Krooninen sairaus

tiivistelmä

Vaihe liittyvän geenin ilmentymistä allekirjoitus coordinately ilmaistuna geenejä, mukaan lukien transkriptiotekijä Slug (SNAI2 ) ja muut epiteelin-mesenkymaalitransitioon (EMT) markkereita on todettu läsnä näytteissä julkisesti saatavilla geeniekspression aineistot useita syöpätyyppejä, mukaan lukien nonepithelial syöpiä. Ilmentymisen tasot koekspressoidusta geenien vaihtelevat jatkuvasti ja koordinoida tavalla koko näytteet, jotka vaihtelevat ilmentymisen puuttumisen suhteen, vahva koekspressio kaikkien geenien. Nämä tiedot viittaavat siihen, että kasvainsolut voivat kulkea EMT kaltainen prosessi mesenkymaalitransitioon vaihtelevasti. Täällä näytämme, että glioblastoma multiforme (GBM), tämä allekirjoitus liittyy aika uusiutumiseen seuraavat hoidon aloittamisesta. Analysoimalla dataa Cancer Genome Atlas (TCGA), huomasimme, että GBM vastanneiden potilaiden hoidon ja piti pitkään uusiutumiseen oli alhainen allekirjoituksen niiden kasvain näytteissä (

P

= 3 x 10

-7). Huomasimme myös, että allekirjoitus korreloi voimakkaasti glioomis- kanssa oletetun kantasolujen merkki CD44, ja on korkeasti rikastettua joukossa ilmennetty eri geenien glioblastomas vs. alemman luokan gliooma. Tuloksemme viittaavat siihen, että pitkä viive ennen kasvaimen uusiutumisen liittyy puuttuessa mesenkymaalitransitioon allekirjoitusta, nostamalla mahdollisuus, että estämällä tämä siirtyminen voisi parantaa kestävyyttä hoidon gliooma potilaista.

Citation: Cheng WY, Kandel JJ, Yamashiro DJ, Canoll P, Anastassiou D (2012) Multi-Cancer mesenkymaalitransitioon Gene Expression-allekirjoitus assosioidaan Pitkittynyt aika uusiutumisen glioblastoma. PLoS ONE 7 (4): e34705. doi: 10,1371 /journal.pone.0034705

Toimittaja: Jeffrey K. Harrison, University of Florida, Yhdysvallat

vastaanotettu: 02 joulukuu 2011; Hyväksytty: 06 maaliskuu 2012; Julkaistu: 06 huhtikuu 2012

Copyright: © 2012 Cheng 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 rahoitettiin Columbian yliopiston keksijän patentti royalty edetessä. Patentti ei liity tutkimukseen kuvattu paperissa. Rahoittajat ollut mitään roolia tutkimuksen suunnittelu, tiedonkeruu ja analyysi, päätös julkaista tai valmistamista käsikirjoituksen.

Kilpailevat edut: Kirjoittajat ovat ilmoittaneet, etteivät ole kilpailevia intressejä ole.

Johdanto

monen syöpään vaiheessa liittyvän geenin ilmentymistä allekirjoitus on hiljattain tunnistettu [1], joka koostuu joukko geenejä, jotka coordinately yliekspressoituvat vain näytteitä syöpä, jotka ovat ylittäneet tietyn vaiheen kunkin syöpätyypin . Taulukko 1 sisältää luettelon 64 vastaavien geenien alkuun 100 koetinsarjojen (kuten esitetty [1]) allekirjoituksen. Allekirjoitus on lukuisia epiteelin-mesenkymaalitransitioon (EMT) merkkiaineet [2], [3], [4], kuten EMT-indusoivan transkriptiotekijä Slug (SNAI2), sekä COL5A2, FAP, POSTN, COL1A2, COL3A1, fbn1, TNFAIP6, MMP2, GREM1, BGN, CDH11, SPOCK1, DCN, COPZ2, THY1, PCOLCE, PRRX1, PDGFRB, SPARC, INHBA, COL6A2, FN1, ACTA2. Kuitenkin allekirjoitus on myös läsnä jopa joissakin nonepithelial syöpien, kuten neuroblastooma ja Ewingin sarkooma. Kussakin aineisto, ilmentymisen taso koekspressoidusta geenien vaihtelee jatkuvalla tavalla koko näytteitä. Tuoreessa kokeessa myös vahvistanut, että useimmat geenit allekirjoituksen, kuten α-SMA, ilmaistaan ​​jollakin ksenosiirrettyjä ihmisen syöpäsoluja itseään

in vivo

, mutta ei isännän hiiren soluissa [5]. Nämä tulokset osoittavat, että syöpäsolut voivat läpäistä mesenkymaalitransitioon prosessi vaihtelevasti aina täydellinen puuttuminen ilmaisun vahvaa yhteistyötä geenien allekirjoituksen, ja siten vastaava olevat reitit aktivoituvat sisällä syöpäsoluja yhdessä muita reittejä kasvaimen mikroympäristössä tarjoavat asiayhteyteen vuorovaikutusta.

keskimääräinen ekspressiotaso näistä 64 geenejä voidaan ajatella ilmentymisen taso metageeni edustaa allekirjoituksen, johon viittaamme nimellä ”mesenkymaaliset siirtyminen metageeni. ”Oletimme, että tämä arvo liittyy kliinisiä tietoja glioblastoma multiforme (GBM), jolle ei rikas tällaisia ​​tietoja saatavilla The Cancer Genome Atlas (TCGA). Huomasimme, että oli todellakin vahva yhdistys metageeni kanssa fenotyyppi ”Days kasvaimen uusiutumisen” määritellään ajanjakso hoidon alussa saakka diagnoosin tai tunnustamista läsnäolo ja luonne paluuta oireiden syöpä kauden jälkeen parannusta. Potilaat, jotka eivät ole kokeneet parannusta hoidon jälkeen on ”nolla” merkintä sille varattuun kenttään.

Methods

Tilastoanalyysiin käytimme listalla summa potilaiden pitkään uusiutumiseen jälkeen ranking potilaiden kannalta mesenkymaalitransitioon metageeni. Arvioidaan tilastollisen merkittävyyden, laskimme

P

arvo sen määritelmästä käyttämällä empiiristä kertymäfunktio. Lisäksi teimme Coxin välillä päivää kasvaimen uusiutumisen ja ilmentymistason allekirjoituksen.

suoritettiin myös Coxin monimuuttuja regressio päivinä kasvaimen uusiutumisen käyttäen sekä ilmaisua arvot mesenkymaalitransitioon metageeni ja neljä glioblastooma alatyyppiä kovariaatit.

tulokset

kuvassa 1 on sirontakaavio, jossa kussakin 99 näytteitä, joissa ”Days kasvaimen uusiutumisen” fenotyyppi on ei-nolla merkintä on edustettuna pisteellä osoittaa ilmentymistason mesenkymaalitransitioon metageeni ja monta päivää kasvaimen uusiutumisen. Luku osoittaa, että ryhmässä kokeneiden potilaiden paranemista hoidon, kahdeksan potilasta, joiden kasvaimet uusiutunut yli kolmen vuoden hoidon jälkeen ovat hyvin matalia arvoja ilmentymisen metageeni. Kuvio 2 esittää karttaa, joka 64 geenien, johon näytteet sijoittui kannalta ilmaus metageeni ja kahdeksan potilasta, joille aika uusiutumiseen oli yli kolme vuotta on korostettu vihreällä. Sijoitus summa Näiden kahdeksan potilasta on 1 + 2 + 6 + 7 + 9 + 11 + 16 + 18 = 70. sijoitus summa on erityisen hyvin mittana tässä havaitun näkökohta assosiointi ”Päivää Kasvain toistumisen ”fenotyyppi kanssa geenin ilmentymistä, jossa ei ole geenin ilmentymisen tarvitaan poikkeuksellisen pitkä aika uusiutumiseen. Todennäköisyys listalla summan ollessa ≤70 johtuva sattuma on arvioitu suhteellinen tiheys tällaisista tapahtumista jälkeen satunnaisesti permutoiminen fenotyyppien kymmenen miljoonaa kertaa ja laskematta sijoitus summa, todetaan, että

P

= 3 x 10

-7, mikä on myös todennäköisyys löytää että summa kahdeksan sattumanvaraisesti selvä lukuja välillä 1 ja 99 on pienempi tai yhtä suuri kuin 70.

Jokainen piste sirontakuvaajaan edustaa yhtä 99 potilaat, joille ”Days kasvaimen uusiutumisen” fenotyyppi on ei-nolla merkintä. Vaaka-akseli mittaa keskiarvo RMA-normalisoitu ekspressiotasot 64 geenien esitetty taulukossa 1. Pystyakseli mittaa päivää kasvaimen uusiutumisen ja vaakasuora katkoviiva on piirretty 3 vuotta katkaisupisteen.

99 arvostellaan näytteiden suhteen keskimääräisen ekspressiotason geenien taulukossa 1. kahdeksan potilasta, joille aika uusiutumiseen oli yli kolme vuotta on korostettu vihreällä 1

st, 2

nd, 6

th, 7

th, 9

th, 11

th, 16

th, ja 18

sijalle, jolloin listalla summa 70 .

myös erotettu koko joukko 545 kasvain näytteet kahteen ryhmään yhtä suureen, jotka sisältävät suuria vs. alhaisesta tasosta mesenkymaalitransitioon metageeni. Sisällä 99 näytteet sisältävät ”Päivää kasvaimen uusiutumisen” kenttä oli 48 ”alhainen” ja 51 ”korkean tason” näytteitä. Suoritimme Coxin välillä päivää kasvaimen uusiutumisen ja ilmentymistason allekirjoituksen. Kuvio 3 sisältää vastaavan Kaplan-Meier-eloonjäämiskäyrät tuloksena on selvästi nähtävissä yhdessä tilastollisen merkitsevyyden P = 0,0054 käyttäen khiin neliö testi.

545 kasvainnäytteet jaettiin kahteen ryhmään yhtä suureen riippuen niiden tasot mesenkymaalitransitioon metageeni. Näkyy ovat Kaplan-Meier -käyrät vastaavan näytteiden merkinnät ”Days kasvaimen uusiutumisen” -kenttään.

sitten käyttivät listalla summa metrinen tunnistaa, mitkä joukossa yksittäiset 64 geenit taulukon 1 määritellään metageeni on parhaat pisteet, odottaen, että jotkut niistä olisi listalla summa pienempi kuin 70. Merkillistä, paras pisteytys geeni oli COL5A1 kanssa listalla summaan 78 seuraa COL6A2 kanssa listalla summaan 82. Toisin sanoen, pisteet metageeni on huomattavasti parempi kuin minkään sen yksittäisen komponentin geenejä. Vielä silmiinpistävän, kun tekee tyhjentävä haku kaikista 12042 geenit, korkeimmilla sijoilla geeni (EFEMP2) oli listalla summaan 75, vielä pahempi kuin (70) metageeni. Nämä tulokset viittaavat siihen, että allekirjoitus tunnistettu [1] käsittää synergistisen kokoelma vastaavien geenien biologinen mekanismi mesenkymaalitransitioon, joka, kun läsnä, liittyy lisääntynyt aika kasvaimen uusiutumisen GBM.

Taulukko 2 esittää listan top 30 yksittäisten geenien mitattuna niiden sijoitus summan ”Days kasvaimen uusiutumisen” fenotyyppi. Yhdeksän näistä 30 geenien, taulukosta 2, kuuluvat 64 geenit taulukon 1, mikä osoittaa vahvan rikastus (

P

= 3 x 10

-14) EMT merkkiaineiden tässä puolueeton kokoelman liittyvien geenien fenotyyppi.

Vaikka kaikki tapaukset TCGA aineisto on diagnosoitu glioblastoma, viivästynyt toistumisen näissä kahdeksassa tapauksessa on enemmän ominaista alemman luokan gliooma. Siksi me tutkimme, alemman luokan gliooma on ominaista alhaisempi allekirjoituksen analysoimalla NCI Repository for Molecular Brain neoplasiaa Data (Rembrandt) aineisto, joka sisälsi geenin ilmentyminen molemmilta glioblastooma sekä erilaisia ​​alemman luokan gliooma. Taulukko 3 osoittaa, että todellakin on olemassa vahva rikastus (seitsemän 64 geenien taulukossa 1 ovat kärkipään 30 ilmentyvät eri geenit,

P

= 10

-13). Lisäksi löysimme vahvan korrelaation ekspressiotasot metageeni ja syövän kantasolujen merkki CD44 (

P

= 5 x 10

-56 perustuu istuva Pearsonin korrelaatio t-jakauma). Kuvio 4 esittää vastaavaa sirontakuvaajaan. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että korkea CD44 ilmaistaan ​​syövän kantasoluja on eristetty useita eri tyyppisiä kasvaimia, [6], vaikka tämä käsite on vielä evoluutiossa, ja CD44 ilmentyy myös monia muita solutyyppejä. CD44 on havaittu solupopulaatiosta rikastettu gliooma kantasolujen [7]. On myös laajalti ilmaistu glioblastooma, ja lisääntynyt arvot liittyvät gliooman etenemiseen sekä heikentää hoidon [8].

Jokainen piste sirontakuvaajaan edustaa gliooma näyte NCI Repository molekyylilääketieteen Brain Neoplasia Data ( Rembrandt) aineisto. Dots on värikoodattu punainen glioblastoomiin ja sininen alemman luokan gliooma. Ekspressiotasot ovat RNA normalisoitu.

analyysi geenien ilmentyminen tietojen johti luokittelu eri alatyyppeihin glioblastomas [9], [10], läsnä myös alemman luokan glioomissa [11], jossa eri ominaisuuksia, joista kukin on tunnettu siitä, että läsnä on tiettyjä geenejä. Mielenkiintoista, CD44 havaittiin rikastunut mesenkymaaliset alatyypeistä kaikissa näissä tapauksissa. Ominaisuus nykyiseen tuloksia on kuitenkin se, että mesenkymaalitransitioon käytetty allekirjoitus tässä asiakirjassa heijastaa biologista prosessia sovelletaan useita syöpätyyppejä, koska se on peräisin analysoimalla sen läsnäolo monissa eri syövissä [1], toisin kuin käyttämällä luokittelun menetelmien gliooma näytteistä pelkästään tunnistaa alatyyppejä. Lisäksi yhdessä fenotyyppi löytyy puuttuessa sijaan läsnäolo, allekirjoituksen.

Varmista, että havaitun yhdessä ”Days kasvaimen uusiutumisen” fenotyyppi liittyy enemmän läsnäoloa mesenkymaaliset siirtyminen allekirjoituksen sijaan luokitusta osaksi mesenkymaaliset alatyyppi, suoritimme Coxin monimuuttuja regressio päivinä kasvaimen uusiutumisen käyttäen sekä ilmaisua arvot mesenkymaalitransitioon metageeni ja neljä alatyyppiä [9] kovariantteja. Alatyypin muuttuja on kategorinen muuttuja neljää tyyppiä (mesenkyymikasvaimia, klassinen, Neural ja Proneuraaliset). Päätellä näytteet, joiden alatyyppejä ei annettu alkuperäisessä paperi-, suoritimme kymmenen lähimmän naapurin syyksi perustuu allekirjoitus geenit neljän alatyyppiä annettu [9]. Tulos osoittaa, että mesenkymaalitransitioon metageeni lauseke muuttuja on ainoa merkittävä kovariaattina (jossa

P

= 0,049), kun taas loput kategorisen muuttujia ei läpäissyt merkitsevyystasolla 0,05 (minimi oli 0,160 varten mesenkymaaliset alatyyppi), mikä osoittaa, että ”Days kasvaimen uusiutumisen” fenotyyppi on merkittävimmin liittyy mesenkymaalitransitioon allekirjoitus. Tulokset Coxin on esitetty taulukossa 4.

edelleen verrata suoraan mesenkymaalitransitioon allekirjoitusta kuin mesenkyymikasvaimia alatyypin [9], loimme metageeni jälkimmäisen jotta voimme arvioida sen yhdessä ”Days kasvaimen uusiutumisen” fenotyyppi mitattuna listalla summa. Tämä luotiin käyttämällä geeniä listaa kuten luvussa lisätiedot paperin, saatavilla osoitteessa https://tcga-data.nci.nih.gov/docs/publications/gbm_exp. Tarkemmin sanottuna liittyvät tiedot sisältävä tiedosto ilmaisu arvot ja alatyyppi kehottaa Core TCGA näytteiden avulla yhtenäistetään skaalattu data on 216 geenejä merkitty mesenkymaalisten. Nämä geenit rankattiin mitattuna niiden valtuudet edustaa mesenkymaaliset fenotyyppi, joka määritetään erot kunkin geenin mesenkymaalisten Guldinin komponentti ja painopisteen komponentti jäljellä alatyypeistä, joita voidaan myös pitää log-kertainen muutos välillä geenin keskiarvosta arvo mesenkymaalisten alatyyppi ja geeni yleinen keskiarvo [12] (lainattu tiedoston sisältävä ClaNC840 geenin luettelosta ja centroids). Perustuu että sijoitusta, valitsimme alkuun 64, niin että koot kahden metagenes on verrattava ovat identtisiä. Arvo listalla summa oli 142 (se olisi ollut 151, jos käytetään kaikkia 216 geenejä). Tätä olisi verrattava vastaava arvo 70 mesenkymaalitransitioon metageeni ja muiden merkintöjen yksittäisten geenien taulukossa 2. Nämä tulokset vahvistavat edelleen, että havaittu yhdessä päivää kasvaimen uusiutumisen johtuu monen syövän mesenkymaalitransitioon allekirjoitus , jolla on merkittävä ominaisuus, että vastaava metageeni on alhaisempi sijoitus summa kuin yksittäiset geeni.

keskustelu

Koska gliooma eivät epiteelin syövät, ja allekirjoitus on löydetty myös muissa nonepithelial syövissä , kuten neuroblastooma ja Ewingin sarkooma, allekirjoitus edustaa hieman yleisempi biologisen prosessin mesenkymaalitransitioon, jota sovelletaan kaikkiin kiinteiden syöpien että yritimme. Todellakin, kun joukko geenejä taulukossa 1 tulo geenitekniikan Set Enrichment Analysis (GSEA) [13] vastaan ​​Molecular allekirjoitukset Database (MSigDB), on monia tuloksia

P

arvo täsmälleen sama kuin ” nolla ”, jotka vastaavat geenit ilmaistaan ​​korkeamman vaiheessa näytteitä monista syövän tyyppejä, kuten nenänielun, pään ja kaulan, urothelial, lymfoomat, jne. tällainen syöpätyyppeihin ollut osallistunut millään tavoin siinä johtaminen allekirjoituksen. Tämä merkittävä validointi allekirjoituksen osoittamalla kaikenlaisia ​​syövän tyyppejä MSigDB viittaa siihen, että allekirjoitus voi heijastaa yleismaailmallinen biologinen mekanismi mesenkymaalitransitioon läsnä invasiivisia vaiheessa kaikkien kiinteiden syöpien, mukaan lukien glioblastooma. Analyysi liittyvien aineistojen viittaa siihen, että on olemassa useita vaikuttaa reittejä käsittää erityisen monimutkainen biologinen mekanismi, joka näyttää aktivoida alkion kehitysohjelmiin. Todellakin, kun analysoidaan 64-geenin allekirjoitusta vastaan ​​MSigDB Gene ontologia biologisen prosessin aineistoja, viisi tuloksia kaikki liittyvät kehitykseen (luuston, urut, monisoluisten eliöiden, järjestelmä, anatominen rakenne). Näkyvä GO solukomponenttiin oli soluväliaineen ja näkyvä GO molekyyli funktiota kollageenia sitova.

Äskettäin on ehdotettu, että ”stemness” kasvainsoluissa (ominaista, että sekä itse uudistaa sekä tuottaa eriytetty jälkeläiset) voidaan tiiviisti yhdistetty kulkee EMT. Esimerkiksi EMT joissakin malleissa todettiin tuottaa solujen ominaisuuksia kantasolujen [14], [15], [16], [17], [18]. Erityisesti on osoitettu, että kantasolujen kaltaisia ​​soluja eristettiin ihmisen rintasyövän co-ilmentävät korkeita tasoja CD44 ja korkea mesenkymaalisten markkereita, mukaan lukien Slug [14]. Lisäksi asiakkuutta EMT kuolemattomissa ihmisen maitorauhasen epiteelisolujen johtaa korkeita CD44 ilmentymisen mesenkymaaliset kaltaisia ​​soluja [14]. Lääkeaineresistenssi on myös yhdistetty läsnäolo syövän kantasolujen [16], [18], [19], [20], joka tukee käsitystä siitä, että syöpä kantasolut voivat olla vastuussa uusiutumisen jälkeen terapeuttisen intervention. Sen vuoksi, ja koska vahva korrelaatio mesenkymaalitransitioon allekirjoituksen CD44, yksi mahdollinen selitys puuttuessa mesenkymaalitransitioon allekirjoituksen potilailla, joilla on poikkeuksellisen pitkä aika uusiutumiseen voi johtua vastaava puute stemness syöpäsoluissa näiden potilaiden tehdä siitä epätodennäköistä, että syöpä toistuisi hoidon jälkeen. Vaihtoehtoinen selitys havaittujen yhdistys voi saada aikaan muutosta kohti mesenkymaaliset fenotyyppi [21].

Vaikka on olemassa useita EMT-asiakkuutta transkriptiotekijöiden [22], joista osa on myös löydetty satunnaisesti yläreguloituja mesenkymaaliset siirtymisen allekirjoituksen tunnettu siitä, että geenit taulukossa 1, Slug on ainoa havaittu johdonmukaisesti voimistunut. Se oli myös ainoa tällainen transkriptiotekijä yläreguloituja meidän kokeellisen ksenografteissa [5]. Slug on hiljattain havaittu liittyvän invasiivisuus in gliooma [23], sopusoinnussa tässä esitetyt tulokset. Lisäksi kun me sijoittui kaikkien geenien osalta niiden korrelaation (käyttäen keskinäistä tietojen [24]) ja niiden ilmaisun kanssa, Slug, että 99 näytteiden analysoimme täällä, huomasimme, että huomattavasti, kahdeksan parhaan merkinnät ( COL6A3, COL3A1, LUM, COL5A1, COL1A2, COL6A2, COL1A1, PCOLCE) olivat kaikki geenit sisältyy sekä taulukoissa 1 ja taulukko 2, tukee oletusta, että Slug voisi olla isäntä säätelijä biologisen mekanismin vastaavan allekirjoitusta. Se on äskettäin havaittu [25], kuitenkin, että indusoitu yli-ilmentyminen transkriptiotekijän Twist glioblastoma johtaa lisääntyneeseen invasiivisuus ja ilmentyminen useiden geenien taulukossa 1, mukaan lukien Slug, viittaa siihen, että kierre voi olla kausaalinen rooli mesenkymaalitransitioon glioblastoma.

sama allekirjoitus todettiin myös olevan ennustavia neoadjuvant hoidon rintasyövän – katso esim lisätiedosto 6 [1], jossa 7 8 näytettä klusterin vasemmalla puolella lämmön kartta (joilla on alhainen allekirjoitus) oli hyvä hoitovaste, kun taas 12 ulos 14 näytettä toisen klusterin ( joilla on korkea allekirjoitus) oli resistenttejä.

havainnot että (a) kaikki GBM potilaalla on poikkeuksellisen pitkä aika uusiutumiseen oli erittäin alhainen, että mesenkymaalitransitioon geenin allekirjoitus, ja (b) mesenkymaalitransitioon allekirjoitus on vahvasti rikastettu keskuudessa geenejä ali-ilmentynyt alemman asteen glioomissa verrattuna glioblastomas viittaavat siihen, että kohdistaminen taustalla biologinen mekanismi voisi toimittaa uudenlainen lähestymistapa adjuvanttihoitona gliooma. Edelleen, kyky tarkasti tunnistaa komponentteja geenin allekirjoituksen tarjoaa ainutlaatuisia mahdollisuuksia tunnistaa potentiaalisia tällaista hoitoa.

Kiitokset

arvostus ilmaistaan ​​professori Tian Zheng Columbian yliopiston Department of Statistics saat hyödyllisiä keskusteluja.