PLoS ONE: En metaanalyse af pancreas Microarray Datasæt Udbytter Nye mål som kræft Gener og Biomarkers

Abstrakt

Manglen på specifikke symptomer på tidlig tumor stadier, sammen med en høj biologisk aggressivitet af svulsten bidrager til høje dødelighed for kræft i bugspytkirtlen (PC), der har en fem års overlevelse på mindre end 5%. Forbedret screening for tidligere diagnose, gennem påvisning af diagnostiske og prognostiske biomarkører giver det bedste håb om at øge hastigheden af ​​kurativt resekterbare karcinomer. Selvom mange serum markører er blevet rapporteret at være forhøjet hos patienter med PC, så vidt, de fleste af disse markører ikke er blevet gennemført i klinisk rutine på grund af lav følsomhed eller specificitet. I denne undersøgelse har vi identificeret gener, der er signifikant opreguleret i PC, via en meta-analyse af store antal microarray datasæt. Vi viser, at de biologiske funktioner tilskrives disse gener er klart forbundet med PC og metastase, og at disse gener udviser en stærk forbindelse til involverede veje med inflammation og immunreaktion. Denne undersøgelse har givet nye mål for kræft gener, og potentielle biomarkører for kræft i bugspytkirtlen. Kandidaten liste over kræft gener omfatter protein kinase gener, nye medlemmer af gen-familier i øjeblikket er forbundet med PC, samt gener, der ikke tidligere er knyttet til PC. I denne undersøgelse er vi også i stand til at bevæge sig på at udvikle en signatur for hypomethylated gener, som kunne være nyttige til tidlig påvisning af PC. Vi viser også, at de væsentligt opreguleres 800 + gener i vores analyse kan tjene som en beriget pulje for væv og serum protein biomarkører i bugspytkirtelkræft

Henvisning:. Goonesekere NCW, Wang X, Ludwig L, Guda C (2014 ) En Meta analyse af pancreas Microarray datasæt Udbytter Nye mål som kræft Gener og biomarkører. PLoS ONE 9 (4): e93046. doi: 10,1371 /journal.pone.0093046

Redaktør: Jörg D. Hoheisel, Deutsches Krebsforschungszentrum, Tyskland

Modtaget: Juni 6, 2013; Accepteret: 28 Februar 2014; Udgivet 16. april, 2014

Copyright: © 2014 Goonesekere et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Finansiering:. Forfatterne har ingen støtte eller finansiering til at rapportere

konkurrerende interesser:. forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

kræft i bugspytkirtlen (PC) er en meget dødelig malignitet. og patienter med PC har en 5-års overlevelse på mindre end 5% [1]. Selv om forekomsten af ​​brystcancer skønnes at være 5 gange større end PC, de årlige dødstal er sammenlignelige [2]. I næsten 95% af pc patienter der hverken er associeret arvelig PC eller af sygdomme, der vides at være associeret med en øget risiko for PC [3]. Manglen på specifikke symptomer på tidlige tumor stadier, sammen med en høj biologisk aggressivitet af svulsten og modstand mod cytotoksiske lægemidler bidrager alle til den høje dødelighed af PC.

Denne undersøgelse er blevet motiveret af to grunde. Den første er at bidrage til forståelsen af ​​den grundlæggende sygdom ætiologi PC ved at identificere nye kandidat cancer gener i kræft i bugspytkirtlen. Mutationerne, der findes i en cancercelle genom har generelt akkumuleret over levetiden for kræftpatient og normalt tal mellem 1.000-10.000 [4]. Til PC, har exome sekventering afslørede, at det gennemsnitlige antal af mutationer i exonerne er omkring 60 [5]. Driver-mutationer [6] giver vækst fordel på cellerne bærer dem, og er positivt udvalgt til under udviklingen af ​​en cancer. Det er blevet foreslået, at fælles voksne epiteliale cancere kræver aktiveringen af ​​mellem 5-20 sådanne driver gener [7], [8]. Identifikationen af ​​chauffør mutationer og kræft gener, som de ændrer har været et centralt mål for kræftforskning; hidtil, omkring 500 (2%) af de 22.000 proteinkodende gener i det humane genom er rapporteret at vise tilbagevendende mutationer i cancer med stærke beviser for, at disse bidrager til udviklingen af ​​kræft [9] (https://www.sanger.ac .uk /genetik /CGP /Census /). Men undersøgelser i mus foreslået, at mere end 2.000 gener, når passende ændret, kan have potentiale til at bidrage til udviklingen af ​​kræft [10] indikerer, at søgningen efter kræft gener er langt fra slut. En omfattende behandling protokol for kræft i bugspytkirtlen ville kræve først, identifikation af alle cancer gener, og næste, evnen modulere funktionen af ​​disse gener gennem terapeutisk intervention. I de senere år har de proteiner, ændret ved driver mutationer blevet mål for en vellykket anticancer narkotika udvikling [11] – [13].

Den anden afsæt for denne undersøgelse stammer fra mangel på biomarkører i PC-[14], [15]. Forbedret screening for tidligere diagnose, gennem påvisning af diagnostiske og prognostiske biomarkører, giver det bedste håb om at øge hastigheden af ​​kurativt resekterbare karcinomer. For eksempel har analyser af sekvensdata foreslået, at tidsrammen fra indledningen af ​​pankreastumor til udviklingen af ​​metastatiske subkloner kunne være mere end ti år [16]. Selvom mange serum markører er blevet rapporteret at være forhøjet hos patienter med kræft i bugspytkirtlen, hidtil, de fleste af disse markører ikke er blevet gennemført i klinisk rutine på grund af lav følsomhed eller specificitet [14], med undtagelse af CA 19-9 [17] .

Meta-analyse af microarray datasæt består i at bruge statistiske metoder til at kombinere resultaterne fra flere undersøgelser for at øge statistisk styrke og generaliserbarhed i forhold til en enkelt undersøgelse [18]. Denne adresser, til en vis grad, spørgsmålene om biologiske og tekniske variationer, som kan have en betydelig indvirkning på microarray målinger [19]. Den tidligere meta-analyse af microarray datasæt på PC blev gennemført næsten et årti siden af ​​Grutzman og kolleger [20], og analysen var begrænset til et par tusinde gener.

I denne undersøgelse undersøgte vi forskellen genet ekspressionsmønstre, der replikeres tværs datasæt, for at skabe en prioriteret liste over gener overudtrykt i PC. Vi fokuserede vores opmærksomhed kun på gener, der er overeksprimeres, idet ca. 80% af cancer gener er dominerende virkende [4] gennem enten overekspression eller konstitutiv aktivering af genprodukt. I denne undersøgelse har vi påvist hundredvis af gener, der var signifikant opreguleret i bugspytkirtelkræft. Listen over overudtrykte gener omfatter gener, som ikke tidligere er blevet forbundet med PC samt nye medlemmer af gen-familier, der har været forbundet med PC. Vi har også identificeret snesevis af kinase-kodende gener overudtrykt i bugspytkirtelkræft, som er potentielle terapeutiske mål for PC. I denne undersøgelse er vi også i stand til at bevæge sig på at udvikle en signatur for hypomethylated gener, som kunne være nyttige til tidlig påvisning af PC. Vi finder også, at omkring en tredjedel af de formodede protein serum biomarkører hidtil identificeret til PC er faktisk betydeligt overudtrykt i vores analyse, hvilket indikerer, at vores resultater kan tjene som en ressource for yderligere eksperimentelle undersøgelser, i jagten på effektive biomarkører for PC.

Materialer og metoder

bugspytkirtelkræft microarray datasæt

Ni bugspytkirtelkræft datasæt i Oncomine database [21], der indeholdt en differentieret analyse af bugspytkirtelkræft vs. normale prøver , blev inkluderet denne undersøgelse (tabel 1). Oncomine [21] er den mest omfattende cancer-specifik database, som i øjeblikket indeholder 628 datasæt, der undersøger 35 tumortyper (Oncomine 4.4 Forskning Edition). Fordelen ved at bruge datasæt fra Oncomine er, at forud for optagelse i Oncomine, de microarray datasæt (fås fra offentlige midler, såsom Stanford Microarray Database og NCBI Gene Expression Omnibus eller litteratur kilder) gennemgås af et panel af eksperter for at sikre, at de opfylder visse kvalitetsstandarder [22].

Indledende screening af microarray datasæt

Før kombinere microarray datasæt fra forskellige kilder, en yderligere kvalitetstjek blev udført på de datasæt ved hjælp af programmet Venn Mapper [23]. Venn Mapper kan identificere væsentlige ligheder mellem heterologe microarray datasæt, ved at sammenligne overlapningen af ​​differentielt udtrykte gener og beregning af en statistisk signifikans under anvendelse af z-værdierne. Kort fortalt er en 2-fold cutoff bruges til at bestemme de opreguleres gener i en microarray datasæt. En liste over opreguleret gener etableres for hver microarray, og alle parvis (undtagen selvstændige sammenligninger) kombinationer af lister sammenlignes til at matche gen-identitet (dvs. HUGO gen navne). Antallet af gener almindeligt opreguleres,

R

observeret

, i to eksperimenter er bestemt, og en z-værdi beregnes for at afgøre, om dette tal er statistisk signifikant. For to mikroarrays A og B, er z-værdi beregnes som følger:

R = antal gener opreguleret i både A og B

n

B = Samlet antal af gener opreguleret i B

P

a = Sandsynlighed for et gen, der opreguleret i a

Microarrays blev grupperet baseret på z-værdi profiler, og alle outliers blev identificeret, og udeladt fra yderligere analyse. En absolut z-værdi på 1,96 svarer til en p-værdi på. 0,05

Indhentning klassificeret lister over opreguleret gener

For at identificere differentielt udtrykte gener på tværs af flere datasæt, vi ansat en ikke-parametrisk “rang produkt ‘metode implementeret i RankProd pakke [24], [25]. RankProd er en statistisk streng, men biologisk intuitiv algoritme, der har vist sig at være robust over for støj i mikroarraydata [26], [27]. RankProd har vist sig at have højere følsomhed og specificitet i forhold til andre typer af meta-analytiske værktøjer til mikroarrays [28]. En liste over opreguleret gener er udvalgt på grundlag af et konservativt skøn over procentdelen af ​​falsk positive forudsigelser (PFP), som også er kendt som den falske opdagelse sats. Som anbefalet, en PfP værdi var 0,15 [25] bruges til at indstille tærsklen for gener, der i væsentlig grad opreguleres

Resultater og diskussion

overensstemmelse mellem microarray datasæt

programmet Venn Mapper [23] blev anvendt til at udføre en indledende screening, for at bestemme eventuelle brede uoverensstemmelser, der eksisterer mellem de microarray datasæt. Analyse blev udført på ni forskellige datasæt, og alle-til-alle parvise z-værdier er anført i tabel 2. To outliers blev identificeret ved denne metode, nemlig Buchholz bugspytkirtlen (pancreas Ductal adenocarcinom) og Buchholz bugspytkirtlen (pancreas intraepitelialneoplasi) . De lave z-værdierne forbundet med disse datasæt indikerer en mangel på signifikant sammenhæng mellem opregulerede gener i disse datasæt, når man sammenligner med andre datasæt. Derfor blev disse to datasæt udeladt fra yderligere analyser. Mens vi er i tvivl om kilden til denne incongruency, vi konstatere, at de Buchholz datasæt var de eneste datasæt opnået uden anvendelse af standard (kommercielt tilgængelige) platforme. En anden datasæt, Logsdon Pancreas, blev også udeladt på grund af det lave antal gener i datasættet (5338, sammenlignet med et gennemsnit på 16,652 gener for resten af ​​dataene (tabel 1)).

nedenfor vi organiserer vores resultater og diskussion i fire diskrete sektioner, der omfatter identifikation af opreguleres gener, funktionel analyse af opregulerede gener, identifikation af en genetisk signatur for hypometylering i PC, og identifikation af potentielle væv, serum og matrixmetalloproteinase biomarkører i PC.

Identifikation af opreguleret gener

RankProd [24] giver en liste af gener klassificeret efter procentdel af falsk positiv forudsigelse (PFP) værdi (se metoder). Af de 5590 gener, der blev opreguleres af mindst to gange, er 827 gener fundet at være opreguleret betydeligt ved brug af en PfP grænse på. 0,15 [25] (tabel S1)

Tabel 3 indeholder en liste over de øverste femogtyve sorteret gener under anvendelse af RankProd programmet. Som forventet har de fleste gener veletablerede foreninger med pancreas og andre kræftformer. Nogle kendte eksempler nævnes MUC4 [29], CEACAM5 /6 [30], S100P [31], CLDN18 [32], KRT19 (CK19) [33] og COLA1 /2 [34]. Der er dog nogle bemærkelsesværdige undtagelser såsom AHNAK2, CTHRC1, IGHG3 og EPPK1, som ikke har en kendt rolle i kræft. Derfor kan disse gener være potentielle nye kundeemner til kræft gener, og diskuteres næste.

AHNAK2 er et betydeligt opreguleret gen i PC (175 gange), men er ikke blevet direkte forbundet med nogen kræft , så vidt vi ved. MRNA’et er rapporteret [35], der skal alternativt splejsede at producere tre isoformer, og den kanoniske sekvens udledes at være målrettet mod kernen. Den AHNAK familie af scaffold PDZ-proteiner består af to store proteiner (600-700 kD), AHNAK (desmoyokin) og AHNAK2 [36]. AHNAK er blevet forbundet med adskillige muskulære sygdomme, herunder kardiomyopati og lemmer-girdle muskeldystrofi, og denne virkning menes at være medieret gennem sin associering med β-underenheden af ​​hjerte- Ca (v) calcium kanal [37]. AHNAK AHNAK2 er også blevet vist at være komponenter i costameric netværk, der er forbundet med beslag af den ekstracellulære matrix til den cytoplasmatiske microfilament systemet [38]. Forsøg med metastatiske humane tumorcellelinier [39] har vist, at knockdown af AHNAK resulterede i pseudopod tilbagetrækning, inhibering af cellemigration og reversion af mesenchymale-epitel overgang (MET). Det er sandsynligt, at AHNAK og AHNAK2 begge blev påvirket af disse Knockdown eksperimenter. Vores resultater tyder på, at familien af ​​AHNAK proteiner, især AHNAK2, fortjener eksperimentel kontrol med hensyn til deres mulige rolle i carcinogenese, især i PC.

CTHRC1 (kollagen triple helix indeholdende 1) er en 30 kD udskilt protein, der har den evne til at inhibere collagenmatrix syntese, og er overudtrykt under huden sårheling. Vævsreparation og carcinogenese er knyttet [40] og CTHRC1 er blevet forbundet med en lang række tumorer, herunder melanom [41], brystcancer [42], colorectal cancer [43] og senest gastrisk cancer [44]. Der har imidlertid kun været en rapport, der forbinder CTHRC1 med PC, hvor højere ekspression af CTHRC1 blev observeret i en skærm af faste tumorcellelinier herunder PC [41]. Der er tegn på, at CTHRC1 ekspression er associeret med kræftvæv invasion og metastase i brystcancer [42] og gastrisk cancer [44]. I betragtning af den høje opregulering af CTHRC1 ( 1000-fold), der blev observeret i dette studie, vi hypotesen CTHRC1 at være en fremragende kandidat til eksperimentel evaluering som en potentiel biomarkør til PC

IGHG3 (Immunoglobulin tung. konstant γ-3) er et udskilt antigen-bindende protein, der ikke tidligere er impliceret i bugspytkirtelkræft. Vores analyse (se næste afsnit), at PC er forbundet med dysfunktion af immunsystemet. IGHG3 er også en del af den øverste netværk omkring kohorte af 827 overudtrykte gener, der er vist i figur 1.

TGFB1 danner et nav knudepunkt i netværket. IGHG3 (fremhævet med blå farve) er en af ​​de øverste fem og tyve gener, der er potentielt vigtigt for kræft i bugspytkirtlen.

Epiplakin hører til plakin familien af ​​cytolinker proteiner, der er forbundet med de forbindelsesepitoper komplekser og cytoskelettet. Epiplakin er snarere en usædvanlig plakin i, at det udelukkende består af plakin gentagelser organiseret i 13 plakin gentage domæner (PRD s), og indeholder ikke en plakin domænenavn karakteristisk for andre plakins. Der er tegn på, at Epiplakin forbinder med keratin netværk under sårheling [45].

Funktionel analyse af de opregulerede gener

Vi identificerede vigtige funktioner, netværk og veje relevante for 827 betydeligt opreguleres gener under anvendelse IPA (www.ingenuity.com). En omfattende analyse af de 827 opregulerede gener er vist i tabel S1.

De væsentligste biologiske funktioner forbundet med de 827 opreguleres gener er cellulær bevægelse, cellulær vækst og proliferation, celledød og overlevelse, cellulære udvikling og celle- til-cellesignalering og interaktion (figur 2, tabel S2). Dysregulering af disse funktioner er forbundet med kræft og metastaser, gentog betydningen af ​​denne geneset til PC. En sti analyse forudsat indsigt i nogle af de molekylære mekanismer vigtige i PC. De fem vigtigste veje er forbundet med de 827 opreguleres gener inkluderet integrin signalering (p-værdi = 1,72 × 10

-13), også observeret af Grutzmann et al. [20], granulocyt vedhæftning og diapedesis (p-værdi = 4,08 × 10

-11), agranulocyte vedhæftning og diapedesis (p-værdi = 9,43 × 10

-10), leukocyt ekstravasation signalering (p-værdi = 1,62 × 10

-9), og virus indrejse via endocytiske veje (p-værdi = 1,71 × 10

-8) (Figur 3, tabel S3). Disse resultater viste, at PC er signifikant associeret med inflammation og immunmekanismer. Faktisk er det blevet vist, at cancer immunosuppression ofte favoriserer tumorprogression og metastase ved at udgøre en immunsuppressiv netværk, hvor flere tumorafledte opløselige faktorer, såsom interleukin-10, transformerende vækstfaktor beta (TGFB) og vaskulær endotelvækstfaktor spille centrale roller [46]. I den øverste fastlagte net, TGFB1 er navet genet (figur 1). TGFB1 koder for et medlem af TGFB familie af cytokiner, som er multifunktionelle peptider, der regulerer proliferation, differentiering, adhæsion, migrering, og andre funktioner i mange celletyper. Dette gen er blevet vist at være hyppigt opreguleret i tumorceller, og er et vigtigt mål for cancerterapi [47] – [51]

næstvigtigste netværk omkring opreguleres. gener er involveret i cellecyklus, cellulær bevægelse, og kræft (figur 4). I dette netværk, NF-KB kompleks fungerer som et vigtigt knudepunkt, der fungerer som en regulator af gener, der styrer celledeling og celleoverlevelse. Forkert regulering af NF-KB er blevet forbundet med cancer, inflammatoriske og autoimmune sygdomme [52], [53]. Dette netværk antyder igen, at PC kunne være tæt korreleret med immunologisk lidelse [54], [55]. Opreguleret NF-KB tænder ekspressionen af ​​gener, der holder cellen prolifererende, og beskytte cellen af ​​tilstande, der ellers ville få det til at dø via apoptose. Faktisk er det blevet vist, at NF-KB er konstitutivt aktiv i forskellige typer af humane tumorer [56] – [60]. Derudover er der to interessante regulerende moduler identificeret i dette netværk. Det første modul består af to E2F-familiemedlemmer gener (E2F7, E2F8), ECT2 og RACGAP1. Disse gener danner autoregulatoriske sløjfer, og regulere hinanden. Især de tre gener E2F7, E2F8 og ECT2 konstitutivt regulere RACGAP1, som binder til Rho GTPaser (figur 4), hvilket tyder på, at dette modul fungerer i reguleringen af ​​cytokinesen i en cellecyklus-afhængig måde. En anden modul involverer glutathion peroxidase (GPX) familie gener, der koder for et enzym familie med peroxidase aktivitet, hvis vigtigste biologiske rolle er at beskytte organismen fra oxidative skader. Opregulering af GPX familiens gener kan være forbundet PC og andre kræftformer [61] – [64]., Hvilket tyder på et vigtigt bindeled mellem oxidativt induceret DNA-skader og kræft udvikling

En stor hub node NF-KB-kompleks, og to nye regulatoriske moduler er fremhævet med blå farve. Et modul består af to E2F-familiemedlemmer gener (E2F7, E2F8), ECT2 og RACGAP1; og et andet modul består af flere GPX familie gener.

Identifikation af de opreguleres kinase-kodende gener

Endvidere har vi ekstraherede generne kodende proteinkinaser fra 827 opreguleres gener. Tabel 4 viser de 26 kinase-kodende gener. Det er kendt, at mange kinase gener opreguleres ved cancer, og udviklingen af ​​anticancer lægemidler, som hæmmer overekspression af proteinkinaser har været et aktivt område for forskning. Faktisk har effektive lægemidler allerede blevet udviklet til at målrette nogle af proteinkinaser. For eksempel CDK1 koder for et medlem af Ser /Thr-proteinkinase-familien, som er en katalytisk underenhed af stærkt konserveret protein kinase kompleks kendt som M-fase fremmende faktor. Proteinet spiller en central rolle i G1 /S og G2 /M faseovergange af eukaryote cellecyklus, og phosphorylering og dephosphorylering af dette protein spiller vigtige regulatoriske roller i cellecyklus kontrol [65]. Nogle CDK1 kinase hæmmere er blevet udviklet til kliniske formål eller forsøg – AZD 5438, (R) -CR8, (R) -DRF053 dihydrochlorid, Kenpaullone, NU 2058, og Ro 3306 (Tocris Bioscience, www.tocris.com), og ZK 304.709 og Terameprocol [66].

LCK er en tyrosin-proteinkinase, som findes inde lymfocytter i immunsystemet, og er involveret i immun signalveje. Dasatinib, en lille-molekyle proteintyrosinkinasehæmmer og anticancerlægemiddel, kan inhibere LCK aktivitet i T-celleaktivering og proliferation [67], [68]. MET er et proto-onkogen, der koder for hepatocytvækstfaktor receptorprotein [69], som besidder tyrosinkinase-proteinkinaseaktivitet. Unormal opregulering af MET i kræft ofte korrelerer med dårlig prognose ved at udløse tumorvækst, angiogenese, der leverer tumoren med næringsstoffer og metastase. Det er blevet afsløret, at MET pathway er en af ​​de hyppigst dysreguleret pathways i human cancer [70]. Et betydeligt antal af MET-hæmmere er blevet undersøgt i kliniske forsøg som AMG-458 (Amgen), PF-04.217.903 (Pfizer), MK-2461 (Merck), ARQ197 (ArQule) etc. [71].

TTK koder for et dobbelt specificitet proteinkinase med evnen til at phosphorylere tyrosin, serin og threonin. TTK kinase er associeret med celleproliferation og er afgørende for en korrekt fastgørelse af kromosomer til det mitotiske spindel. Inhibering af TTK kinase har vist sig at korrelere med celledød forårsaget af kromosomale missegregations [72]. Adskillige TTK kinase hæmmere er blevet rapporteret i litteraturen -. Reversine [73], NMS-P715 [74], og MPS1-IN-1 [75]

For nogle andre tyrosin-proteinkinaser såsom LYN, dasatinib er en effektiv inhibitor [76]. Af de 26 kinase-kodende gener, vi identificeret, er nogle gener identificeret som meget lovende anticancer mål. F.eks BUB1 koder det mitotiske checkpoint serin /threonin-proteinkinase er kritisk i etableringen af ​​den mitotiske spindel checkpoint og kromosom kongression. Det er blevet vist, at forstyrret mitotiske checkpoints er et fælles træk ved mange humane cancere [77]. Imidlertid BUB1 ekspressionsniveauer afhænge af lokalisering af tumorer og deres alvor [78]. Nedregulering af BUB1 resulterede i flere sarkomer, lymfomer og lungetumorer, hvorimod opregulering af BUB1 forårsagede sarkomer og tumorer i leveren [78]. Vores resultat viser, at PC er relateret til opregulering af BUB1 og vi spekulere at udvikle BUB1 hæmmere kunne give en ny tilgang til at tackle PC.

For at opsummere nogle af de 26 markant opreguleres proteinkinasegenerne i PC kunne være levedygtige nye terapeutiske mål for PC. Faktisk for tyrosin-protein-kinase gener, såsom LCK, MET og LYN, som har vist sig at være hyppigt overudtrykt i human cancer, herunder PC [79], effektive tyrosin-protein-kinase-inhibitorer, såsom Dasatinib, Imatinib, Gefitinib, Erlotinib , og Sunitinib er blevet udviklet til anticancer kemoterapi [80].

på vej mod en genetisk signatur for hypometylering i bugspytkirtelkræft

Afvigende hypermethylering af promoter CpG øer er tæt forbundet med gendæmpning, mens hypometylering kan føre til opregulering af gener. En nylig gennemgang [81], diskuterer gener, der har vist sig at være hypomethylated i PC. Med henvisning til dette gen sæt, finder vi en stærk sammenhæng mellem hypometylering og opregulering; specifikt syv af ni gener der er nævnt i denne anmeldelse (SERPINB5, CLDN4, SFN, S100P, S100A4, MSLN, og PSCA) er signifikant opreguleres, med SERPINB5, SFN, S100P, og PSCA være blandt de 100 mest opreguleret gener i vores analyse ( tabel S1).

En omfattende undersøgelse af afvigende methylering i pc er blevet udført af Tan et al. [82], som profileret 1505 CpG websteder på tværs 807 gener. Indledende undersøgelser viste en liste over 63 gener med CpG websted hypometylering og forøget mRNA-ekspression. Noget uventet, forfatterne fandt også et lignende antal gener med CpG websted hypometylering og nedsat mRNA-ekspression. Efter yderligere eksperimenter, 35 af de 63 gener blev identificeret af forfatterne som kandidatgener, der er reguleret af hypometylering i PC. Vi finder, at otte af de 35 kandidatgener (ID1, MMP7, MST1R, NBL1, PHLDA2, PLAT, PLAUR og SFN), og yderligere 8 (IL8, SPP1, CLDN4, MMP1, ARHGDIB, NQO1, ITGB4, SERPINB5, og TFF1 ) fra den oprindelige liste over 63 gener er også markant opreguleret i vores undersøgelse.

for at opsummere, toogtyve gener (MUC4, SERPINB5, CLDN4, SFN, TFF1, S100P, S100A4, MMP1, MMP7, MSLN, PSCA, ID1, MST1R, NBL1, PHLDA2, PLAT, PLAUR, IL8, SPP1, ARHGDIB, NQO1, og ITGB4) er signifikant opreguleret i vores analyse, og der er eksperimentelt bevis [81], [82] for at foreslå, at denne opregulering er grundet hypomethylering. Således vil disse gener bidrage til en voksende liste af kandidater, herunder MUC4 [83], der beskriver en formodet genetisk signatur for hypometylering i bugspytkirtelkræft (tabel 5). En sådan genetisk signatur kunne vise sig at være nyttige til tidlig påvisning af PC, på en måde analog med den kliniske anvendelse af afvigende methylering af CCND2 [84] i PC. Da der er en spirende enighed om, at “epigenetisk kaos ‘forfremmet ændringer i genekspression og i sidste ende fører til kræft [85], er det meget sandsynligt, at mange af de gener, viser sig at være betydeligt opreguleret (tabel S1) er hypomethylated i PC. Af de 22 gener, IPA-analyse afslører, at 11 gener har en kendt forening med PC (tabel 5).

Potentielle biomarkører blandt opreguleret gener

tumorvæv protein biomarkører.

en observation ofte rapporteret i litteraturen er uoverensstemmelse mellem niveauet af ekspression af et protein, og at dens udskrift for en given type celler [86]. Alligevel finder vi omkring 70% af tredive to tumorvæv protein biomarkører identificeret i to nylige anmeldelser [87], [88] blev fundet at være opreguleret 2-fold i vores analyse. Blandt dem betydeligt opreguleret (PFP ​​ 0,15) var en klynge af gener associeret med actin filamenter, lGAlS1 (galectin-1), ACTN4 (actinin-4), PLS1 (plastin-1), TPM2 (tropomyosin β), CFL1 (cofilin -1), ENO1 (α-enolase), og MSN (moesin). De fleste af disse proteiner er kendte actinbindende proteiner, som kan modulere actin filamenter, eller modulerer dets omgivelser med plasmamembranen.

Andre foreslog tumor vævsprotein biomarkører [87], [88] signifikant opreguleret i vores analyse omfatter SFN, AGR2, LGALS1, LGALS3, THBS2, TGFB1, og fire medlemmer af S100 familien, S100A6, S100A10, S100A11, og S100A2 [89]. Vi finder tre yderligere medlemmer af S100 familien, S100A4, S100A16 og S100P blev også signifikant opreguleret (tabel S1). S100 familie af lavmolekylære calciumbindende proteiner har stærke associationer med cancer [90], og flere af dem er blevet anvendt som markører i melanom og andre cancere. Det skal bemærkes, at S100P er en af ​​de mest opregulerede gener i vores analyse ( × 10

6). Det er for nylig blevet foreslået, at S100P anvendes som et protein biomarkør for intraduktal papillære mucinous neoplasmer (IPMN) i bugspytkirtlen [91], og for pancreas adenocarcinom [92].

serumprotein biomarkører.

Tidlig diagnose af kræft i bugspytkirtlen er afgørende for at forbedre dårlig prognose forbundet med PC. Serum biomarkører tilbyde en meget attraktiv og ikke-invasiv løsning, og er således meget efterspurgt [14]. Imidlertid er der for få af serum biomarkører til PC [15], med kulhydratet biomarkør CA 19-9 er det mest udbredte.

Eftersom serum protein biomarkører såsom CA-125 kan spaltes og udgivet i PC [93] en korrelation mellem serum biomarkører og mRNA-ekspression er ikke nødvendigvis forventet (selvom i tilfældet med CA-125, der er tegn på, at det overudtrykkes såvel [93]). Alligevel søgte vi at undersøge, hvorvidt nogen af ​​de foreslåede serum protein biomarkører i nyere litteratur [3] blev opreguleret i bugspytkirtelkræft på niveauet af mRNA. Noget til vores overraskelse, fandt vi, at omkring en tredjedel af de tilsvarende gener, C3, B2M, C1QB, CD9, TIMP1, PGK1, SERPINA1, ApoE, AGR2, APOC1 SPP1, var signifikant opreguleret i vores analyse. Disse resultater indikerer vores corhort af 827 betydeligt opregulerede gener udgør også en beriget pulje af kandidat serum protein biomarkører. Den kommercielle tilgængelighed af mange humane antistoffer rejser interessante mulighed for at udføre en systematisk skærm af serum, for at opdage for proteinprodukter af markant opreguleres gener i vores analyse. Mens enkelte biomarkører kan lide af spørgsmål af sensitivitet og specificitet [14], det løfte er, at med et stort antal biomarkører, særprægede underskrifter sandsynligvis dukke op, der korrelerer med diagnose og prognose.

Matrix metalloproteinase biomarkører.

Matrix metalloproteaser repræsenterer den mest fremtrædende familie af proteinaser forbundet med tumorigenese [94]. I vores analyse fandt vi, at syv matrixmetalloproteaser (MMP’er) og seks proteaser fra en beslægtet familie “en disintegrin og metalloprotease” (Adams) at være signifikant opreguleret (tabel 6). Tre af disse (MMP9, ADAM9 og ADAM10) blev også fundet at være opreguleret af Grutzman

et al.

[20].

Matrixmetalloproteaser er en familie af zink-afhængige proteaser der har midler til at nedbryde næsten alle komponent af den ekstracellulære matrix (ECM). Tumorceller overudtrykker disse proteaser for at nedbryde basalmembranen og invadere det omgivende væv. Denne aktivitet er også nødvendig for intravasation og ekstravasation begivenheder i metastaser. MMP substrater omfatter også ikke-ECM-molekyler, der spænder fra vækstfaktorreceptorer prækursorer og celleoverflade- adhæsionsmolekyler at angiogen inhibitor forstadier [95]. MMP’er er også blevet impliceret i epithelial til mesenkymale overgang (EMT) [96]. Mens MMPs har velkendt roller i den sene fase af tumor progression, invasion, og metastase, nye tyder på, at den rolle, MMP i tumorigenese er mere kompleks [97].

En af de mere lovende og spændende