non-invasive cancer diagnosis and tissue-of-origin prediction using methylation profiles of cell-free DNA

CancerLocator: non-invasive cancer diagnosis and tissue-of-origin prediction using methylation profiles of cell-free DNA
Shuli Kang, Qingjiao Li, Quan Chen, Yonggang Zhou, Stacy Park, Gina Lee, Brandon Grimes, Kostyantyn Krysan, Min Yu, Wei Wang, Frank Alber, Fengzhu Sun, Steven M. Dubinett
Email author
, Wenyuan Li
Email author
and Xianghong Jasmine Zhou
Email author
Genome Biology201718:53
https://doi.org/10.1186/s13059-017-1191-5©  The Author(s). 2017
Received: 13 January 2017Accepted: 8 March 2017Published: 24 March 2017
Abstract
We propose a probabilistic method, CancerLocator, which exploits the diagnostic potential of cell-free DNA by determining not only the presence but also the location of tumors. CancerLocator simultaneously infers the proportions and the tissue-of-origin of tumor-derived cell-free DNA in a blood sample using genome-wide DNA methylation data. CancerLocator outperforms two established multi-class classification methods on simulations and real data, even with the low proportion of tumor-derived DNA in the cell-free DNA scenarios. CancerLocator also achieves promising results on patient plasma samples with low DNA methylation sequencing coverage.
Keywords
Cell-free DNALiquid biopsyDNA methylationNext-generation sequencingCancer diagnosis
Background
Cancer cells often display aberrant DNA methylation patterns, such as hypermethylation of the promoter regions of tumor suppressor genes and pervasive hypomethylation of intergenic regions [1, 2, 3, 4, 5]. Therefore, DNA methylation is an ideal target for cancer diagnosis in clinical practice [6, 7]. Hyper/hypomethylated tumor DNA fragments can be released into the bloodstream via cell apoptosis or necrosis, where they become part of the circulating cell-free DNA (cfDNA) in plasma [8]. The non-invasive nature of cfDNA methylation profiling makes it a promising strategy for general cancer screening. Current research on cfDNA-based, non-invasive cancer detection approaches falls into two classes: the development of biomarkers for a single specific cancer type; and the characterization of circulating tumor DNA (ctDNA) for general cancer detection, without trying to predict specific cancer types.
In recent years, several studies have reported plasma methylation biomarkers for different types of cancers [9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]. Usually, the differentially methylated marker genes are identified by comparing methylation profile data from patients with a certain cancer type to healthy controls. However, these specific biomarkers are of limited use for general cancer screening. Ideally, as a non-invasive early screening tool, a liquid biopsy test should be able to detect many types of cancers and provide tumor location information for further specific clinical investigation.
Several approaches have recently been proposed for non-invasive universal cancer detection. These methods do not rely on detecting biomarkers specific to certain tumor types. Instead, they utilize properties of ctDNA that are common to various cancer types, such as copy number aberration (CNA) [16, 17, 18, 19], pervasive hypomethylation [19], and DNA integrity [16, 20]. None of these methods can predict the tissue of origin after the detection of ctDNA. The nature of the liquid biopsy introduces a new challenge, in that the cancer type can remain unknown even when there is strong signal of tumor-derived DNA fragments in the blood. Hence, a positive result from a liquid biopsy would call for comprehensive follow-up investigations using clinical, analytical, and radiological tools to identify the tumor location. Considering that non-invasive screening is usually the first step of cancer diagnosis, and could be associated with a fair ratio of false positives, such follow-up would be likely to increase the burden on the medical care system. A few recent studies have proposed using cfDNA methylation [21, 22] or nucleosome footprinting [23] to partially alleviate this problem. For example, Sun et al. [21] estimated the proportions of cfDNAs contributed by different tissues and showed that an abnormally high proportion of cfDNA from a specific tissue can indicate the possibility of a tumor in that tissue. Their approach, though promising, has not been developed into a systematic method capable of supporting clinical diagnosis applications. Lehmann-Werman et al. [22] tested the same rationale to diagnose pancreatic cancer, but fewer than 50% of the pancreatic cancer patients demonstrated a substantial excess of pancreas-originated cfDNA fragments compared with healthy subjects. Snyder et al. [23] pioneered an approach of using nucleosome footprinting to predict the tissue of origin of the cfDNA, but its power in cancer diagnosis has not been demonstrated because only five plasma samples with high ctDNA burden were selected for testing from 44 late-stage cancer patients, and less than one half had their cancer types correctly predicted.
In summary, no existing cfDNA-based method can simultaneously detect cancer and predict its tissue of origin. We are therefore proposing a novel method, CancerLocator, that simultaneously infers the proportion and tissue of origin of ctDNA in a blood sample using genome-wide DNA methylation data. As shown in Fig. 1, from the vast amount of The Cancer Genome Atlas (TCGA) DNA methylation data, we first learn the informative features of different cancer types. We then model the plasma cfDNAs in cancer patients as a mixture of normal cfDNAs and ctDNAs. Finally, given the genome-wide methylation profile derived from the cfDNA sample of an unknown patient, CancerLocator uses the informative features to estimate the fraction of ctDNAs in the plasma and the likelihood that the detected ctDNAs come from each tumor type. Based on those likelihoods, CancerLocator makes the final decision on whether the patient has tumors and, if yes, the locations of the primary tumor.

Geplaatst in algemeen | Een reactie plaatsen

Kankerverwekkende voedingsmiddelen die je misschien elke dag eet

14 kankerverwekkende voedingsmiddelen die je elke dag eet – eet deze NOOIT meer!
Volgens doctoren zijn veel alledaagse voedingsmiddelen kankerverwekkend. Daardoor is het moeilijk voor mensen om te weten wat zij nu wel of niet mogen eten. In 2012 heeft de World Health Organisatie (WHO) 14 miljoen nieuwe gevallen van kanker geconstateerd. Dit nummer liep uit op meer dan 8.2 miljoen sterfgevallen verspreid over de hele wereld. De organisatie verwacht dat dit nummer binnen twintig jaar met zelfs 70% zal stijgen.
Misschien is het wel zo dat jij dacht er goed aan te doen om light producten te consumeren om je gezondheid te verbeteren. Helaas is het tegenovergestelde daarvan waar; light producten zijn eigenlijk één van de meest kankerverwekkende producten die er zijn. Dit is slechts één voorbeeld, op de volgende pagina volgt een lijst met 14 kankerverwekkende voedingsmiddelen die je absoluut NOOIT meer moet eten! Nummer 8 eten we allemaal, elke dag…

Lees verder

Geplaatst in Uncategorized | Getagged | Een reactie plaatsen

Acupunctuur is een al duizenden jaren bestaande methode om de gezondheid te verbeteren.

Ons gehele lichaam is doordrongen met energie, of beter gezegd, is energie. In Chinese Geneeswijzen noemt men deze energie Qi.
Net zoals zich in het water van de oceanen stromingen vormen, vormt Qi energiestromingen in ons lichaam. Duizenden jaren geleden al zijn deze stromingen -ook wel meridianen genoemd- beschreven in China.
Er zijn in totaal twintig verschillende hoofdmeridianen bekend.

Lees verder

Geplaatst in Acupunctuur | Getagged | Een reactie plaatsen

Acupunctuur en oncologie

Acupunctuur en oncologie
In de periode van behandeling met chemotherapie, hormoontherapie, bestraling en chirurgie kan acupunctuur bijwerkingen die ten gevolge van de behandelingen kunnen ontstaan, voorkomen of verminderen. Maar ook als je niet intensief of palliatief behandeld wordt kan acupunctuur helpen bij bijvoorbeeld misselijkheid, pijn, vermoeidheid en neuropathie.

Lees verder

Geplaatst in Acupunctuur | Getagged | Een reactie plaatsen

Stoffen uit Cannabis tegen kanker: niet afzonderlijk maar samen!

Medicinale wiet (variant met weinig THC)

Moet je nu CBD hebben of THC? Dat is en vraag die steeds vaker gehoord wordt. Ook over wietolie. Of je met een Cannabis preparaat uiteindelijk kanker mee kan overwinnen, is een feit voor velen, maar niet een bewezen feit. Dat onderzoeken is ook geen peulenschil. In de Cannabisplant zitten honderden farmacologisch actieve moleculen, en elk van die stoffen kan een anti-kanker werking hebben.[1] Zo weten we al jaren dat THC een anti-kanker werking heeft.[2] Lees verder

Geplaatst in algemeen | Getagged | Een reactie plaatsen

Hoe vlees een tumor laat groeien.

De snelheid waarmee ziektes als Alzheimer, Parkinson, kanker, autisme en nog een hele reeks aandoeningen om zich heen grijpen, blijft toenemen tot een alarmerend tempo. Vanaf het moment dat we begonnen met het bijhouden van statistieken van ziektes constateren we een torenhoog stijgende trend, waarvoor vele wetenschappers en onderzoekers op zoek zijn naar oorzaken en antwoorden, met name ten opzichte van onze leefomgeving. We zijn dagelijks omringd door giftige stoffen die we ook voortdurend binnen krijgen. Onderzoek van wetenschappers heeft aangetoond dat één van de gemeenschappelijke gewoontes van de moderne mens duidelijk het consumeren van enorme hoeveelheden vlees betreft.

door Arjun Walia

Geplaatst in algemeen | Getagged | Een reactie plaatsen

Dat voeding mede bepalend is voor kanker bestrijding en veroorzaker is reeds bewezen

Dat je kanker kunt bestijden door je dieet aan te passen hebben we kunnen lezen. Nu kun je lezen met welke soorten voeding je het beste kanker kunt bestrijden of preventief kunt tegengaan.
Iets meer dan een derde van de kankers worden in verband gebracht met een ongezonde levensstijl, waaronder ook slechte eetgewoonten. Studies hebben aangetoond dat veel voedingsproducten kankerbestrijdende effecten hebben. Door iedere week iets van onderstaande producten te eten verklein je de kans op kanker.

Lees verder

Geplaatst in algemeen | Getagged | Een reactie plaatsen

Kanker en acupunctuur

De bijwerkingen die ontstaan bij de behandeling van kanker met bestraling of chemotherapie, en die soms erg storend zijn, zijn vaak met acupunctuur bevredigend te behandelen. En we zetten naast acupunctuur soms ook bepaalde supplementen in die ondersteunend werken.
We wijzen er echter op dat de neuroacupunctuur word ingezet als complement van de reguliere zorg, en niet als een alternatief voor deze zorg! Dit is de visie van medisch acupuncturisten, ook bijvoorbeeld in de USA.
Met neuroacupunctuur zijn vele symptomen van kwaadaardige aandoeningen te verlichten, maar genezing door alleen neuroacupunctuur is niet wat we pretenderen.
Tenslotte: Als de patiënten het willen, kunnen we ook samen behandelen met een antroposofisch internist en gebruik maken van het antroposofische antikanker middel Iscador (maretak), dit werkt alleen voor sommige kankers en is een vorm van chemotherapie.

Lees verder

Geplaatst in algemeen | Getagged | Een reactie plaatsen

Canadese onderzoekers hebben een eenvoudige remedie gevonden voor kanker

Maar grote farmaceurische bedrijven zijn niet geintreseerd.

Onderzoekers van de universiteid van Albwerta in Edmonton, Canada hebben vorige week kanker genezen, maar toch is er geen rimpel in het nieuws of op de tv. Het is een eenvoudige techniek met een basische geneesmiddel. Lees verder

Geplaatst in algemeen | Getagged , , , | Een reactie plaatsen

Types of Breast Cancer Surgery?

There are different types of breast cancer surgery. The types of surgery differ depending upon the amount of healthy tissue that is removed with the tumor, the tumor’s characteristics, whether the tumor has spread (metastasized), and your personal feelings. Some lymph nodes under the arm are usually removed as part of the operation so they can be tested for the presence of cancer cells. This will help your doctor plan your treatment after surgery.

Types of breast cancer surgery include:

  • Lumpectomy (wide local excision)
  • Partial or segmental mastectomy or quadrantectomy
  • Total mastectomy
  • Modified radical mastectomy
  • Radical mastectomy

Your doctor should discuss your options with you before surgery. A specific surgical procedure may be recommended based on the size, location, or type of breast cancer you have.

Lumpectomy for Breast Cancer

This is also referred to as breast-conserving therapy. The surgeon removes the cancerous area and a surrounding margin of normal tissue. A second incision may be made in order to remove the lymph nodes. This treatment aims to maintain a normal breast appearance when the surgery is over.

After the lumpectomy, a course of radiation therapy is usually used to treat the remaining breast tissue. The majority of women who have small, early-stage breast cancers are excellent candidates for this treatment approach.

Women who are not usually eligible for a lumpectomy include those who have already had radiation therapy to the affected breast, have two or more areas of cancer in the same breast that are too far apart to be removed through one incision, have cancer that was not completely removed during the lumpectomy surgery, or have very large tumors.

Sometimes chemotherapy or hormone therapy can shrink a large tumor first to allow your doctor to perform a lumpectomy.

This type of surgery is usually followed by radiation treatments.

Partial or Segmental Mastectomy or Quadrantectomy

 

 

During a partial or segmental mastectomy or quadrantectomy, the surgeon removes more breast tissue than with a lumpectomy. The cancerous area and a surrounding margin of normal tissue are removed. Radiation therapy is usually given after surgery.

Simple or Total Mastectomy

With a simple or total mastectomy, the entire breast is removed, but no lymph nodes are removed. Simple mastectomy is most frequently used to prevent new cancer from developing or when the cancer does not go to the lymph nodes. This procedure is usually performed to treat in-situ, microinavasive, or stage IA breast cancers.

 

 

Modified Radical Mastectomy

The surgeon removes all of the breast tissue along with the nipple in a modified radical mastectomy. Lymph nodes in the armpit are also sampled. The chest muscles are left intact. For many women, mastectomy is accompanied by either an immediate or delayed breast reconstruction. This can be done quite effectively using either breast implants or the patient’s own tissue — usually from the lower abdomen.

 

Breast Cancer and Radical Mastectomy

 

 

When a radical mastectomy is used to treat breast cancer, the surgeon removes all of the breast tissue along with the nipple, lymph nodes in the armpit, and chest wall muscles under the breast. This procedure is rarely performed today because modified radical mastectomy has proved to be as effective, and is less disfiguring.

You should thoroughly discuss these surgical options with your doctor to determine the best treatment for you.

How Long Will I Be In the Hospital for Breast Cancer Surgery?

The length of stay in the hospital varies depending on the type of breast cancer surgery performed. Generally, lumpectomies are done on an outpatient basis, with the patient recovering in a short-stay observation unit after the procedure.

Mastectomies or lymph node removal surgery usually require a one- to two-night stay in the hospital.

 

Geplaatst in Borst kanker | Een reactie plaatsen