare 5-10% av alle pasientene utvikler sykdommen i et strengt arvet måte [9]. De to viktigste fenotyper er arvelig nonpolyposis tykktarmskreft (HNPCC eller Lynch syndrom) og familiær adenomatøs polypose (FAP) [10]. FAP utgjør den arvelige formen av CIN veien. En germline mutasjon i APC genet har blitt påvist i ca 80% av pasienter med FAP [9]. FAP og svekket FAP er også knyttet til bi-allele arvet mutasjoner av
MutYH
genet uten å vise
APC
mutasjoner [11]. HNPCC er forbundet med MSI sti og fører ca 3% av kolorektal tumorer [10].
Miljøfaktorer og livsstil kan også påvirke dannelsen av kolorektal kreft, men effekten kan variere i tykktarm og endetarm [12]. For denne analysen, som er fokusert på levetiden studien (LSS) av a-bombe overlevende, er den japanske innstilling av spesiell interesse. En vestlige kostholdet har blitt identifisert som en viktig årsak til økningen av tykktarmskreftforekomst i Japan [13]. Forekomst konvergerte til de i den amerikanske befolkningen fra slutten av 1950-tallet til midten av 1990-tallet [14].
En rekke matematiske modeller har blitt utviklet for å representere de viktigste biologiske prosesser av kolon kreftutvikling. En modell med en enkelt bane til tykktarmskreft har vært montert på insidensdata av Surveillance, Epidemiology og sluttresultatet (seer) journal [15].
APC
tap ble inkludert som formidler av genetisk kaos i samsvar med Knudson to-hit paradigme onkogenese. Samtidig er det et begrepsmodell er blitt foreslått som betraktet CIN som en tidlig hendelse [16]. Celler som bærer en CIN eiendom sammen med taushet
APC
gener er ventet å vise markert forhøyede mutasjon priser sammenlignet med celler med taushet
APC
gener alene. Begge modellene ble inkludert i en komparativ analyse av fem mekanistiske modeller og en beskrivende modell som er montert til seeren data [17]. Basert på godhet-of-fit kriteriene ingen klar vinner dukket opp fra denne øvelsen. En utforskende studie av modeller som eksplisitt mål å identifisere trekk av MSI og CIN i seeren data ikke produsere overbevisende bevis [18]. Typiske tidsskalaer for utvikling av forstadier til kreft og tumorvekst i ulike områder av mage-tarmkanalen (inkludert kolon) har blitt oppdaget ved å bruke flertrinns klonal ekspansjon (MSCE) modeller til Seer data [19], [20] . MSI svulster er sjelden funnet i distale colon [2]. I forhold til den proksimale kolon litt raskere adenom vekst er observert i den distale colon, muligens forårsaket av differensial onkogene dynamikken i CIN og MSI trasé [21]. Ingen av de forløper modeller entydig oppdaget avtrykk av forskjellige molekylære stier for insidensdata av tykktarmskreft i seeren kohorten
Mekanismer som knytter stråling genomisk ustabilitet er fortsatt ikke fullt forklart [22] -. [24]. Stråling-indusert genomisk ustabilitet og andre molekylære stråling effekter har blitt etterlignet i biologisk-baserte modeller for kreftutvikling i flere organer [25]. For å beregne stråling risikerer enkle to-trinns modeller for initiering og markedsføring har vært brukt til forekomst av data fra LSS kohorten [26], [27]. Disse mekanistiske modeller med stråling effekter basert på en enhetlig beskrivelse av tumorigene prosesser som ikke tar for organspesifikke særegenheter.
For mange organer, inkludert kolon, beregninger av det overskytende absolutt risiko (EAR) og overflødig relativ risiko (ERR) er avledet fra LSS data med beskrivende modeller [28]. Slike estimater anses som akseptert standard av komiteer BEIRVII [29], ICRP [30] og UNSCEAR [31], som gir tilrådning for strålevern. De brukes i erstatningskrav fra atomarbeidere og US Army veteraner [32]. Spesielt for tykktarmskreft, er pålitelige risiko koeffisienter trengs for en risiko-nytte analyse av massescreening av computertomografi colonography (CTC) [33].
I denne studien biologisk modellering brukes til å oppdage avtrykk av relevante tumorigene prosesser for tykktarmskreft i LSS insidensdata. Det har som mål å gjenskape andel av klinisk observert tilfeller i MSI og CIN veier. For begge kjønn samlet risiko og sti-spesifikke risikoer i forhold til standard risiko koeffisienter fra beskrivende modeller.
Materialer og metoder
LSS datasett for tykktarmskreftforekomst
I august 1945 innbyggere i Hiroshima og Nagasaki ble akutt eksponert for et blandet felt av γ-stråling og nøytroner fra to en-bombeeksplosjoner. Individuelle stråledoser er representert i den nyeste dosimetrisystem system DS02 [34]. For nøytron-bidraget til den totale tykktarmen dose en vekt på ti anvendes som er motivert av høyere biologisk effektivitet. Insidensdata fast kreft ble samlet inn fra 1956 og utover for 120 321 medlemmer av LSS kohorten å vurdere sen helseeffekter. Fag kom fra alle aldersgrupper og ble ikke valgt for pre-eksisterende sykdom.
LSS kohorten ble opprettet som et stratifisert tilfeldig utvalg av hele den tilgjengelige populasjonen av slike overlevende, inkludert alle tilgjengelige overlevende som hadde vært utsatt for bomber på proksimale avstander. I tillegg til omfattende samling av demografiske og eksponeringsdata i de første årene etter kohort begynnelsen har kohort vært fulgt i dødelighet ved hjelp av landsdekkende data i Japan og for kreftforekomst ved kreftregistre etablert i både Hiroshima og Nagasaki. Drift av Hiroshima og Nagasaki kreftregistre gjennomgås regelmessig av de institusjonelle gjennomgang styrene i strålingseffekter Research Foundation (RERF) og registre. Protokollene som brukes for vital status og dødsårsak konstatering i LSS blir jevnlig gjennomgått av RERF styret. Protokollene omfatter forsikring om at pasientopplysninger vil bli behandlet konfidensielt, og gi tillatelse til å få tilgang til lagret informasjon. Med godkjenning av tumor registrene blir RERF kohortene rutinemessig koblet mot registre for å identifisere svulster blant kohort medlemmer. Den fulle LSS datasettet er offentlig tilgjengelig i filen
lssinc07.csv
fra RERF nettstedet. Settet består av 24 205 helt anonymiserte Poisson poster i gruppert form som hindrer identifisering av enkelte pasient informasjon
Selv om karsinogenisitetsstudier fungerer veldig like i tykktarmen. (ICD10: C18) og endetarm (ICD10: C20), endetarmen data blir forkastet i denne studien. Strålingen risikoen for endetarmen er ubetydelig i LSS [28]. Årsverk (PY) og saker i overkant av 4 Gy skjermet luft KERMA har blitt utelukket for å unngå modellering av determinisstrålingseffekter. Disse unntakene redusere antall kolon krefttilfeller med 8 (5 menn /3 kvinner) til 1508 (tabell A4 i ref. [28]). En oppsummering av LSS data for tykktarmskreftforekomst er gitt i tabell 1.
årsverk vektet gjennomsnittlig dose på ca 0.081 Gy for begge kjønn kombinert er svært lik faget veide gjennomsnittsdose av 0,083 Gy (0,085 Gy mannlig, 0.081 Gy kvinne). Saken veide gjennomsnittsdose for begge kjønn kombinert er 0,12 Gy. En høyere verdi for saken veide gjennomsnitts indikerer en sammenslutning av tykktarmskreft og stråling. Men foreningen vises særlig svakere hos kvinner enn hos menn. For å bekrefte denne observasjonen, til den relative risikoen for grupper med lav moderat (0,005 til 0,25 Gy) dose og moderat til høy ( 0,25 Gy) doser er beregnet i forhold til ueksponert ( 0,005 Gy) befolkningen. De rå data viser en betydelig relativ risiko i gruppen med moderat til høye doser kun for menn eller for begge kjønn kombinert (tabell 2). Relativ risiko fra råolje data er kun veiledende og kan ikke erstatte en skikkelig risikovurdering studien.
mekanistisk modell
Den nåværende celle-basert modell for de to hoved molekylære stier til tykktarmskreft ( kort sagt to banen (TP) modell) er avhengig av begrepet vekstkontroll for forstadier til kreft av vaktmester og gatekeeper gener [35], [36]. Selv om celle innretting og romlig bevegelse spille en rolle i tumorgenese [37], er bare opptatt av kinetikken av mutasjoner og cellevekst de to bane-modellen.
Colon epitel består av et enkelt cellelag organisert i finger-formet krypter. Hver av de mange millioner krypter huser en liten stilk cellepopulasjon i en nisje i bunnen. Den totale befolkningen i friske stamceller er i homeostase og kan gjengi alle tarmcelletyper ved asymmetrisk divisjon [37]. Denne prosessen skaper generelt en endret datter celle og forlater den andre dattercelle uforandret. I den forenklede konseptuelle modellen i figur 1 trasé til kreft er initiert enten ved bi-allel mutasjon av
APC
genet (CIN) eller ved bi-allel metylering av
MLH1
genet ( MSI) [1]. Begge genetiske endringer er generert i asymmetrisk celledeling. Grunnlags priser ν
I1 og ν
I2 for genetiske endringer i den første og andre hit kan ikke fastsettes uavhengig [19]. Disse to påfølgende prisene har blitt satt lik, men forskjellene mellom banene ble tillatt. Ingen ytterligere forutsetninger for cellekinetikk i to bane-modellen ble laget.
greske symbolene angir utbredelsen av mutasjon eller hypermethylation (ν) som genetiske endringer suksessivt på begge alleler, og satsene for symmetrisk celledeling (α) eller inaktivering (β); genetisk endrede celler skapes ved asymmetrisk celledeling (merket med et par rette og bøyde piler, for normale stamceller bare den rette pil benyttes for å gjøre rede for homeostase); frekvensen λ
CIN destabiliserende hendelser i CIN (par grønne piler) avhenger fødselskohort; i stor adenom minst en ondartet celle fører til en tumor, som detekteres etter en fast tidsforsinkelse t
etterslep = 5 yr; taggete bolter (gul) peker på stråling mål for den foretrukne to sti modell TP4.
klonal ekspansjon av celler med tumorigene mutasjoner genererer neoplastiske lesjoner, som gjennomgår ytterligere overganger på vei til kreft. Klonal vekst av initierte celler er en stokastisk prosess, i tidlig stadium kloner kan dø ut eller overleve. Vekst av adenom starter med overlevende kloner i egne krypter (monocryptal adenom). Det antas at en syklus av krypten fisjon og utryddelse dominerer klonal ekspansjon i premaligne celler på dette tidlige stadiet [38]. Crypt fisjon er en svært langsom prosess som oppstår i gjennomsnitt en gang i 2-3 tiår [37]. I de to banemodell initiert celler enten dele symmetrisk med rente α
I eller inaktiveres (dvs. ved apoptose eller utryddelse) med rente β
jeg. En direkte funksjonell sammenheng mellom netto vekstraten γ
I≈α
I-β
Jeg og frekvensen av crypt fisjon er ikke opplagt, siden γ
Jeg tilhører arrangementer for enkeltceller og krypten fisjon innebærer mange celler. Men begge satser avhengig samme underliggende cellekinetikk og lignende tallverdier for slike priser virke troverdige. Som et effektivt netto parameter γ
Jeg beskriver vekstdynamikken sammen i monocryptal adenom og i krypten syklusen like for begge veier. Crypt fisjon med en normal hastighet er mekanismen som sprer inaktiv TSGs som
APC
eller
MLH1
i menneskets tykktarm [39]. Under vekst av tidlig adenom forbigående mønstre av MSI og CIN avviker muligens på grunn av ulike effekter av forstummet TSGs i begge veier. I modellen veier blir behandlet som uavhengige, slik at forekomsten av ulike veier kan legges for å oppnå den totale forekomsten. Men i virkeligheten noen molekylære prosesser som deregulert WNT signale finnes i både trasé [4] -. [6], [8]
En enkelt transformere mutasjon v
MSI konkluderer MSI banen ved opprettelse av minst en ondartet celle som fører til en svulst. Selv om MSI banen viser en høyere grad av kompleksitet, er en forenkling rettferdiggjort av det lave antallet forventede krefttilfeller fra MSI [2].
CIN veien fortsetter med en destabiliserende hendelse av rate λ
CIN altså før klonal vekst i større adenom. For å ta høyde for livsstilstrender, λ
CIN er skalert med en eksponentiell faktor exp [l
b (1915.6-
b
)] som øker med fødselsår
b
. Den netto rate på stokastiske klonal vekst γ
CIN≈α
CIN-β
CIN for CIN celler bestemmes av forskjellen mellom symmetriske celledeling α
CIN og inaktive β
CIN. Transformasjon av cellene med CIN mutasjonsfrekvens ν
CIN til minst en malign celle, noe som fører til en tumor, blir betraktet som den endelige sjeldne tilfelle av tumorigenese i CIN pathway. I begge veier et fast lag tid t
lag = 5 år er valgt for varigheten til den første ondartet celle vokser inn i en klinisk relevant svulst.
har vært antatt Stråling tiltak for å øke frekvensen ν
I2 av andre hit i første mutasjoner eller i hypermethylation. Reduksjon av inaktiveringsfrekvens β
CIN for CIN-celler ble anvendt som en andre strålingseffekt (figur 1). Redusert celleinaktivering er en plausibel mekanisme for å fremme klonal vekst [40]. Kombinert stråling handling på celledeling og inaktivering eller divisjon alene kan også bli vurdert, men forskjellige strålingseffekter i kampanjen har ubetydelig påvirkning på fit resultater. Stråling handling på den destabiliserende CIN hendelsen og andre strålings mål (resultater ikke rapportert) har blitt testet i tillegg. Den statistiske kvaliteten på modellen passer er blitt målt ved Akaike Information Criterion (AIC = avvik + 2 × no. Av modellparametere N
pari [41]).
Numerisk løsning av de to bane-modellen
to bane-modellen passer inn i den matematiske rammen av liten og Wright [42] som har generalisert den to-trinns klonal ekspansjon (TSCE) modell introdusert av Moolgavkar og Knudson [43]. Den TSCE Modellen er avhengig av to hastighetsbegrensende mutasjoner som er adskilt av klonal ekspansjon av initierte celler. Mutasjon priser og priser av celledeling eller inaktivering behandles som forbigående Poisson punkt prosesser av celle fødsel og død som uttrykkes i et sett av master ligninger [44]. Tilnærmingen for å løse TSCE modell for stykkevis konstante modellparametere har blitt utvidet til større sett av master ligninger for de to bane-modellen [45]. Dette settet har blitt transformert til et system av koblede differensialligning av Ricatti type som løses effektivt ved en omtrentlig iterativ algoritme for å beregne overlevelse funksjon. Den fare oppnås ved numerisk derivasjon av overlevelses funksjon. Den totale fare av de to bane-modellen er gitt ved summen av den fare for de separate MSI og CIN-modeller. Matematiske utledninger av tilsvarende modeller som har blitt gitt i ref. [19] (MSI uten t
lag) og ref. [20] (CIN uten t
etterslep) i en notasjon som er brukt i denne studien på en lignende måte.
Identifikasjon av modellparametere
Åtte forskjellige parametere for biologiske overgangs priser er vist i figur 1. Disse priser bør være i det minste i prinsippet tilgjengelige for eksperimentell undersøkelse. Men differensiallikninger for to bane-modellen er couched i form av mindre intuitive identifiserbare parametere. Den identifiability problem som følger av den matematiske modellen struktur og kan ikke fjernes ved å øke statistisk styrke [46]. I de såkalte deterministiske versjoner av MSI og CIN modeller svingninger i klonestørrelse blir neglisjert. Siden forekomst av TSG (
APC
,
MLH1
) inaktivering og tidlig klonal ekspansjon har blitt satt lik etter en rekke statistiske tester (se nedenfor), parametre fire determinis baseline R
MSI, γ
i, R
CIN og γ
CIN kan identifiseres i et anfall. R
MSI og R
CIN tilhører det fare for en enkel Armitage-Doll modell med multipliserte mutasjoner priser. I denne studien full stokastiske versjoner av begge modellene er brukt. De avhenger i tillegg på de to stokastiske parametere δ
Jeg og δ
CIN som står for svingninger i klone størrelse. Under klone fødsel slike svingninger er viktig siden de kan føre til utryddelse. Forholdet mellom identifiserbare utgangsverdier og biologiske overgangs priser er vist i tabell S1 i File S1. Determinis parametere ofte har mindre usikkerhet enn stokastiske parametere. Separasjon av stokastiske effekter fra deterministiske effekter stabiliserer montering prosedyren.
Parameter estimering og usikkerhetsanalyse
Mecan programvarepakke har blitt brukt for pre-prosessering av de grupperte data, regresjon, sammenligning av observerte og forventet tilfeller, og simulering av usikkerhetsintervaller [47]. Pakken er skrevet i C ++ programmeringsspråk. Dens objektorientert design er basert på separate biblioteker for behandling av epidemiologiske datasett og for innføring av nye mekanistiske eller beskrivende risikomodeller. Bibliotekene er knyttet til beregningskjernen som utfører vanlige oppgaver sannsynlighet minimalisering og simulering av usikkerhet for risikoestimater. Takket være en høy grad av standardisering, kan nye prosjekter av radio-epidemiologisk analyse settes opp med litt programmering innsats. Parallellisering er oppnådd ved å koble koden til funksjonene til OpenMP biblioteket (www.openmp.org).
Mecan omfatter C ++ bibliotek Minuit2 fra CERN som anvendes for minimalisering av -2 ln
L
der
L
betegner Poisson sannsynligheten [48]. Den Poisson avvik er gitt ved minimum -2 ln
L
som nås med maksimum likelihood estimatene (MLE) av modellparametere. Det antas at en parabolsk tilnærming av regionen rundt minimum er gyldig. I dette tilfellet Wald-baserte standardfeil (SE), konfidensintervall (CI
LP) fra den faktiske sannsynligheten profil og en korrelasjonsmatrise kan beregnes for modellparametrene. Konfidensintervall (KI) for risikoestimater er beregnet ved Monte-Carlo simulering. Resultater av Mecan ble funnet å være i god avtale med EPICURE pakken som er en standard programvare for analyse av radio epidemiologiske data [49].
For den konseptuelle modellen i figur 1 med forskjellige identifiserbare utgangsverdier for begge veier og begge kjønn. Men forskjellige parametere har vært holdt i modellen bare hvis det passer ble forbedret med en sannsynlighet på minst 95% (eller avviks ble senket ved hjelp av minst 3,8 poeng) i et sannsynlighetsforhold test (LRT). Stråling avhengige parametere er lagt bare hvis de passerte samme LRT. Flere detaljer om den statistiske analysen tilnærming av modellen parametervalg er gitt i ref. [50].
Resultater
Goodness-of-fit
I tabell 3 Poisson avvik og AIC for de testede modellene er vist. I mekanistiske TP modeller fast lag tid t
lag = 5 år ble regnet som en ekstra modell parameter, de resterende identifiserbare parametrene er bestemt ved et anfall. To sti modell
TP0 uten strålingseffekten gir målestokken for modeller TP1 til TP4, som viser lignende godhet-of-fit for ulike strålings mål. Skifte stråling handling kun for menn i modellen TP3 av unisex stråling handling på den destabiliserende CIN hendelsen ble ikke bedre passform i forhold til modellen TP1. Modell TP4 ga lavest Poisson avvik og AIC, og er å foretrekke for risikovurdering i denne studien. MLE, SE og σCI
LP fra sannsynligheten profilen er gitt i tabell 4 for identifiserbare parametere. Stråling avhengige versjoner av mekanistiske modeller av Meza et al. [19] (M1, figur S1 i File S1), og etter litt og Li [17] (M2, Figur S2 i File S1) ga AIC verdier som kom ut høyere med 13 poeng og 8 poeng, henholdsvis. Montering av en strålingsavhengig versjonen av hele MSCE modellen ved Luebeck et al. [20] var ikke vellykket. Parameterestimatene for modeller M1 og M2 er vist i tabell S2 og S3 i File S1. De utgangsverdier av modell M1 omtrent enig med de av de tre-trinns modell i ref. [19]. For modell M2 et lavt avvik ble oppnådd, men parameterestimatene er merkbart forskjellig for begge kjønn. For menn akselerasjon i senere faser av klonal vekst ble funnet, men motsatt trend for kvinner er biologisk plausibel. I modellen M3 MSI og CIN trasé behandles i fellesskap som i TP-modeller, men den første fasen av klonal ekspansjon er utelatt for CIN banen. Stråling fungerer ligner på modeller M3 og TP4 (se tabell S4 og Figur S3 i File S1). MSI banen modell M3 kan beskrives deterministisk da effekten av svingninger i klonestørrelse var ubetydelig (dvs. δ
MSI = α
MSI ν
T, MSI≈0). Sammenlignet med modell TP4 modell M3 ga en litt dårligere ΔAIC på 2,9 poeng. Preston et al. [28] utviklet beskrivende modeller av ERR (kalt Derr) og EAR (kalt KJÆRE) som ble ombygget til i dag litt begrenset LSS datasett. Siden forskjellen i resultater er ubetydelig leseren henvises tilbake til ref. [28] for en omfattende diskusjon. AIC verdier av beskrivende modeller er ca 30 poeng høyere enn den foretrukne to sti modell TP4.
Biologiske parametere for cellebaserte prosesser
Bruke LRTs på et 95% nivå for fjerning av statistisk signifikante parametere tillates å redusere modell kompleksitet. De initiere priser av den første og andre treffet ble satt like ν
I1 = ν
I2 = ν
jeg siden en sti-spesifikk behandling ble avvist av passende LRTs. Satsene for tidlig klonal vekst γ
jeg også kom ut veldig lik i begge veier, og de har blitt satt lik også. Montering av to bane modeller for begge kjønn separat produsert tilsvarende mutasjon priser (inkludert fødselskohort dependences) og forekomst av tidlig klonal vekst. Et skille mellom kjønnene var ikke nødvendig for disse parameterne på grunnlag av LRTs. Men den relativt lille forskjellen for kjønnsspesifikke priser av klonal vekst γ
CIN i slutten av adenom var stor betydning. Den avvik ble økt med mer enn hundre poeng hvis vekstratene ble satt lik for begge kjønn.
Fra anslag på identifiserbare parametre (tabell 4) de biologiske baseline priser av de to banen modellen TP4 kan utledes, dersom forutsetningene på det totale antall mottakelige stamceller N, og satsene for symmetrisk celledeling for initierte celler α
i og for destabilisert CIN celler α
CIN er gjort. Antall stamceller er estimert til ca. 10
8 med en nøyaktighet på en størrelsesorden [51], [52]. MSI tumorer vises hovedsakelig i den proksimale kolon, slik at en (med en faktor på 2-3) mindre antall følsomme stamceller kan bli vurdert for MSI banen [2]. Men den biologiske parameter N alene ikke er identifiserbar og usikkerhet i estimatene for parametrene inkludert N er for store til å bevise effekten av ulike verdier i LSS data. Dermed har samme verdi for N er anvendt MSI og CIN veier å utlede inaktive hastighet ν
jeg. Celledeling priser på 9 år
-1 i adenom og 29 år
-1 tidlig karsinom er rapportert [53]. Hvis disse verdiene er tildelt til a
I og a
CIN, satser for trans mutasjoner ν
MSI, ν
CIN, og celleinaktive prisene β
jeg, β
CIN kan beregnes. Verdier for biologiske utgangsverdier som beskriver cellekinetikk den foretrukne to sti modell TP4, er oppsummert i tabell 5.
Case-aksjer og radioaktiv risiko i molekylære stier
Evnen å reprodusere saks aksjer på 15-20% i MSI sti og 80-85% i CIN veien er en viktig test for biologisk plausibilitet av de to banen modellen TP4. I tabell 6 de beregnede MSI aksjene er notert for hele oppfølgingsperioden og for saker registrert før og etter 1980. I den første perioden aksjene i MSI saker og CIN tilfeller er omtrent lik. For den senere perioden spådd MSI andel på 17% (menn 11%, kvinner 21%) er enig bemerkelsesverdig godt med klinisk observerte data [4]. For hele perioden stråling generert 64 (MSI: 10) ekstra tilfeller i begge kjønn. For kvinner verdiene er 19 (MSI: 7) og for menn 45 (MSI: 3). Figur 2 viser at spesielt for kvinner MSI tilfeller vises tidligere enn CIN tilfeller. Også i god avtale modell M3 spådd 22% MSI saker for hele perioden og 15% etter 1980. Mens det i de CIN bane modeller M3 og TP4 utstillings en lignende stråling risiko, er den relative risikoen i MSI banen redusert med mer enn en faktor av to for modell M3.
modeller Derr og KJÆRE regnes som den kvasi-standard for stråling risikovurdering. Generelt er estimatene for øret og ERR spådd lavere med to sti modell TP4 sammenlignet med de beskrivende modeller Derr og kjære (figur 3 og 4, Tabell 7). Ved beregning av sti-spesifikke overskytende risiko bare bidraget av en enkelt bane benyttes.
Bare MLE er vist for sti-spesifikke overskytende risikoer innenfor MSI (blå) og CIN (grønn).
Bare MLE vises for pathway spesifikke skytende risiko knyttet til MSI (blå) og CIN (grønn).
Diskusjoner
biologisk påliteligheten til de to banen modellen
Tap av heterozygositet (LOH) i
APC
genet og stanse all
MLH1
gen utvikle seg på en lignende tidsskala [3]. Anslaget for den innledende mutasjonsraten ν
I (tabell 5) stemmer godt overens med en nylig estimat på ca 10
-5 år
-1 per stamcelle for somatisk mutasjonsraten i
APC
genet [54], men overgår eldre estimater [15], [55] av en størrelsesorden. Germline mutasjoner (dvs. fra
APC + /+
til
APC +/-
før CIN) kan forekomme i begge veier, men har ikke vært ansett eksplisitt i to banen modell. Satsen for unicryptal LOH i
MLH1
har blitt anslått til 2 × 10
-5 år
-1 per stamcelle fra data med HNPCC pasienter [53]. Derfor vises forutsetningen om tilsvarende priser for tidlige hendelser i MSI og CIN trasé begrunnes både biologiske og statistiske grunnlag.
De estimerte verdiene for 0,057 yr
-1 for klonal vekst tidlig i kreftutvikling innebærer en
