Krooninen sairaus

tiivistelmä

Äskettäin on osoitettu, että syöpää mutaatiot valikoivasti tavoite proteiini-proteiini vuorovaikutusten. Oletimme, että mutaatiot vaikuttavat erillisiä proteiini yhteisvaikutukset perustettiin syövän geenien voisi edistää kasvaimen heterogeenisuus ja että uusi mekanistinen oivalluksia voidaan saavuttanut osaksi tumorigeneesin tutkimalla proteiini vuorovaikutusten alle positiivinen valinta syövässä. Tunnistaa proteiini vuorovaikutusten alla positiivisen valinnan syövän, kartoitimme yli 1,2 miljoonaa nonsynonymous somaattisten syöpä mutaatioiden päälle 4896 kokeellisesti määritettävä proteiini rakenteita ja analysoitiin niiden alueellista jakautumista. Kaikkiaan 20% mutaatioita pinnalla tunnettujen syövän geenien levoton proteiini-proteiini vuorovaikutusten (PPI), ja tämä rikastus PPI rajapintojen havaittiin sekä tuumorisuppressoreilla (Odds Ratio 1,28, P-arvo 10

– 4) ja onkogeenien (Odds Ratio 1,17, P-arvo 10

-3). Tämän tutkimiseksi edelleen, rakensimme kaksiosainen verkosto, joka edustaa rakenteellisesti ratkaistu protonipumpun estäjien kaikista saatavilla ihmisen komplekseja Protein Data Bank (2864 proteiineja, 3072 PPI). Analyysi usein mutatoitujen syövän geenien tämän verkoston paljasti, että kasvain-vaimentimet, mutta ei onkogeenien, ovat merkittävästi rikastettu toiminnallisten mutaatioiden homo-oligomerointi alueilla (Odds Ratio 3,68, P-arvo 10

-8). Esittelemme kaksi tärkeää esimerkkiä, TP53 ja beeta-2-mikroglobuliinin, jonka kuviot somaattisten mutaatioiden rajapinnat tarjoavat oivalluksia nimenomaan levoton biologiseen piirejä. Potilailla, joilla TP53 mutaatioita, elossaololuku korreloi erityistä vuorovaikutusta, joka oli levoton. Lisäksi olemme tutkineet mutaatiot rajapinnassa proteiini-nukleotidin vuorovaikutukset ja havaittu odottamaton määrä, joiden mutaatiot, mutta ei hiljaiset mutaatiot, jotka ilmenevät DNA: n ja RNA: n sitoutumiskohtia. Lopuksi tarjoamme resurssina 3072 PPI rajapintojen paremmuusjärjestykseen mutaationopeudet. Analyysi tämän listan esiin 282 novel ehdokas syöpä geenejä, jotka koodaavat proteiineja, jotka osallistuvat yhteisvaikutuksista, joita levoton toistuvasti yli kasvaimia. Yhteenvetona mutaatio spesifisten proteiini vuorovaikutusten on tärkeä tekijä kasvaimen heterogeenisuus ja voi olla merkittäviä vaikutuksia kliinisiä tuloksia.

Citation: Engin HB, Kreisberg JF, Carter H (2016) Structure-Based Analysis paljastaa Cancer Missense mutaatiot kohdeproteiinin Interaction liitännät. PLoS ONE 11 (4): e0152929. doi: 10,1371 /journal.pone.0152929

Editor: Narayanaswamy Srinivasan, Indian Institute of Science, Intia

vastaanotettu: 9. tammikuuta 2016 Hyväksytty: 20 maaliskuu 2016; Julkaistu: 04 huhtikuu 2016

Copyright: © 2016 Engin et al. Tämä on avoin pääsy artikkeli jaettu ehdoilla Creative Commons Nimeä lisenssi, joka sallii rajoittamattoman käytön, jakelun ja lisääntymiselle millä tahansa välineellä edellyttäen, että alkuperäinen kirjoittaja ja lähde hyvitetään.

Data Saatavuus: Kaikki asiaankuuluvat tiedot ovat paperi- ja sen tukeminen Information tiedostoja.

Rahoitus: Tätä työtä tukivat National Institutes of Health DP5 OD017937-01 HC ja P50 GM085764 JFK.

Kilpailevat edut: Tällä kirjoittajat ovat ilmoittaneet, etteivät ole kilpailevia intressejä ole.

Johdanto

Kasvain Genomikartoituksen käytetään yhä ilmoittaa kliinisiä päätöksiä syöpäpotilaille. Tämä motivoi suurelta osin saatavuus kohdistettuja hoitoja, jotka selektiivisesti tappaa soluja kätkeminen erityistä proteiinia koodaavan mutaatioita. Kuitenkin jokainen kasvain on ominaista ainutlaatuinen profiili mutatoituja geenejä juurikaan päällekkäisyyttä potilailla. Muutamia näistä geenejä voidaan tehokkaasti kohdennettu ja lähes neljäsosa potilaista ei satama kliinisesti käytännöllisiä mutaatioita [1]. Äskettäinen havainto, että proteiini-proteiini rajapinnat on rikastunut syöpä mutaatioiden viittaa siihen, että vuorovaikutus erityisiä häiriöitä voi olla kriittinen rooli kasvainten synnyssä [2]. Niinpä tutkimus malleja mutaatio proteiinin vuorovaikutuksen rajapintojen kasvaimet voivat tarjota uusia oivalluksia mekanismia tumorigeneesin ja osaksi tekijät, jotka vaikuttavat potilaiden hoitotuloksiin ja hoitovaste.

Useimmat kasvain genomin analyysien mennessä määrittää binary toiminnallinen asema geenin tai polku, jos se satamat mutaatio ennustettu muuttaa proteiinin toimintaa; kuitenkin tämä yksinkertainen luokitus saattaa olla riittämätön. Viimeaikaiset tutkimukset Mendelian sairauksien, luokan geneettisiä häiriöitä, jotka ovat syöpä altistavia oireyhtymiä, ovat havainneet, että erilaiset mutaatiot saman geenin voi aiheuttaa erilaisia ​​fenotyyppejä. Vuonna 2009 Zhong

et al

. [3] ehdotti, että mutaatiot, jotka täysin häiritä proteiinin toiminta on erilaiset toiminnalliset seuraukset kuin mutaatiot, jotka vaikuttavat osajoukko proteiini-proteiini-vuorovaikutuksen (PPI). Tämä ajatus ”edgetic” häiriöiden sairauksien taustalla useita ryhmiä yhdistää rakenteelliset bioinformatiikan biologisten verkostojen rakentamiseksi rakenteellisesti ratkaistu PPI verkot [4, 5]. Käyttämällä näitä verkkoja, kolme riippumatonta ryhmää havaittu, että monet Mendelin tautimutaatiot sijaitsevat vuorovaikutuksen käyttöliittymät [5-7]. Erityisesti mutaatiot vaikuttavat eri liitännät samaa proteiinia toisinaan liittyy selvä sairaus fenotyyppejä, kun taas mutaatiot on vuorovaikutuksessa kumppaneita useammin aiheuttanut sama fenotyyppi [5, 8]. Viime aikoina Sahni

et al

. [9] Kokeellisesti vahvistettiin, että mutaatiot vaikuttavat erillisiä proteiini-proteiini ja proteiini-DNA vuorovaikutuksia aiheuttaa eri molekyyli- fenotyyppejä.

Somaattiset mutaatiot syntyvät kasvaimet ovat samanlaiset ominaisuudet mendelististä tautimutaatiot [10], ja voi siten aiheuttaa liitäntäkohtainen molekyyli fenotyyppejä. Aikana tumorigeneesin, syöpä geenit syöpägeeneiksi ja tuumorisuppressoreita-usein epäasiallisesti aktivoidaan tai inaktivoida mutaatioita vastaavasti. Proteiinisekvenssi muutokset ovat todennäköisesti inaktivoida proteiinin kuin sen aktivoimiseksi [11]. Todellakin, onkogeenien on ominaista usein mutatoitunut kuormittajat (

e

.

g

., PIK3CA tähteet E542, E545 ja H1047 tai KRAS tähteet G12, G13 ja Q61), kun taas tuumorisuppressoreilla taipumus näyttää satunnaista jakautumista proteiinin muuttaa mutaatioiden [12]. Kuitenkin, tuumorisuppressorit on myös osoitettu satamaan ei-satunnainen malleja somaattisen mutaation tasolla proteiinidomeeneja [13, 14]. Miller

et al

. äskettäin ryhmitelty mutaatiot The Cancer Genome Atlas (TCGA) geenitekniikan Yhteistaloutta homologisia verkkotunnuksia tunnistaa harvinaisten toiminnallisten mutaatioiden samalla perturbing verkkotunnuksen [15]. Laajemmin syöpä geenit ovat erilaisia ​​somaattisia mutaationopeudet toiminnallisesti tärkeillä alueilla [16], satama ylimäärä mutaatioiden proteiinin vuorovaikutuksen käyttöliittymät [2], ja spatiaalinen lokalisointi mutaatio korreloi onkogeenisuustutkimuksessa [17].

tukea tutkijoita tutkimaan mutaatio jakelussa niiden kiinnostavan proteiinin, Vazquez

et al

. [18] äskettäin kartoitettu yli 170.000 syöpä erityinen yhden nukleotidin variantteja (SNVs) päälle Interactome3D. Useat ennen tutkimukset osoittivat tämän menettelyn hyödyllisyyden analysointiin syöpä mutaatioiden; molemmat analyyseistä 3D proteiinin rakenne

4 ja varhaisen pyrkimyksiä käyttää rakenteellisesti ratkaistu protonipumpun estäjiä [19, 20] edellyttäen selvää näyttöä siitä, että mutaatiot muuttavat PPI-lääkkeet ovat tärkeitä fenotyyppisen tuloksia. Olemme äskettäin raportoitu strategian poimia tarkempia syöpä jaksot PPI verkon reuna-erityisiä syöpä mutaatioiden profiilit [21]. Neljäkymmentä kolme syöpä geenit havaittiin satamaan mutaatiot ydin jäämät ja /tai erillisiä proteiini rajapintoja, ja näin voitaisiin mahdollisesti edistää useiden molekyyli- fenotyypit. Kuitenkin missä määrin syövän mutaatioita hämmentää proteiini vuorovaikutuksen verkkoja ja miten nämä häiriöt edistävät fenotyyppisen monimuotoisuuden edelleen paljolti hyödyntämättä.

Tutkiakseen mekanismeja, joilla syöpä mutaatioiden peturb proteiini-proteiini vuorovaikutusten, analysoimme jakelu 1297414 somaattiset missensemutaatioita 3D proteiinia rakenteita. Ensin keskityttiin joukon 103 geenejä, jotka ovat usein mutatoitunut syövän vahvan positiivisen valinnan kasvaimissa. Nämä geenit ovat todennäköisesti rikastaa syy mutaatioita. Sitten laajentaneet analyysin vuorovaikutukseen kumppaneiden ja lopulta kaikki geenit, jotka proteiinien rakenteet ovat käytettävissä. Tutkitaan onko somaattiset mutaatiot vaikuttivat kasvaimien syntyyn häiritsemällä proteiini vuorovaikutusten, rakensimme PPI verkko sisältää atomitasolla yksityiskohtia rajapintoja, johon kuului myös proteiini-DNA ja proteiini-RNA vuorovaikutukset (kuva 1a). Olemme havainneet, että tiettyjä molekyylivuorovaikutusten on suunnattu aikana tuumorigeneesin monien tunnettujen syövän geenien ja että mutaatiot vaikuttavat eri liitännät samaa proteiinia voidaan liittää erillisiä hoitotuloksia. Nämä havainnot ovat yhtäpitäviä Porta-Pardo

et al

. [2], joka äskettäin luetteloitu syöpä kuljettaja vuorovaikutusta perustuvat mutaatiot pienemmästä syövän kohortti käyttäen hybridi rakenteellinen proteomiikka aineisto koostuu kokeellisen ja mallinnettu proteiini kompleksit.

a) työnkulun jossa kuvataan tietojenkäsittely askeleen päässä proteiinirakenteissa ATE ja syöpään liittyvät somaattiset mutaatiot COSMIC ja ICGC tähteeseen tason bi-partite proteiini vuorovaikutuksen verkkoja. b) prosenttiosuus tähteiden pinnan, väli- ja ydinalueille että satama mutaatioiden onkogeenien (n = 56) ja tuumorisuppressoreita (n = 47), jossa 3D-rakenteita. c) Tarkennus vain pinnalla jäämiä, prosenttiosuus tähteiden käyttöliittymä ja ei-rajapinnan alueita, satama mutaatioiden onkogeenien ja tuumorisuppressoreita 3D rakenteita.

Tulokset

Laajamittaiset analyysi missensemutaatioita vaikuttavat Cancer Genes

suorittivat perusteellisen analyysin lokalisoinnin syöpään liittyvän missensemutaatioita kolmiulotteisen proteiinin rakenne, ottaen huomioon vain somaattisia mutaatioita, jotka ovat läsnä kasvain exome muttei potilaalla -matched normaalia kudosta. Kaikkiaan 1297414 somaattisten mutaatioiden havaittu 17028 kasvain exomes yhdistetystä International Cancer Genome Consortium (ICGC) [22] ja Luettelon somaattisten mutaatioiden Cancer (COSMIC) [23] tietokantoihin kartoitettiin päälle ihmisen proteiini rakenteita proteiinista tietopankin (ATE ) [24] (Kuva 1a), jos käytettävissä. Kukin aminohappo asemassa jokaisessa proteiinien rakennetta merkitty ydin, väli- tai pintaan perustuva liuottimelle. Käyttämällä co-kiderakenteet proteiini vuorovaikutusten, me edelleen määritetty käyttöliittymä jäämiä jokaiseen proteiiniin vastuussa välittävä välistä fyysistä kontaktia toisiinsa sitoutuvat. Havaitsemme saman verran mutaatioiden (16%) kartoitus jäämiä pinnalle onkogeenien ja tuumorisuppressoreilla, kun taas onkogeenien yleensä vähemmän mutaatioita väli- (13% vs. 19%) ja ytimen tähteet (12% vs. 18%) ( Kuva 1b). Mielenkiintoista, tuumorisuppressorit satama hieman (17% vs. 19%) mutaatiot käyttöliittymä sivustoja kuin onkogeenien (kuva 1c).

Missense Mutaatiot Cancer Geenit ovat useammin at Core ja Interface Jäännökset

Tutkimuksemme keskittyi aluksi 138 geenejä tiedetään olevan kausaalinen rooli syövän [12] (S1a-S1c Kuva). Niistä 138 syöpä geenit, 103 (56 kasvain-vaimentimet, 47 onkogeenien) oli monomeerisen rakenneinformaatioon, ja 89 oli yksi tai useampi yhteistyössä kiderakenteet kompleksina sitovan kumppanin. Vertasimme tuloksia syövän geenien toiseen 4600 ihmisen proteiineja, joille meillä oli rakenteellisia tietoja. Koska nämä geenit ovat todennäköisesti pääasiassa ei syöpään liittyvien, odotamme ne edustavat populaatiosta ei voimakkaassa valinta syy syöpään mutaatioita.

kaksipuolisen Fisherin testejä käytettiin testata onko esiintyvyys mutatoitunut tähteet tietyllä rakenteellinen kapealla (ydin, väli-, pinta tai rajapinta) poikkesivat satunnainen odotus proteiineja koodaavat onkogeenien tuumorisuppressorit tai muita geenejä. Havaitsimme, että mutatoitunut jäämät taipumus esiintyä ytimeen tuumorisuppressoreilla (P-arvo 3,6 x 10

-2, Odds Ratio 1,19), mutta pinnalla onkogeenien (P-arvo 1.3×10

-6, Odds Ratio 1,30) ja muiden geenien (P-arvo 2,2 x 10

-16, Odds Ratio 1,18) (kuvio 2a ja S1 taulukko). Koska ydin mutaatiot ovat usein horjuttavat proteiiniin 3D rakenne [25], tämä havainto on yhdenmukainen tuumorisuppressorigeeneille kätkeminen usein keskeytys- toiminto mutaatioita. Analysoimalla taajuus spesifisiä mutaatioita poikki kasvaimia, havaitsimme, että räikeimpiä mutaatioiden tuumorisuppressoreilla tapahtui pääasiassa ytimen tähteet (S1D kuvio), kun taas toistuvat mutaatiot onkogeenien tapahtui pääasiassa rajapinnan tähteet (S1E kuvio).

Fisherin suoritettiin erikseen kunkin joukon geenejä. Näkyy ovat kertoimet suhde ja 95%: n luottamusväli sisällä kunkin joukon geenejä tehtäessä verrataan määrä mutaatioita sijaitsevat) pinnalla verrattuna ytimen tähteet, b) pinta-liitäntä verrattuna pinta ei-rajapinnan tähteet.

Me seuraavaksi keskittyneet pinnalla jäämiä, jakamalla ne tähteet proteiini vuorovaikutuksen käyttöliittymät verrattuna muihin pinta jäämiä. Kaikkiaan 20% (783) ja 3837 perimä kartoitettu pinta jäämiä syövän geenituotteiden esiintyi PPI rajapintoja. Analysoimalla kunkin ryhmän geenien erikseen, havaitsimme ylimäärä missensemutaatioita at rajapinnan tähteet sijainti suhteessa pintaan ei-rajapinnan tähteet sekä tuumorisuppressoreilla (P-arvo 1.4×10

-4, Odds Ratio 1,28) ja onkogeenien (P -arvon 7.92×10

-3, Odds Ratio 1,17) (kuvio 2b ja S1 taulukko), mutta ei muita geenejä. Koska eri rajapintojen välittävät selvä proteiinin toimintaa, tämä havainto viittaa siihen, että tietty toiminta sekä tuumorisuppressoreilla ja onkogeenit ovat kohdennettuja syövän, ja täydellinen menetys toiminto ei ehkä ole tarpeen joillekin tuumorisuppressorigeeneille edistää kasvaimien syntyyn.

Silent mutaatiot ovat usein käytetään edustamaan tausta mutaatiovauhdin kasvainten synnyssä [26-28], koska useimmat hiljaiset mutaatiot eivät todennäköisesti muuta proteiinia ja sen vuoksi ne eivät todennäköisesti ole käynnissä myönteinen valinta. Olemme toistaneet testeissä käytetään hiljaisia ​​mutaatioita, onko satunnaisten mutaatioiden todettiin aiheuttavan samanlaisia ​​parempana ydin, pinta- ja käyttöliittymä jäämiä. Koska emme noudattaa samoja trendejä (S2 kuvassa), tämä viittaa siihen, että positiivinen valinta toimii nimenomaan kohdistaa proteiinin sekvenssin muutoksia funktionaalisesti tärkeitä sivustoja proteiinien syöpään.

Core ja Interface alueet ovat todennäköisesti Harbor toiminnalliset mutaatiot

selityksin kaikki somaattiset missensemutaatioita funktionaalisilla tulokset tuottamat VEST [29]. Vaikka ei ole syöpää erityisiä, liivi tulokset voivat silti olla hyödyllisiä sen määrittämiseksi, onko havaittu mutaatiot ovat todennäköisesti häiritse proteiinin aktiivisuutta (menetelmät). Havaitsimme, että mutaatiot ydin proteiinien ja ne, jotka vaikuttavat rajapinnan tähteet olivat todennäköisesti vastaanottaa toiminnallisten liivi tulokset, kun taas mutaatiot pinnalla ei-rajapinnan tähteet oli bimodaalinen jakauma, mikä viittaa siihen, että nämä mutaatiot voivat vaikuttaa vielä tuntemattomien sitoutumiskohtia tai muita toiminnallisesti tärkeä luokat jäämän pinnalla (S1f kuvio). Yleensä toiminnalliset mutaatiot rikastettu rajapinnan tähteet verrattuna pinta ei-rajapinnan tähteet (P-arvo 2,6 x 10

-2, Odds Ratio 1,06) (S2 taulukko), joka voisi osoittaa, että aminohapposubstituutiot klo käyttöliittymä ovat todennäköisemmin toiminnallisia seurauksia yleensä, tai toiminnallisia mutaatioita rajapinnat ovat alle positiivisen valinnan syövän, jopa keskuudessa geenejä, joita ei usein mutatoitunut.

toiminnalliset mutaatiot proteiini vuorovaikutuksen käyttöliittymät voivat vaikuttaa proteiineihin sitoutumiseen taipumuksia . Nishi

et al

. [20] mukaan 97 missensemutaatioita 68 geeneistä yleensä ollut epävakautta vaikutus Sitoutumisaffiniteetit proteiini-proteiini vuorovaikutusten. Tämän tutkimiseksi laajemmassa mittakaavassa, laskimme muutos sitoutumisessa vapaan energian välillä villityypin ja mutantti syöpä proteiinisekvenssit 5857 liitännän aminohapposubstituutioita raportoitu ICGC ja COSMIC (tätä analyysiä käytimme kaikki mutaatioiden COSMIC). Näistä 1225 muuttunut sitoutumisaffiniteetti (S1 File): 903 ennustettiin horjuttaa vuorovaikutuksia, kun taas toinen 322 ennustettiin vakauttamiseksi vuorovaikutusta. Voit selvittää, onko vaikutus sitoutumisaffiniteettiin oli yhdenmukainen toiminta vuorovaikutusten me selityksin niitä aktivoiva tai inhiboiva käyttämällä Reactome Pathway Database [30]. Sata viisikymmentäkaksi yhteisvaikutuksia voitaisiin olevaksi, aktivoimalla ja 15 estävä. Havaitsimme, että aktivointi rajapinnat tuumorisuppressorigeeneille oli erittäin runsaasti epävakautta mutaatioita verrattuna aktivoimalla rajapinnat onkogeenien (Fisherin testiä P-arvo 8,36 x 10

-4, Odds Ratio 3,65) (S3 ja S4 taulukot) .

kaksiosaisen Protein-ainejäämien Interaction Network Keskeistä mutaatio Patterns in Cancer Geenit

tutkimiseksi, missä määrin syövän mutaatioita rajapinnan tähteet kohdistaa tiettyihin proteiini vuorovaikutuksen käyttöliittymät rakensimme bi-partite verkkoon proteiini-vuorovaikutuksia. Tämä verkosto nimenomaan kuvaa tähteiden välittävä PPI-lääkkeitä on jokaisen kumppanin, mikä verkko sisältää kaksi erillistä luokkaa solmuja: ympyrät edustavat proteiineja ja kolmiot edustavat aminohappotähteitä (kuvio 3a). Keskityimme ensin aliverkon usein muuttunut syövän geenien ja niiden vuorovaikutusta kumppaneiden (kuvio 3), tämä aliverkon koostui 185 proteiinia solmuja, joista 65 ovat syöpä geenit ja 120 ovat vuorovaikutuksessa kumppaneita. Jäännökset välittävä homo-dimerisaatio eivät sisälly tähän lukuun, mutta on läsnä kattavan verkoston. Kuviossa 3b, kaikki tähteet osallistuvat liitännät on esitetty, kun taas kuvio 3c esittää vain rajapinnan tähteet, jotka ovat mutatoituja syövässä.

reunat mukana itse vuorovaikutuksessa ei ole esitetty. a) Esimerkki verkon kuvataan, miten proteiinit, käyttöliittymä tähteet ja mutaatiot ovat edustettuina kaksijakoinen verkon malli. Kun proteiini-proteiini-vuorovaikutuksen verkon solmut edustavat proteiinien A-D on kytketty suoraan toisiinsa. Meidän bi-partite proteiinijäännös vuorovaikutusverkosto, rajapinnan tähteet välissä näkyy proteiineja. Esimerkiksi, jäännös 1 proteiini A (A_1) on mukana proteiini-proteiini-rajapinnassa A ja B sekä A ja C Jäännökset mutatoitunut syövän on esitetty bi-partite proteiinin mutatoitu tähde vuorovaikutusta verkossa. Esimerkiksi, A_1 on mutatoitu ainakin yksi syöpää yhdellä potilaalla, kun taas jäännös B_1 -present edellä, mutta puuttuu tässä-ei. b) kaksijakoinen verkko osoittaa syövän geenien ja niiden välittömässä interactors. c) kaksiosaisen verkko näkyy vain tähteet, jotka mutatoitiin yhden tai useamman kasvaimia. Kiertelivät rajapinta jäännökset vuorovaikutuksessa useiden proteiinien.

Huomasimme, että keskimäärin 2,2 sitoutumiskohtia kohti syöpää geeni kanna mutaatiota, joidenkin tuumorisuppressorien (FUBP1, KMT2D, NOTCH2 ja MLH1) ja onkogeenien (CCND1 ja SKP2), joilla ei ole rajapinta mutaatioita ja joissakin syöpä geenit, joiden mutaatiot useita erillisiä liitäntöjä (mukaan lukien TP53 kanssa mutaatioiden 8 eri rajapintojen, CTNNB1 kanssa mutaatioiden 7 eri interafaces, APC mutaatioiden 6 eri rajapintojen ja EGFR mutaatioita 4 eri rajapintojen ). Tämä havainto viittaa siihen, että fenotyyppisen pleiotropia johtuvat selvä muutos vuorovaikutuksen profiilien syövän geenit voivat olla edistää kasvaimen heterogeenisuus.

Kaksi erityisen mielenkiintoisia alueita bi-partite verkon keskus kasvaimen synnyssä B2M ja TP53. Nämä verkkomoduulien osoittavat selvästi malleja mutaation lokalisointi rajapinnoilla viittaavia erilaisia ​​selektiivisiä paineiden toimivat kohdistaa mutaatioita kussakin tapauksessa. Kuvaamme nämä kaksi moduulia yksityiskohtaisemmin seuraavissa kappaleissa.

B2M verkkomoduulin

Toisin kuin useimmat syöpä geenit verkostomme, rajapinta mutaatiot vaikuttavat tuumorisuppressori beeta-2-mikroglobuliini (B2M) olivat sijaitsevat pääasiassa kumppani geenejä. Useimmat niistä kumppanien kilpailevat keskenään sitomaan saman sivuston B2M (kuvio 4a). Yleisimmin havaitut mutaatioista B2M kautta oli jäämiä 121 ja 33 HLA-A ja tähteet 140 ja 118 HLA-B.

a) kaksiosainen verkosto kasvain vaimennin B2M, sen kumppaneiden ja käyttöliittymä jäämiä jolla ne ovat vuorovaikutuksessa. b) kaksijakoinen verkko osoittaa vain osajoukko tähteitä, jotka havaittiin satamaan missensemutaatioita syöpäpotilailla. Koko tässä Jäännöksen solmut edustavat useita kasvaimia, joissa jäännös mutatoitunut.

lisäksi LILRB1 ja LILRB2, muut 10 vuorovaikutusta kumppaneiden B2M (kuvio 4b) ovat kaikki mukana antigeenin esittely. Näitä ovat MHC-luokan 1 proteiinien (HLA-A, HLA-B, HLA-G, HLA-E) ja luokan jäsenien läheisesti liittyvien proteiinien mukana esittäminen ei-peptidi-antigeenejä (CD1a, CD1b, CD1D, HFE, MR1 ja FCGRT). Pinta ilmaisun ja antigeenin esittely luokan I MHC edellyttää sitoutumista B2M [31]. MHC-luokka 1 geenit ovat erittäin polymorfisia, jonka ansiosta ne voivat esittää erilaisia ​​endogeenisten peptidien [31]. Vaikuttavia mutaatioita B2M sitoutuminen kumppaneiden kanssa antigeeninesittelyreitille voisi alentaa tehokkuutta itse antigeenin esittelyä ja siten helpottaa immuunivasteen kiertämistä syöpäsoluja. Rikastamista mutaatioiden kumppani rajapintoja voi heijastaa että valinta kasvaimissa toimii vaikuttavan erityisesti esittämiseen omia antigeenejä, niin että kasvaimia eri mutaatio profiileja tarvitse häiritä eri näkökohtia antigeeninesittelyreitille.

TP53 verkkomoduulin

TP53 on yleisimmin mutatoitunut geeni ihmisen syövissä, joissa mutaatiot jaetaan koko avoimen lukukehyksen

3. Mutaatiot tässä geenissä on raportoitu olevan erilaisia ​​vaikutuksia TP53 toimintaa [32]; jotkut mutaatiot aiheuttavat voitto toiminto toiset tukahduttaa TP53. Jopa erillisiä aminohapposubstituutioita samaan jäännös voi johtaa erilaisiin fenotyyppeihin [32]. Tässä käytimme proteiinin tähteen kahdenvälistä vuorovaikutusta verkon TP53 tutkimaan mahdollisia biologiset vaikutukset erillisiä mutaatioita.

Useat mutatoidun rajapinnan tähteet TP53 verkkomoduuli välittävät useita proteiini vuorovaikutusten. Mutatoidut TP53 tähteet 18 ja 27 ovat vuorovaikutuksessa sekä MDM2 ja EP300 (kuvio 5a ja 5b). Jaettu tähteet ovat erityisen kiinnostavia, koska mutaatiot näissä kohdissa voisivat samanaikaisesti häiritä useita solunsisäisiä signaaleja, tai voisi siirtää tasapainoa välisen sitoutumisen vuorovaikutuksen kanssa. Mukaan Kohn n 2-tilamalli [33] EP300 on kaksi roolit TP53 verkossa. Kun aktiivisessa tilassa (ilman solustressiä), TP53 voidaan inaktivoida kautta ubikinaa- joko MDM2 tai EP300. Tässä skenaariossa EP300 yhteistyötä MDM2. Kuitenkin aktiivisessa tilassa (laukaisee DNA-vaurion) fosforylaatio TP53 (tähteet 18 tai 20) inhiboi MDM2 sitovia, kun se edistää EP300 sitova. MDM2 on negatiivinen säätelijä TP53 taas EP300 stimuloi TP53: n transkriptionaalisen aktiivisuuden. Näin EP300 on vastakkaisen rooli MDM2 että TP53 aktiivisessa tilassa. Destabiloimalla TP53-EP300 vuorovaikutus, joka on epäedullinen kasvaimen etenemisen, mutaatiot nämä tähteet voivat spesifisesti inhiboida EP300 sitoutumisen, mikä vapauttaa sitoutumiskohta vuorovaikutuksessa MDM2.

a) kaksiosaisen verkko tuumorisuppressorigeenin TP53, sen kumppaneiden ja rajapinnan tähteet, jolla ne ovat vuorovaikutuksessa. b) kaksijakoinen verkko osoittaa vain osajoukko jäämiä havaitaan satamaan missensemutaatioita syöpäpotilailla. Koko tässä Jäännöksen solmut edustavat useita kasvaimia, joissa jäännös mutatoitu. c) Kaplan Meier selviytymisen juoni potilaita TCGA mutaatioita in TP53 tähteissä 175, 248 tai 273. d) TP53 mutaatiot R175, R273 ja R248 näytetään kiderakenne TP53 homotetrameerinä.

TP53 tähteet 181, 247 ja 249 vuorovaikutteisesti TP53BP1 ja TP53BP2 (kuvio 5a ja 5b). TP53BP1 edistää DNA: n korjaukseen ja solusyklin kontrolli, sekä parantaa TP53-välitteisen transkriptionaalisen aktiivisuuden [34], ja TP53BP2 parantaa vaurioita indusoiman apoptoosin [35]. Toisin kuin MDM2-EP300 esimerkiksi edullisin tulos kasvaimen näyttäisi seurauksena, jos mutaatiot tähteissä 181, 247 ja 249 vaarantunut sekä TP53BP1 ja TP53BP2 vuorovaikutusta. Mielenkiintoista on, että mutaatiot jäännös 249 ennustettiin vakauttaa vuorovaikutusta TP53BP1 mutta horjuttaa vuorovaikutus TP53BP2 (S1 File) viittaa monimutkaisempi roolia näiden TP53 sitovia kumppaneita tuumorigeneesiin

TP53 jäännös 45 on tärkeitä sitoutumiselle RPA1 ja HGMB1. TP53-RPA1 kompleksi on tärkeää homologisen rekombinaation ja välttämättömiä tuumorisuppressiogeeneksi [36], kun taas HMGB1 on sekä kasvaimia synnyttävän ja tuumorigeenisia toimintaa [37]. On ehdotettu, että ilman TP53, HMBG1 edistää autophagy ja HMGB1-välitteisen autophagy stimuloi kasvainsolun eloonjäämistä kautta TP53-riippuvaisten prosessien [38]. Häiritsevät sekä RPA1 ja HMBG1 vuorovaikutukset TP53 vuoksi voi olla edullista kasvaimen huoltoa.

Tietyt mutaatiot TP53 tiedetään olevan prognostinen arvo syöpäpotilaille. Nämä mutaatiot luokitellaan sen mukaan, ovatko ne vaikuttavat DNA sitomiskyky (R248Q, R273H) tai yleinen proteiini vakautta (R249S, G245S, R175H ja R282W) [39]. Poeta

et al

. [40] luokiteltu TP53 mutaatioita kuin häiritsevä tai ei-häiritsevä mukaan onko ne sijaitsevat DNA: ta sitovan domeenin (DBD). Mutaatiot häiritsevä luokan liittyi lyhyempi selviytymistä. Erityistä mutaatio kuormittajat (248, 273 ja 175) on äskettäin havaittu vaikuttavan kemoterapiaa herkkyys ja eloonjäämiseen munasarjasyövän [41]. Vaikka DNA: ta sitovan ja oligomerisaatiodomeeneille ja TP53 yleensä käsitellään erikseen, rajapinta kuvaukset korostaa, että monet aminohapot osallistuvat TP53 dimeroitumisen kuuluvat DBD, tosiasia, että on raportoitu aiemmin [42].

Vaikka sekä tähteet 248 ja 273 edistävät DNA sitova, niiden topologinen vaikutusta seuraavien PPI verkossa eroavat toisistaan. Havaitsimme 3 mutaatiostatuksesta kuormittajat (usein mutatoitunut tähteet), jotka ovat mukana eri sarjaa yhteisvaikutukset: TP53 jäännös 273 kohdistuu nimenomaan DNA sitova, tähteeseen 175 kohdistuu nimenomaan TP53 oligomerisaatioon ja tähteen 248 on tärkeä oligomerisaatioaste DNA: han sitoutumisen ja vuorovaikutus kahden proteiinin kumppaneiden , TP53BP1 ja TP53BP2. Kun potilaat ryhmiteltiin mutaatio näissä kolmessa sivustoja, havaitsimme tilastollisesti merkitsevää eroa eloonjäämisen suuntauksia (Chi-Square = 11,1, P-arvo 3,8 x 10

-3, Log-Rank Test) (kuvio 5c ). Kolmiulotteinen paikantaminen tähteiden 175, 248 ja 273 on TP53 tetrameerin esitetään kuviossa 5d.

Toiminnalliset mutaatiot rikastettu tuumorisuppressoriproteiinia muttei onkogeeni Homo-Oligomerisointi Sites

Mutaatiot voisi kartoitetaan onto homo-oligomerointi sivustoja 46 syövän geenien. Koska kiteytys joskus havaitsee proteiini-proteiini yhteyksiä, jotka eivät tapahdu solussa, analyysimme keskittyy 23 syövän geenien vahvistettiin muodostamaan biologista oligomerizations PISA [43], ja sitä kirjallisuudesta (S5 ja S6 taulukot). Koska jättäminen oligomeroitavan todennäköisesti häiritsevät proteiinin toiminnan, huomasimme on mielenkiintoista, että mutatoidut oligomerisaatioon sivustot olivat suunnilleen yhtä edustettuina onkogeenien ja tuumorisuppressoreita (Kuva 6). Me arveltu, että mutaatiot näillä paikoilla vuonna tuumorisuppressoreilla mutta ei onkogeenien olisi rikastunut toiminnallisten aminohapposubstituutioita. Tämän testaamiseksi VEST pisteet jakaumat mutaatioita verrattiin poikki oligomerisaatioon sivustoja onkogeenien tuumorisuppressorit ja muita geenejä. Huomasimme, että tuumorisuppressoreilla merkittävästi rikastunut toiminnallisten mutaatioiden niiden homo-oligomerointi alueilla verrattuna muihin geeneihin (P-arvo 1,73 x 10

-8, Odds Ratio 3,68) (S7 taulukko), mutta ei havainnut tätä rikastus for onkogeenien (Kuva 6).

reunat ovat värillisiä mukaan toiminnallisten ennusteiden avulla VEST. Punaiset viivat kuvaavat, että mutaatiot vaikuttavat tähteen ennustettiin toimivaksi (VEST 0,75), siniset viivat osoittavat neutraali ennustuksen (VEST 0,25), ja romutti harmaat viivat osoittavat mutaatioita ei luottavaisesti annetaan toiminnallinen tai neutraali etiketti.

Nukleiinihapon toutumiskohtiin Harbor odottamaton määrä missensemutaatioita

seuraavaksi tutkitaan proteiini-DNA: n sitoutuminen verkoston sivustoihin. Mendelin mutaatiot DNA-sitoutumiskohdista kokeellisesti havaittu joko kumota DNA: ta sitova tai muuttaa DNA: ta sitovaa spesifisyyttä sidosmotiivia DNA-sekvenssi [9]. ATE mukana rakenteet 10 tuumorisuppressorien, 2 onkogeenien ja 168 lisägeenit sidottu DNA (S8 taulukko). Näistä 9 tuumorisuppressorien, 1 onkogeenin ja 131 muita geenejä oli mutaatioita DNA sitovat alueet (S9 taulukko). DNA sitovat alueet eivät yleensä ole päällekkäisiä proteiini-vuorovaikutuksessa alueilla proteiinien Mendelin sairauksiin [9]. Proteiinit verkostomme vastaavasti osoittivat lähes ole päällekkäisyyttä proteiinin vuorovaikutuksen sivustoja rakenteellisesti ratkaistu DNA sitova rajapinnat (P-arvo 8,86 x 10

-5, Odds Ratio 0,77). Lisäksi odottamaton määrä, joiden mutaatiot mutta eivät hiljaisia ​​mutaatioita tapahtunut DNA sitoutumiskohtia (P-arvo 3,38 x 10

-3, Odds Ratio 1,19) (S10 taulukko), mikä viittaa siihen, että DNA: ta sitovaa toimintaa noin näiden proteiinien saattaa olla tärkeää kasvaimien synnyn.

180 DNA: ta sitovien proteiinien verkostomme, kymmenen olivat transkription master sääntelyviranomaisten (ETS1, SRF, FOXO4, GATA3, HNF1B, HNF4A, MAX, MYC, NFKB1 ja NFATC1 [44, 45]), joista kahdeksan (SRF ja HNF1B ovat poikkeuksia) oli mutaatioita DNA sitovien alueiden. Transkription master sääntelyviranomaisten, geenit huipulla sääntely hierarkian, pystyvät kontrolloimaan ekspressiota useiden kohdegeenien ja ovat tekijöitä solun kohtalon. Siten mutaatiot näiden geenien että joko kumota DNA sitova tai muuttaa sen spesifisyys ovat omiaan aiheuttamaan laajaa muutoksia geenien ilmentyminen.

Oletimme, että mutaatiot muuttamalla RNA sitoutumiskohtiin proteiinien olisi samankaltaisia ​​seurauksia kuin muuttamalla DNA sitoutumiskohtia . Verkostomme kuului yksi RNA-sitova onkogeeni ja 73 RNA-sitovia muiden geenien tukee yhteistyötä kiderakenteet ATE (S11 taulukko). Toisin kuin on raportoitu DNA sitovat alueet, emme tarkkailla molemminpuolisen poissulkemisen tähteiden välittävä proteiini-proteiini vuorovaikutusten ja ne välittävät proteiini-RNA vuorovaikutuksia.