Development of a next-generation sequencing-based multi-gene breast cancer prognosis prediction tool

Abstract

Introduction Multigene assays provide useful prognostic information regarding hormone receptor (HR)-positive breast cancer. Next-generation sequencing (NGS)-based platforms have numerous advantages including reproducibility and adaptability in local laboratories. This study aimed to develop and validate an NGS-based multigene assay to predict the distant recurrence risk in HR-positive, human epidermal growth factor receptor 2 (HER2)-negative breast cancer.

Methods In total, 179 genes including 30 reference genes highly correlated with the 21-gene recurrence score (RS) algorithm were selected from public databases. Targeted RNA-sequencing was performed using 250 and 93 archived breast cancer samples with a known RS in the training and verification sets, respectively, to develop the algorithm and NGS-Prognostic Score (NGS-PS). The assay was validated in 413 independent samples with long-term follow-up data on distant metastasis. Results In the verification set, the NGS-PS and 21-gene RS displayed 91.4% concurrence (85/93 samples). In the validation cohort of 413 samples, area under the receiver operating characteristic curve plotted using NGS-PS values classified for distant recurrence was 0.76. The best NGS-PS cutoff value predicting distant metastasis was 20. Furthermore, 269 and 144 patients were classified as low- and high-risk patients in accordance with the cut-off. Five- and 10-year estimates of distant metastasis-free survival (DMFS) for low- vs. high-risk groups were 97.0% vs. 77.8% and 93.2% vs. 64.4%, respectively. The age-related hazard ratio for distant recurrence without chemotherapy was 9.73 (95% CI 3.59–26.40) and 3.19 (95% CI 1.40-7.29) for patients aged ≤50 and >50 years, respectively. Conclusions The newly developed and validated NGS-based multigene assay can predict the distant recurrence risk in ER-positive, HER2-negative breast cancer.

배경 및 목적 다유전자 검사 (multigene assay)는 호르몬수용체 양성 유방암에서 예후정보를 제공한다. 차세대염기서열분석 (next-generation sequencing) 기반의 플랫폼은 반복성과 개별 실험실에서의 적용성 등 많은 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 호르몬수용체 양성 HER2 음성 유방암의 원격 재발 위험도를 예측할 수 있는 차세대염기서열분석 기반 다유전자 검사를 개발하고 검증하고자 하였다. 대상 및 방법 공용 데이터베이스로부터 21-gene recurrence score (RS)와 상관성이 높은 유전자를 선택하고 30개 참조유전자 (reference gene)를 더하여 총 179개 유전자를 선택하였다. Training set의 250개와 verification set의 93개의 RS 정보를 알고 있는 유방암 샘플에 대해 표적 RNA 염기서열 분석을 시행하여 알고리즘을 개발하고 NGS-Prognostic Score (NGS-PS)를 도출하였다. 원격재발에 대한 장기추적관찰 정보를 알고 있는 413개의 독립적인 유방암 샘플 (validation set)로 개발한 검사의 예측력을 검증하였다.

결과 Verification set에서 도출한 NGS-PS는 21-gene RS와 91.4% (85/93)의 일치율을 보였다. 413명 validation set의 원격재발 여부에 대하여 분류된 NGS-PS 값을 사용하여 그린 ROC curve의 AUC값은 0.76이었다. 원격 재발 위험도를 가장 잘 구별하는 NGS-PS의 절단값은 20이었다. 절단값 20을 기준으로 269명은 저위험군, 144명은 고위험군으로 분류되었다. 저위험군과 고위험군의 5년과 10년 무원격전이 생존률은 각각 97.0% 대 77.8% 및 93.2% 대 64.4%였다. 항암치료를 받지 않은 군에서 나이에 따른 원격전이에 대한 위험비는 50세 이하에서 9.73 (95% 신뢰구간 3.59-26.40), 50세 초과에서 3.19 (95% 신뢰구간 1.40-7.29)였다. 결론 새로 개발한 차세대염기서열분석 기반 다유전자 검사는 호른몬수용체 양성 HER2 음성 유방암의 원격 재발 위험도를 예측할 수 있다.