Krooninen sairaus

tiivistelmä

Keuhkosyöpä on johtava syy syöpään liittyvien kuolemien maailmanlaajuisesti. Puute varhainen havaitseminen ja rajallisesti vaihtoehtoja kohdennettuja hoitoja ovat molemmat osasyy synkkä tilastojen havaittu keuhkosyöpä. Niinpä edistysaskeleet molemmilla aloilla todennäköisesti johtaa parempaan tuloksia. MikroRNA (Mirs tai miRNA) ovat luokka ei-koodaavat RNA: t, joilla on kyky geenisäätelyn ja toimii sekä diagnostisia ja prognostisia biomarkkereita keuhkosyövässä. Epänormaali lauseke kaavoja useita miRNA on tunnistettu keuhkosyövässä. Erityisesti anna-7 ja miR-9 vapautettiin sekä keuhkosyövässä ja muut kiinteät syöpäsairauksia. Tässä asiakirjassa me rakentaa matemaattinen malli, joka yhdistää let-7 ja miR-9 lausekkeen signalointireitin tuottaa in silico mallin prosessin epiteelin mesenkymaalitransitioon (EMT). Simulaatiot mallin osoittavat, että EGFR ja Ras mutaatioita ei-pienisoluisen keuhkosyövässä (NSCLC), joka johtaa prosessin EMT, johtaa miR-9 ilmentymisen lisääntyminen ja anna-7 tukahduttaminen, ja tämä prosessi on melko vankka vastaan ​​satunnainen tulo osaksi miR-9 ja voimakkaammin vankka vastaan ​​satunnainen panos let-7. Me valittiin vahvistamaan mallimme in vitro testaamalla vaikutuksia EGFR estoa loppupään MYC, miR-9 ja anna-7a ilme. Mielenkiintoista on, että EGFR mutatoitunut keuhkosyövän solulinjaa, hoito EGFR estäjän (Gefitinibi) johti pitoisuutena erityinen väheneminen c-MYC ja miR-9 ilmaisun mutta ei muuttuviin anna-7a ilme. Meidän matemaattinen malli selittää signalointiyhteyden keskuudessa EGFR, MYC, ja miR-9, mutta ei anna-7. Kuitenkin hyvin vähän on nykyisin tiedetään tekijöistä, jotka säätelevät let-7. On aivan mahdollista, että kun tällainen säätö- tekijöiden tullut tunnetuksi ja integroitu mallimme, ne edelleen tukevat matemaattinen malli.

Citation: Kang HW, Crawford M, Fabbri M, Nuovo G, Garofalo M, Nana- Sinkam SP, et ai. (2013) matemaattisen mallin varten MicroRNA Lung Cancer. PLoS ONE 8 (1): e53663. doi: 10,1371 /journal.pone.0053663

Editor: Elad Katz, University of Edinburgh, Yhdistynyt Kuningaskunta

vastaanotettu: toukokuu 31, 2012; Hyväksytty: 3. joulukuuta 2012 Julkaistu: 24 tammikuu 2013

Copyright: © 2013 Kang 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.

Rahoitus: Tämä tutkimus on tuettu osittain matemaattinen Biosciences Institute ja National Science Foundation alle apurahan DMS 0931642 ja National Cancer Institute alle apurahan CA 150297. rahoittajat ei ollut roolia tutkimuksen suunnittelu, tiedonkeruu ja analyysi, päätös julkaista, tai valmisteen käsikirjoituksen.

kilpailevat edut: kirjoittajat ovat ilmoittaneet, etteivät ole kilpailevia intressejä ole.

Johdanto

Keuhkosyöpä on johtava syy syöpään liittyvien kuolemien maailmanlaajuisesti. Yhdysvalloissa määrä esiintymisten on noin vuosittain, ja kuolleiden määrä on, joka edustaa kaikista syöpään liittyvien kuolemien [1]. Puute varhainen havaitseminen ja rajallisesti vaihtoehtoja kohde hoitoja ovat molemmat osasyy synkkä tilastojen havaittu keuhkosyöpä. Niinpä edistysaskeleet molemmilla aloilla todennäköisesti johtaa parempaan tuloksiin.

MikroRNA (Mirs tai miRNA) ovat luokka ei-koodaavat RNA: t, joilla on kyky geenisäätelyn ja voivat toimia ja ennustavia biomarkkereita keuhkosyövässä. Epänormaali lauseke kaavoja miRNA on tunnistettu keuhkosyövässä. Erityisesti anna-7 ja miR-9 vapautettiin sekä keuhkosyövässä ja muut kiinteät syöpäsairauksia. Takamizawa et ai. (2004) ja Nicoloso et ai. (2009) osoittivat, että let-7 vaimentua ei-pienisoluisessa keuhkosyövässä (NSCLC) [2], [3]. Useat tutkijat ovat osoittaneet, että let-7 satamissa tuumoria tukahduttavan ominaisuuksia sekä in vitro että in vivo [4], [5]. Käyttäen microarray data, Yanaihara et ai. (2006) raportoi, että miR-9 aleni NSCLC [6], kun taas Volinia et al. (2006) on raportoitu kasvu miR-9 ilmaisun [7]. Viime aikoina Crawford et ai. (2009) raportoivat voimistunutta ilmentymistä miR-9 NSCLC [8], ja Võsa et al. (2011) kiinnitti samaan johtopäätökseen niiden microarray data [9]. Viime aikoina olemme myös itsenäisesti analysoida tapauksia NSCLC ja verrattiin miR-9 ilmaisun välillä kasvainten ja viereisten uninvolved keuhkokudoksesta. Huomasimme, että noin tapauksissa miR-9 yliekspressoitui keuhkojen kasvaimet; katso oheismateriaali S1. Tuore tutkimus osoitti, että miR-9 edistää etäpesäkkeiden mahdollisuus rintasyövän osittain kohdentamalla komponenttien epiteelin mesenkymaalitransitioon (EMT) [10]. Kuitenkin rooli miR-9 patogeneesissä keuhkosyövän ymmärretä hyvin. Mascaux et ai. (2009) osoittivat induktio in miR-9 ilmaisun aikana keuhkoputken squamous syövän synnyn [11].

Koska yksittäisen miRNA voi säädellä kymmenistä satoihin geenien merkityksen ymmärtämisen yksittäisen miRNA syöpäbiologiassa voi olla haastavaa. Tämä hankaloittaa edelleen havaintoja, että dysregulaatio useiden miRNA usein tarvitaan aiheuttamaan tietyn fenotyypin. Tähän mennessä muutamia malleja on olemassa valottaa mekanismeja, joilla useita miRNA osaltaan sekä yksittäin yhdessä edistää kasvaimen aloittamista ja etenemistä. Soveltamalla matemaattista mallinnusta miRNA biologia antaa mahdollisuuden ymmärtää näitä monimutkaisia ​​suhteita. Esillä olevassa tutkimuksessa olemme kehittäneet ensimmäisen kerran matemaattinen malli, jossa keskitytään miRNA (miR-9 ja anna-7) yhteydessä keuhkosyöpä mallina järjestelmän; kuitenkin, meidän malli järjestelmä voitaisiin soveltaa miRNA biologian sekä pahanlaatuisten ja hyvänlaatuisten sairauksien. Yksinkertaisuuden vuoksi on integroitu nämä miRNA osaksi signalointireitin tuottaa in silico mallin prosessin EMT. Tässä me myös EGF-EGFR monimutkainen ja siihen liittyvät alavirran signalointia huipentui matriisimetalloproteinaasi (MMP) lauseke. Muut meidän koulutusjakson sisältävät SOS, Ras, ERK, MYC, E-kadheriinin, miR-9, ja anna-7.

Olemme simuloitu mallin useiden eri skenaarioiden geenimutaatioita, jotka voivat johtaa keuhkosyöpään ja määräytyy kussakin skenaariossa, että miR-9 oli voimistunut ja anna-7 vaimentua. Olemme myös osoittaneet, että prosessi, joka johtaa EMT on hieman vankka vastaan ​​satunnainen panos miR-9 ja voimakkaammin vankka vastaan ​​satunnainen panos let-7.

Tulokset

Biologiset Background

Kuva 1 A esittää signalointireitin johon miR-9, anna-7, MYC, ja EMT, kun taas kuvio 1 B on yksinkertaistettu versio, jota käytetään matemaattista mallia. miR-9 on yliaktiivista NSCLC. Vaikka Yanaihara et ai. (2006) raportoivat laskua miR-9 käyttäen microarray data [6], useat muut paperit, uudempaa, raportoitu kasvua miR-9 NSCLC: Volinia et al. (2006) ja Võsa et ai. (2011) käytetään mikrosirujen [7], [9], ja Crawford et ai. (2009), jota käytetään PCR [8]. Olemme analysoineet tapauksia NSCLC PCR ja osoittaa miR-9 yliekspressio keuhkokasvaimia verrattuna viereiseen uninvolved keuhkojen ja esittää esitys tällaisista tapauksista; katso oheismateriaali S1.

Polku EGR-EGFR monimutkainen MMP, joka sisältää miR-9 ja anna-7, on esitetty (A) ja yksinkertaistettu polku on esitetty (B).

MYC ohjaa monia perusteellisia solun prosesseja, ja poikkeava MYC ilmaisun tiedetään liittyvän syöpään. Esimerkiksi, Frenzel et ai. (2010) totesi, että MYC aktivoituu yleensä monissa syövissä [12], ja Aguda et al. (2008) osoitti, kuinka MYC voi toimia joko onkogeeni tai kasvaimia estävä [13]. Vuonna keuhkosyöpä, MYC perhe onkogeenien monistetaan sekä pienisoluinen keuhkosyövässä (SCLC) ja NSCLC [14], [15]. Lisäksi c-MYC voi aiheuttaa etäpesäke c-Raf mutantti NSCLC [16].

Tutkijat ovat myös tunnistaneet yhteyden MYC ja miRNA että myös merkittävä rooli syövän. Rinaldi et ai. (2007) osoitti, että sekä MYC ja miRNA klusterin miR-17-92 monistuvat ihmisen Manttelisolulymfooman [17]; Frenzel et ai. (2010) on kuvattu miR-9, kuten kasvaimia synnyttävää miRNA ja let-7 tuumorisuppressorina miRNA jotka molemmat säätelevät MYC [12]: MYC indusoi miR-9, joka estää tuumorisuppressorin polkuja, kun taas MYC inhiboi let-7, joka estää onkogeenisia reittejä. Ma et ai. (2010) havaitsivat, että miR-9 ohjaa MYC, downregulates E-kadheriini ja indusoi etäpesäkkeitä rintasyövän [10]. Wolfer ja Ramaswamylle (2011) tutkittiin miten MYC rintasyövässä etäpesäkkeiden käyttäen signalointireitin, joka sisältää let-7, miR-9, E-kadheriinin ja EMT [18].

Ehdotettu polku perustuu useita riviä tutkimuksen. Samanlaisia ​​rintasyöpä, anna-7 vaimentua NSCLC [2], [3]. Takamizawa et ai. (2004) osoittivat, että vähennyksiä let-7 peräti tapahtui kasvaimissa verrattuna sivullisten viereiseen keuhkokudoksessa [2]. Tässä samassa tutkimuksessa vain tapauksia oli niin vähennykset (). Kuitenkin uudempien tutkimuksen Inamura et al. (2007) osoittivat, että joukossa on hyvin erilaistunut adenokarsinoomat (), vähennykset let-7 perheenjäsenet olivat vaatimattomia (noin) [19]. Wang et ai. (2011) väitti, että c-MYC tukahduttaa transkriptio let-7 [20]. Johnson et ai. (2005) ja muut osoittivat, että Ras vaimennetaan let-7 [21]. Lee ja Dutta (2007) ehdotti, että let-7 tukahduttaa HMGA-2 on keuhkosyöpäsolua [22], ja THUAULT et al. (2008) väitti, että HMGA-2 aiheuttaa EMT aktivoimalla Snail1 joka vuorostaan ​​tukahduttaa E-kadheriinin [23]. E-kadheriinin downregulates MMP keuhkoputkien kasvainsoluissa [24]. Sekä E-kadheriinin ja MMP ovat sekaantuneet biomarkkereina useissa kiinteiden maligniteetteja kuten keuhkosyöpä. Tuore tutkimus osoitti, että kohonnut MMP-9 tapauksissa NSCLC korreloi edennyt pitkälle ja läsnäolo etäpesäkkeitä [25]. Lisäksi Rao et ai. (2005) osoittivat in vitro ja in vivo, että adenoviruksen geeninsiirto MMP-9 saattaa vähentää keuhkosyövän invasiivinen kapasiteetti ja muodostumista etäpesäkkeiden [26]. Vähentynyt E-kadheriiniekspressiota myös näyttää korreloivan kliinisesti aggressiivisempi sairaus [27] – [29].

Roberts ja Der (2007) käyttivät EGFR-Ras-Raf-MEK-ERK-reitin selittää, että 10 % NSCLC syntyvät EGFR mutaatioita ja 30% NSCLC syntyy mutaatioita Ras [30]. SOS on välimuoto EGF-EGFR monimutkainen ja Ras [31], ja on tukahdutettu kautta negatiivista palautetta ERK [32], [33]. Huang et al. (2011) osoittivat, että ERK /MAPK keuhkosyöpä aktivoi c-MYC [34]. Kuva 1 esitetään yhteenveto edellä riviä tutkimuksen. Jotta Yksinkertaisuuden vuoksi ehdotamme yksinkertaisempi versio kuviossa 1 B, joka kuitenkin kattaa pääpiirteet Kuvio 1 A. Myönnämme, että muut signaalinvälitysreittien ohjaavat EGF-EGFR kompleksi kuten PI3K /Akt joka säätelee solujen eloonjäämistä. Kun kuitenkin otetaan huomioon kiinnostus miR-9 ja anna-7 mahdollisina biomarkkereita, ei ole sisällytetty tämän reitin mallimme.

malliyhtälöt

ottavat käyttöön tavallisten differentiaaliyhtälöiden että kuvaavat signalointireitiksi EMT (edustaa taso MMP mRNA) aiheuttama MYC kautta miR-9 ja anna-7, kuten kuviossa 1 B. differentiaaliyhtälöt perustuvat kuviossa 1 B, ja yksityiskohtaiset selvitykset on esitetty menetelmät . Merkintätapa lajien pitoisuudet on esitetty taulukossa 1. (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

Simulaatiot

suuri määrä NSCLC tapauksissa syntyy EGFR mutaatioita [35], [36], tai ras-mutaatioiden [37]. Oletamme, että negatiivinen palaute ERK SOS saattaa keskeytyä NSCLC. Kuvaamme nämä harhautumista lisäämällä, lisäämällä tai vähentämällä, jotta pitoisuus EGF-EGFR monimutkainen kasvaa, Ras on yli-aktivoidaan SOS, tai negatiivinen palaute ERK SOS on heikentynyt. Seuraavassa simulaatiot osoittavat vaikutuksen kasvusta sekä ja vähenee kasvussa miR-9, anna-7 ja MMP.

simulaatiot mallin yhtälöt suoritettiin käyttäen Matlab. Käytimme oodi ratkaisija, ode15 s, ratkaista järjestelmän tavallisten differentiaaliyhtälöiden numeerisesti. Ratkaisemaan järjestelmän stokastinen differentiaaliyhtälöiden satunnainen tuloa miR-9 tai anna-7 numeerisesti kehitimme koodin käyttäen Euler järjestelmää. Kaikki alkuarvot oletetaan olevan kuin terveillä normaalien solujen, nimittäin,,,,,,, ja.

Jos kasvaa seurauksena mutaatioita EGFR, odotamme kasvua miR-9 ja vähennys let-7 kuten myös havaitaan keuhkosyöpä. Mukana on myös kasvua MMP mRNA merkitsee EMT ja solujen vaeltaminen, joka osaltaan etäpesäkkeitä. Kuvio 2 esittää tason miR-9, anna-7, ja MMP on funktiona: lisäykseksi, miR-9: n ja MMP-mRNA: n pitoisuudet suurenevat ja anna-7 pitoisuus laskee. Esimerkiksi, taso miR-9 nousee kertainen alkaen ja että MMP mRNA pitoisuus nousee kertainen alkaen tasoon verrattuna terveissä normaaleissa soluissa. Toisaalta, taso anna-7 pitoisuus laskee kertainen alkaen.

. Yksiköt pystysuoralla akselit ovat ja aika on.

Kuva 3 esittää vaikutuksen Ras mutaatioiden tasoista miR-9, let-7, ja MMP mRNA jälkeen. Ras-mutaatioiden edustaa lisääntyminen. Näemme, että kun kasvaa, joten tee pitoisuudet miR-9 ja MMP mRNA samalla let-7 pitoisuus pienenee. Esimerkiksi, taso miR-9 pitoisuus nousee kertainen alkaen ja että MMP mRNA pitoisuus nousee kertainen alkaen tasoon verrattuna terveissä normaaleissa soluissa. Toisaalta, taso anna-7 pitoisuus laskee kertainen alkaen.

. Yksiköt pystysuoralla akselit ovat ja aika on.

Kun negatiivinen palaute ERK SOS on heikentynyt seurauksena mahdollisia mutaatioita ERK, parametrin yhtälöön. (1) on vähentynyt. Kuvio 4 esittää vaikutusta, näiden mutaatioiden: kuten pienenee, pitoisuudet miR-9: n ja MMP lisääntyy ja let-7 pienenee. Esimerkiksi, taso miR-9 pitoisuus nousee kertainen alkaen ja että MMP mRNA pitoisuus nousee kertainen alkaen tasoon verrattuna terveissä normaaleissa soluissa. Toisaalta, taso anna-7 pitoisuus laskee kertainen alkaen.

. Yksiköt pystysuoralla akselit ovat ja aika on.

Kuvassa 5, me simuloida aikakehitystä SOS, Ras, ERK, MYC, miR-9, let-7, E -Cadherin, ja MMP mRNA aikana kanssa; kuviossa 6 simuloinnit suoritetaan pidemmän ajan. Kun vertaillaan paneelien Näiden kahden luvun osoittaa, että dynamiikka SOS, Ras, ja ERK ovat erittäin nopeita; MYC, miR-9, ja anna-7 muutos suhteellisen hitaammin, ja MMP mRNA kestää jopa kauemmin päästä tasapainoon. Jälkeen minuutin, SOS ja Ras kasvoi kertaiseksi välillä ja sieltä on vastaavasti; ERK ja MYC kasvoi kertaiseksi välillä ja sieltä on vastaavasti; miR-9 lisääntyi kertaiseksi alkaen; MMP kasvoi kertaiseksi mistä verrattuna niiden arvot normaaleissa soluissa; let-7 väheni kertaiseksi alkaen, ja E-kadheriinin laski kertainen alkaen.

. Aika on alkaen; alkuarvot ovat kuin normaalin terveen solun; yksiköt pystysuoran akselit ovat sekä yksiköissä vaaka akselit ovat minuuttia.

. Aika on alkaen; alkuarvot ovat kuin normaalin terveen solun; yksiköt pystysuoran akselit ovat sekä yksikköä vaaka-akseleilla skaalataan minuuttia.

Kuviot 7 ja 8 esittävät vastaavia simulaatiot kun nostetaan ja kuviot 9 ja 10 osoittavat samanlaista simulaatiot, kun on pieneni. Kuviossa 8 Ras kasvoi kertaiseksi alkaen; ERK ja MYC kasvoi kertaiseksi välillä ja sieltä on vastaavasti; miR-9 lisääntyi kertaiseksi alkaen; MMP kasvoi kertaiseksi mistä verrattuna niiden arvot normaaleissa soluissa; SOS laski kertainen alkaen; let-7 väheni kertaiseksi alkaen, ja E-kadheriinin laski kertainen alkaen. Kuviossa 10, pitoisuus muuttuu oleellisesti sama määrä kuin kuviossa 6.

. Aika on alkaen; alkuarvot ovat kuin normaalin terveen solun; yksiköt pystysuoran akselit ovat sekä yksiköissä vaaka akselit ovat minuuttia.

. Aika on alkaen; alkuarvot ovat kuin normaalin terveen solun; yksiköt pystysuoran akselit ovat sekä yksikköä vaaka-akseleilla skaalataan minuuttia.

. Aika on alkaen; alkuarvot ovat kuin normaalin terveen solun; yksiköt pystysuoran akselit ovat sekä yksiköissä vaaka akselit ovat minuuttia.

. Aika on alkaen; alkuarvot ovat kuin normaalin terveen solun; yksiköt pystysuoran akselit ovat sekä yksikköä vaaka-akseleilla skaalataan minuuttia.

Olisi mielenkiintoista tutkia vaikutusta ”tausta” Mir-9 ja anna-7 , nimittäin geenit, joiden kanssa nämä miRNA vuorovaikutuksessa. Tällaiset vuorovaikutukset eivät kuitenkaan raportoitu kirjallisuudessa. Siksi malli tällaista vuorovaikutusta, jonka satunnainen tulo. Kuvio 11 esittää, kuinka satunnainen häiriöihin miR-9 vaikuttaa MMP (EMT). Asettaminen ja kuten esitetään kuviossa 2, miR-9 aiheuta häiriötä satunnainen Gaussin tulo ja MMP esitetään kuviossa 11 A-D ja E-H, vastaavasti (lisäsimme oikealla puolella, jossa on standardi Brownin liike). Paneelit A /B ja E /F kuviossa 11 vastaavat silloin, kun miR-9 häiritään Gaussin sisäänmeno ja paneelit C /D ja G /H kuviossa 11 vastaavat silloin, kun me nousta. Paneeleissa B /D /F /H kuviossa 11, vertaamme MMP pitoisuus satunnaisella häiriöt (punainen viiva) ja ilman häiriöitä (vihreä katkoviiva). Kuvio 12 esittää samanlaisia ​​tuloksia, kun on kyse let-7 ja. Paneelit A /B ja E /F kuviossa 12 vastaavat silloin, kun let-7 häiritään Gaussin sisäänmeno ja paneelit C /D ja G /H kuviossa 12 vastaavat silloin, kun me nousta. Kuviot 13 ja 14 esittävät välineet (sininen tai punainen viiva) ja keskihajonnat (musta katkoviiva) päässä keinot miR-9, let-7, ja MMP pitoisuudet saadaan toteutuksia simuloinnin saman parametrit kuvioissa 11 ja 12. simulointitulokset kuvissa 11-14 saadaan kiinteä aika vaiheessa.

(A-D) ja (E-H). For (A, B, E, F) ja (C, D, G, H). Yksiköissä on vaaka-akseleilla skaalataan minuuttia.

(A-D) ja (E-H). For (A, B, E, F) ja (C, D, G, H). Yksiköissä on vaaka-akseleilla skaalataan minuuttia.

(A-D) ja (E-H). For (A, B, E, F) ja (C, D, G, H). Yksiköissä on vaaka-akseleilla skaalataan minuuttia. Tulos on otettu toteutukset simulointi.

(A-D) ja (E-H). For (A, B, E, F) ja (C, D, G, H). Yksiköissä on vaaka-akseleilla skaalataan minuuttia. Tulos on otettu toteutukset simulointi.

Olemme päätellä, että keskimääräinen MMP pitoisuudet ja keskihajonnat välineet ovat vakaita (vankka) pienille häiriöiden miR-9, eli kun. Kuitenkin, kun lisäämme jo vakautta standardipoikkeamat keskiarvosta MMP pitoisuus on taipumus hajottaa kuten näemme Paneelit D /H kuviossa 13; Paneelit D /H kuviossa 11 näyttää yhden näytteen kulkureitillä epävakaiden MMP keskittyminen vastaan ​​miR-9 hämminki. Toisaalta, keskimääräinen MMP pitoisuudet ja keskihajonnat keinot ovat paljon vakaampi let-7 häiriöiden suuret, ja lentoradat keinoja seurata tiiviisti kehityskaari MMP ilman satunnaisia ​​panos kuvion 14; Kuvassa 12 on esitetty yksi näyte polku MMP keskittyminen vastaan ​​let-7 hämminki. Huomaa, että olemme ottaneet paneeleissa A /B /E /F ja paneelit C /D /G /H. Sillä let-7, jos otamme niin pieni kuin kuten teimme Paneelit C /D /G /H kuviossa 11, keskihajonnat ovat hyvin pieniä ja mitätön (ei kuvassa). Syy miksi MMP on vakaampi vastaan ​​satunnaisia ​​häiriöitä let-7 kuin vastaan ​​miR-9 häiriöitä on, että let-7 häiriöiden läpi vaimennus negatiivinen palautteita anna-7-Ras ja ERK SOS, kuten kuvassa 1. samanlaisia ​​tuloksia (ei esitetty tässä) pitää, kun me vaihdella tai sijasta.

Herkkyysanalyysi

koska me keskitymme miR-9 ilmentymisen lisääntyminen ja anna-7 downregulation mahdollisina biomarkkereita keuhkosyövän halusimme selvittää, miten osamäärä miR-9 jaettuna let-7 riippuu mallin parametrit yhtälöitä. Olemme keskittyneet taulukon 2 parametreja, jotka ovat vain arvioita. Me tehdään herkkyysanalyysi, käyttämällä menetelmää osittaisen listalla korrelaatiokerroin (PRCC) käyttäen aiemmin kuvattu ohjelmaa [38]. Annamme jokaisen parametrien vaihtelevat väli arvioidusta arvosta ja kahdesti sen arvioitu arvo. Käyttämällä Latin Hypercube näytteenotto- menetelmä [38], me näytteitä kunkin parametrin välillä tasaisesti jakautunut välein ja juoksi toteutukset simulointi. Sitten me muuttaneet näytteet parametrien arvot ja suhde miR-9 ja anna-7 laskeman simuloinnissa listalla arvoihin, ja lasketaan osittainen listalla korrelaatiokertoimet. PRCC arvot arvioi parametrit ja niiden alueet on esitetty taulukossa 3, ja hajontakaavioiden Tilastollisesti merkittävät muuttujat on esitetty kuvassa 15.

sirontakaavioissa piirretään tilastollisesti merkittävät muuttujat (p-arvo); yksiköt vaaka- ja pystyakselin skaalataan; aika on minuutin ja tulos on otettu toteutukset simulointi.

joukossa parametrit,,,,,, ja olivat tilastollisesti merkitseviä. Parametrit ja voimakkaasti positiivinen korrelaatio. Tämä on luonnollinen; todellakin ja ovat tuotannon hinnat MYC ja miR-9. Kuten me lisätä tuotantoa nopeutta MYC, miR-9 pitoisuus kasvaa ja anna-7 pitoisuus laskee. Toisaalta,,, ja voimakkaasti korreloi negatiivisesti. Tämä on myös odotettavissa. Itse asiassa, on tuotannon määrä anna-7, on kyllästyminen vakio MYC lähteenä miR-9, ja se on ohjattu vakio MYC että anna-7 yhtälö. Näin ollen on luonnollista, että se pienenee, kun parametrit, ja lisäys. Kun me juoksimme realizations simulointi, saimme samanlaisia ​​tuloksia.

EGFR estäminen vähentää sekä c-MYC ja miR-9 pitoisuutena riippuvaisella tavalla

Kun ensimmäinen pyrkimys vahvistaa meidän matemaattinen malli, käsittelimme EGFR mutantti keuhkosyöpäsolua linjassa useiden pitoisuus kliinisesti käytettyjen EGFR estäjä Gefitinibi. Sitten arvioitiin käsiteltyjä soluja varten miR-9, anna-7a ja c-MYC ilmentyminen QRT-PCR. Kuten kuviossa 16, huomasimme, että vaikka pienempiä pitoisuuksia () Gefitinibiä aiheutti tilastollisesti merkittävä väheneminen sekä miR-9 ja c-MYC samanlaisia ​​vaikutuksia ei ilmeisiä suurempia pitoisuuksia Gefitinibin tai let-7a. Nämä havainnot kun ne on validoitu muita solulinjoja ehdottaa lisää monimutkaisuutta vaikutusten EGFR estoa miRNA ilmaisun ja että matemaattinen malli vain osittain ennustaa biologista yhteyksiä EGFR, c-MYC ja miRNA keuhkosyövässä.

tilastollinen merkitys määritellään *

p

0,05 (A) ja **

p

0,01 (C).

keskustelu

Keuhkosyöpä on johtava syy syöpään liittyvien kuolemien maailmanlaajuisesti. Suurin osa tapauksista on diagnosoitu myöhemmissä vaiheissa siten rajoittaa hoitovaihtoehtojen ja edistää huono tulos. Tämän seurauksena, tutkijat ovat yrittäneet identifioida keuhkosyöpä erityisiä biomarkkereita, joita voidaan hyödyntää varhaista havaitsemista ja ymmärtää paremmin metastaattisen prosessin. Tällaiset biomarkkerit voivat merkittävästi parantaa ennustetta ja vähentää kuolleisuutta. Tässä artikkelissa olemme ehdottaneet matemaattisen mallin, joka yhdistää miRNA anna-7 ja miR-9 osaksi prosessia EMT. miR-9 on osoitettu merkittävästi voimistuvan ja anna-7 vaimentua NSCLC.

Perustuu kokeellisen kirjallisuuden toimme signalointireitin EGR-EGFR kompleksin MMP ilmaisu, joka liittyy SOS, Ras, ERK, MYC, miRNA miR-9 ja anna-7, E-kadheriinin ja MMP. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, kohonnut MMP-9 NSCLC [25], mutta mallintamistarkoituksiin olemme viitanneet MMP yleisessä tavalla. Käyttämällä EGFR-mutantti keuhkosyövän solulinjassa, osoitimme, että EGFR johtaa vähenemiseen miR-9 sekä c-MYC ilmentymistä. Kuitenkin väliset suhteet miR-9 ja C-MYC eivät olleet suurempina pitoisuuksina lääkehoidon. Nämä havainnot tukevat monimutkaisuus kinetiikka miRNA ja kohdentaa geenin suhteita ja korosta hankalaa mallintamisen miRNA biologia. Tulosten perusteella näyttää, että korkeammat pitoisuudet EGFR todennäköisesti sitoutua muihin säätelijöitä miR-9 ja /tai c-myc ja että miR-9 voi olla viranomaisvalvonnan alaisuudessa lisägeenien jälkeen c-MYC.

vastaavasti kehitetty matemaattinen malli sisältää järjestelmä differentiaaliyhtälöiden ja käytetään mallia laskea tasolle miR-9 yli-ilmentymisen ja anna-7 downexpression asettamisessa EGFR mutaatioiden ja Ras mutaatioita. Osoitimme, että tällaiset mutaatiot upregulate taso miR-9 ja downregulate taso anna-7. Kertainen kasvu miR-9 tasoa saatu simulaatioissa oli yhdenmukainen kvantitatiivisesti kliiniset tiedot raportoitu ihmisen keuhkokasvaimia (oheismateriaalia S1). Meidän kokeiluja EGFR mutantti keuhkosyöpään solut eivät osoittaneet merkittäviä muutoksia let-7 viittaa siihen, että let-7 voidaan myös säädellä muiden signalointi verkoissa. Olemme tutkineet, miten satunnainen häiriöihin let-7 ja miR-9 vaikuttaa MMP ja totesi, että MMP on vakaampi vastaan ​​let-7 häiriöitä kuin vastaan ​​miR-9 häiriöiden; Tämä selittyy sillä, että let-7 häiriöiden issa vaimennus negatiivinen palautteita anna-7-Ras ja ERK SOS.

Parhaan tietomme mukaan esillä oleva paperi on ensimmäinen joka kehittää mallin keuhkosyövän ja miRNA kannalta differentiaaliyhtälöiden. Malli perustuu signalointireitin, joka sisältää miR-9 ja anna-7. Simulaatiot mallin osoitettava, miten mutaatioita, jotka havaitaan NSCLC kuuluu ylösajon miR-9 ja downregulation anna-7. Matemaattinen malli voidaan edelleen laajentaa ottamalla mukaan muita signalointireittejä, joissa on mukana anna-7, jotka liittyvät keuhkosyöpä. Kuitenkin tärkeä seuraava vaihe tätä linjaa tutkimus on selvittää, miten vapauttamiseen miR-9 ja anna-7 voivat yhdessä edistää keuhkosyövän etenemiseen ja voidaan käyttää luotettavina biomarkkereita. Jotta tähän haasteeseen matemaattisesti, ylimääräisiä kliinisiä tutkimuksia tarvitaan.

Methods

Tässä mallissa oletetaan, että EGF-EGFR kompleksi on vakaassa tilassa ja asettaa sen vakio . Brown et ai. (2004) mallinnettu EGFR signalointia negatiivinen palaute ERK SOS [32]. Me yksinkertaistettu joissakin osissa heidän mallin saada yhtälöt SOS, Ras, ja ERK. Me ilmi, ja pitoisuudet aktiivisen SOS, aktiivinen SOS, ja yhteensä SOS, vastaavasti. Olettaen, että kokonaismäärä SOS säilyy, meillä on (9) B

me ilmi, aktivointiaste inaktiivisen SOS ja kun deaktivointi korko aktiivisen SOS. Kuvaamalla nämä muunnokset jonka Michaelis-Menten kinetiikka, hallitseva yhtälö pitoisuuden aktiivisen SOS annetaan

Käyttämällä että EGF-EGFR kompleksi aktivoi SOS ja että ERK tukahduttaa aktiivinen SOS, me korvata mennessä ja, ja saamme Eq. (1). Vastaavasti kuvaamme muunnoksia välillä aktiivinen ja inaktiivinen Ras sekä aktiivisen ja passiivisen välillä ERK käyttäen Michaelis-Menten kinetiikkaa, ja johtaa yhtälöt. (2) ja (3). Täällä, katalyyttinen aktivoitumisnopeudet Ras ja ERK ovat verrannollisia aktiiviseen SOS ja aktiivinen Ras pitoisuuksia, vastaavasti. Yhtälössä. (2), repressio let-7 aktivointi Ras kuvataan eston tekijä. Yhtälössä. (4), tuotanto MYC on verrannollinen aktiivisen ERK pitoisuus. Yhtälössä. (5), aktivointi miR-9 MYC kuvataan neljännen asteen Hill toiminto, koska MYC on transkriptiotekijä, ja miR-9 aktivointi voi käsittää useita entsymaattisia vaiheita. Yhtälössä. (6), let-7 tuotanto estyy MYC. Yhtälössä. (7), E-kadheriinin, tuotanto on verrannollinen let-7 pitoisuuden ja inhiboi miR-9. Läpi yhtälöt. (4) – (7), hajoaminen lajien kuvataan lineaarinen massa toimia kinetiikka. Lopuksi Eq. (8) MMP tuotetaan vakionopeudella ja hajotetaan E-kadheriinin.

parametrit yhtälöiden. (1) – (8) on johdettu seuraavissa kappaleissa. Useimmat parametrit otetaan Brown et al. (2004) [32]. Niiden malli, he ovat ottaneet alkuperäisten pitoisuuksien kaikkien aktiivisten signaloinnin lajien olevan nolla, ja alkuperäisten pitoisuuksien kaikkien aktiivinen signaloinnin lajit olla paitsi MEK ja ERK, joiden pitoisuudet vietiin olla. Koska EGR-EGFR kompleksi pitoisuus, Brown et al (2004) [32] olettaa sen olevan muuttuja mutta meidän malli, se on vakio. Tämä vakio on valittu vakaan tilan pitoisuus EGF-EGFR kompleksi lasketaan käyttäen niiden parametrit.

laskeminen

Merkitään, ja numerot molekyylien EGF, vapaa EGFR, ja EGF-EGFR monimutkainen, ja sekä sitova ja sitoutumattomia hinnat EGF-EGFR monimutkainen. Jos on kokonaismäärä EGFR molekyylien sitten. Olettaen, että sitovat ja sitoutumattomia EGF: n ja EGFR tasapainotetaan vakaassa tilassa, me havewhich antaa (10) B

Mukaan Brown et al. (2004) [32], ja siksi. Me määrittää muuntamalla yksikkö keskittymistä. Lung solujen koko vaihtelee kuitenkin jopa kertaiseksi eroja [39]. Siksi käyttää ”keskimääräinen” solukoko viemällä se on HeLa-solu.

Koska EGF: n ja EGFR sijaitsevat solun pinnalla, meidän täytyy laskea solun pinta-ala; oletetaan, että solut on pallomainen muoto, jonka säde. Varten HeLa-solu, kokonaistilavuus isaccording on Fujioka et ai. (2006) [40]. Siksi ja sen pinta-ala on

Jalostus määrää molekyylien osaksi keskittyminen solun pinnalla, laskemme vakaan tilan pitoisuus EGF-EGFR kompleksi aswhere on Avogadron,; on määrä ainetta, joka sisältää yhtä monta yhteisöjä on atomeja on, ja on molaarinen pitoisuus (litraa kohti),

Muut parametrit SOS yhtälössä

Anna ja merkitsevät numerot aktiivisia ja inaktiivisia SOS molekyylejä. Mukaan Brown et ai. (2004), (11) missä P90Rsk on p90 ribosomaalinen S6-kinaasi, joka inaktivoi SOS, ja on määrä aktiivisia P90Rsk molekyylien [32]. Siinä paperi, parametrit on annettu,,, ja. Käyttämällä näitä numeroita, me määräävät parametrit bywhere on määrä sytoplasmassa HeLa-solu. Kokonaismäärä molekyylien aktiivista P90Rsk otettiin olevan [32].