Abstrakt
Kræft er kendetegnet ved afvigende mønstre af ekspressionen af flere gener. Disse større ændringer i genekspression menes at skyldes ikke kun genetiske men også epigenetiske ændringer. De epigenetiske ændringer kommunikeres gennem kemiske modifikationer, herunder histon modifikationer. Det er imidlertid uklart, om bindingen af histon-modificerende proteiner til genomiske regioner og placering af histon modifikationer effektivt diskriminerer tilsvarende gener fra resten af generne i det humane genom. Vi udførte genekspression analyse af histon demethylases (HDMS) og histon methyltransferaser (HMTs), deres mål gener og gener med relevante histon modifikationer i normale og tumorvæv. Overraskende, denne analyse afslørede eksistensen af sammenhænge i ekspressionsniveauerne af forskellige HDMS og HMTs. Den observerede
HDM
/
HMT
genekspression signatur var specifikke for bestemte normale og cancer celletyper og højt korreleret med target genekspression og ekspression af gener med histon modifikationer. Især vi observeret, at trimethylation på lysin 4 og lysin 27 adskilt fortrinsvis udtrykt og underexpressed gener, hvilket var markant anderledes i cancerceller sammenlignet med normale celler. Vi konkluderer, at ændringer i en koordineret regulering af enzymer udfører histon modifikationer kan ligge til grund globale epigenetiske forandringer i kræft
Henvisning:. Islam ABMMK, Richter WF, Jacobs LA, Lopez-Bigas N, Benevolenskaya EV (2011) Co- regulering af histon-modificerende enzymer i Cancer. PLoS ONE 6 (8): e24023. doi: 10,1371 /journal.pone.0024023
Redaktør: Mikhail V. Blagosklonny, Roswell Park Cancer Institute, USA
Modtaget: 27. juni, 2011; Accepteret: 28 juli 2011; Udgivet: 23 August, 2011
Copyright: © 2011 Islam 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:. Dette projekt blev finansieret af R01CA138631 (EVB) og tilskud nummer 115.347-RSG-08-271-01-GMC fra American Cancer Society (EVB). N.L.-B. anerkender finansiering fra det spanske ministerium for videnskab og uddannelse, tilskud nummer SAF2009-06954. A.B.M.M.K.I. understøttes af et fællesskab fra AGAUR af den catalanske regering, Spanien. De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser
Introduktion
genomet af en flercellet organisme indeholder tusinder af gener; imidlertid kun en forholdsvis lille del af disse gener udtrykkes i en bestemt celletype. En del af de kritiske funktionelle egenskaber mellem aktive og fortrængte tilstande af genekspression angår proteiner, som binder til og modificerer histon lysinrester. Histon lysin methylering forekommer overvejende i de aminoterminale haler af histoner H3 og H4, i et mono- (ME1), di- (me2) eller trimethylation (ME3) tilstand, og er forbundet med en særskilt transkriptionel resultat. Disse forskellige methylerede rester er bundet af flere “Reader” proteiner, som igen interagerer med transkriptionelle aktivatorer eller repressorer. H3K4me2 /3, H3K36me1 /3, H3K79me1 /2 og H4K20me1 er forbundet med transkriptionel aktivering, mens H3K9me2 /3, H3K27me2 /3, er H3K79me3 og H4K20me3 forbundet med transkriptionel repression. Med den nylige opdagelse af histon demethylases, er modifikation af histon lysinrester nu betragtes som en mere dynamisk proces end tidligere antaget. Flere undersøgelser har vist, at histon-modificerende enzymer målrette specifikke gener, hvoraf nogle deltager i specifikke biologiske processer og veje. Det er stadig under debat om mål for en histon-modificerende enzym opnå regulering som et enkelt modul, så koordineret ændring i udtryk i forskellige biologiske processer, herunder syge tilstande, eller repræsenterer en blanding af differentielt udtrykte gener.
histon demethylases er repræsenteret ved et par flavin-afhængige amin oxidaser og α-ketoglutarat-Fe (II) -afhængige dioxygenases, der er inkluderet i en stor superfamilie af JmjC domæne proteiner (tabel S1). Histon methylering også opnås ved flere enzymer, og i de fleste tilfælde indebærer en katalytisk SET domæne (tabel S1) relateret til gær Sæt1 og
Drosophila
Trithorax. Den samme ændring kan udføres af flere enzymer, som i de fleste tilfælde er medlemmer af samme protein familie, hvilket tyder på deres funktionelle specialisering gennem differentierede ekspressionsmønstre. Histon demethylases fjerne methylgrupperne fra histon H3K4 er kodet af to autosomale gener,
KDM5A /JARID1A /RBP2
KDM5B /JARID1B /PLU1
, og to gener placeret på kønskromosomer,
KDM5C
KDM5D
, og stigende beviser støtter individuelle og redundante roller inden for denne familie [1]. Det er derfor tænkeligt, at den samlede epigenetiske landskab afhænger den rumlige og tidsmæssige fordeling af tilsvarende HDM og HMT enzymer. KDM5A er direkte bundet til H3K4me3 in vivo [2]. På trods af den undertrykkende demetylase aktivitet forbundet med KDM5A funktion i demethylering ved histon H3K4, det spiller en rolle i både transkriptionel repression og aktivering [3]. KDM5A indeholder ikke kun en enzymatisk domæne, men også en yderst specifik H3K4me3 læseren domæne [4], som uden tvivl kan påvirke andre modifikationer i nærheden enten samvirkende eller antagonistisk. I overensstemmelse med disse observationer, viste vores chip-on-chip-analyse, at KDM5A binding til genomisk loci stærkt korrelerer med transkriptionelt aktive initiativtagere indeholder H3K4me3 og andre ændringer i forbindelse med transkriptionel aktivering, såsom H3K36me3, H3K79me2 og acetylering på H3K9 og K14, men ikke H3K27me3 [5]. I betragtning af de forskellige funktioner, der for familier af enzymer som KDM5, vil det være af særlig interesse for at forstå deres bidrag til histon H3K4 methylering i promotor og celletype-afhængig måde.
Genomisk analyser i
Drosophila
og pattedyr viste, at Trithorax gruppe (TrxG) gener modvirker regulering af Polycomb gruppe (PCG) gener for at skabe et repertoire af alternative tilstande af genekspression. Akkumulerende beviser har vist, at rekruttering af HMTs eller HDMS modstående aktivitet til de samme genomiske regioner ligger til grund for vigtige udviklingsmæssige beslutninger. Især HMTs MLL1 og EZH2 er komponenter i Trithorax og Polycomb komplekser henholdsvis som spiller en vigtig rolle i reguleringen af udviklingsmæssige gener i både
Drosophila
og hvirveldyr. Baseret på forbedring af fænotype af trxG mutationer og undertrykkelse af fænotype af PCG mutationer,
KDM5A
ortolog i Drosophila, gen
låg
tilhører gruppen gen trxG [6]. Virkningerne af mutationer i PCG og TrxG gener i
Drosophila
førte til paradigmatiske syn på homeotiske (
HOX
) genregulering. I hvirveldyr,
HOX
gener er også følsomme over for tab af H3K4-specifikke HMT MLL1 eller HDM KDM5A, og H3K27-specifikke HMT EZH2 [4], [7], [8], [9], [ ,,,0],10]. Som i
Drosophila
, sletning af MLL1 SET domæne mus resulterer i en homeotiske fænotype [11]. Vigtigere er omlejringer af
MLL1
genet hos mennesker involveret i patogenesen af en række aggressive humane leukæmier. Den disregulering af
HOX
gener ved MLL1 fusionsproteiner synes at spille en central rolle i denne transformation [9]. Efter udredning af den rolle, MLL translokationer i patogenesen af leukæmi kom opdagelsen af en KDM5A leukæmi onkogen læsion, hvilket resulterer i deregulering af
HOX
andre slægt-specifikke gener [4]. I betragtning af kravet om det korrekte niveau af ekspression af hvert af disse enzymer involveret i HOX genregulering, er det tænkeligt, at hver stat er resultatet af en kombineret aktivitet af histon-modificerende enzymer. En nylig undersøgelse foreslået, at dette forklarer dynamikken i hver stat, når du skifter til en anden stat er afhængig af de relative niveauer af PcG, TrxG og aktivatorer i
cis
-regions af locus [12]. Især differentiering af stamceller indebærer opløsning af den balancerer tilstand af “pluripotens gener” og slægt-specifikke gener gennem en ændring i balancen i PCG og TrxG komplekser. Disse gener blev fundet at være beriget for bivalente H3K4me3 og H3K27me3 mærker. I modsætning hertil kan celler genvinde stamcelle egenskaber gennem reaktivering af pluripotens gener og undertrykkelse af afstamning-specifikke program, der var forbundet med opløsningen af bivalente mærke til det tilsvarende monovalent mærket. Cellers evne til at opretholde de poised, undertrykt eller fuldt aktive tilstande af disse gener [12] er kritisk for progression til en cancrøs tilstand. Det er blevet en hypotese, at bag disse begivenheder er en ændring i TrxG /PcG balance til fordel for en bestemt kompleks [13].
Det er lidt overraskende, at på trods af den store mængde af nyligt genererede gen-udtryk data i normale eller tumorvæv, var der ingen udtryk studier af mål for histon modificerende enzymer på globalt plan. Brug repræsentant internt konsistente udtryk datasæt fra en række af normale og tumorvæv og fra cellelinjer, har vi identificeret celletyper og tumorer, hvor gener, der koder HDMS og HMTs er tydeligt til udtryk og underexpressed. Tidligere undersøgelser har vist afhængighed af ekspression af særlige HDM /HMT målgener på niveauet af en HDM eller HMT. Her analyserede vi store sæt af epigenetisk regulerede gener, herunder et sæt direkte mål for KDM5A, et sæt direkte mål for EZH2, og sæt H3K4 og H3K27 trimethyleret generne. Slående, vores analyse afslørede, at hele sættet af gener kan stærkt korrelere i ekspression med niveauet af genekspression af det tilsvarende enzym. Overensstemmelse med modstående aktiviteter TrxG og PCG-proteiner, denne analyse afslørede anti-korrelation i ekspressionen af KDM5A og EZH2 mål, og af gener karakteriseret ved relevante histon modifikationer. Denne undersøgelse aktiveret identifikation af sæt af co-regulerede
HDMS
HMTs
, der omfatter en
HDM
/
HMT
genekspression signatur. De sammenhænge, som vi observerede i normale væv var forskellige fra korrelationer identificeret i cancerceller. I betragtning af flere ændringer i HDM og HMT gener i kræftceller, ser det ud til, at bruge denne fremgangsmåde kunne give nye funktionelle forbindelser mellem histon modificerende enzymer, som kan være nyttige i at designe en kombination kræftbehandling.
Resultater
Korrelationer i ekspression af HDMS, HMTs, deres mål og gener med histon H3K4 og H3K27 methylering
De mest undersøgte mærker af aktiv og undertrykt kromatin er på histon H3 methyleres på K4 og K27, hhv. KDM5A overlapper betydeligt med H3K4me3 varemærkers regionerne omkring transskription starter sites, og EZH2 binder hele H3K27me3 regioner [14]. Vi har tidligere vist, at i overensstemmelse med tilstedeværelsen af H3K4me3 varemærke generne besat af KDM5A i U937-celler, disse regioner var stærkt transkriptionelt aktive i U937-celler [5]. Vi har også beskrevet, at bruge
z
-Score analyse, præferentielle udtryk for dette sæt af KDM5A mål i humane væv [5]. Dette antydede, at KDM5A målgener danner et modul er kendetegnet ved højere ekspression og tilstedeværelse af H3K4me3. Mens det generelt antages, at begge funktioner afhænger tilstedeværelsen af enzymer involveret i H3K4 methylering, er sammenhængen mellem niveauet af ekspression af dette modul og enzym i de samme celler ikke påvist.
I betragtning af den differentielle ekspression af KDM5A modul i bestemte væv, undersøgte vi, om
KDM5A
også udtrykkes forskelligt i de samme væv. Faktisk analyse af
KDM5A
normaliserede udtryk data fra kompendium af humane vævsprøver i GeneAtlas (BioGPS database) viste, at
KDM5A
er stærkt udtrykt i celler fra knoglemarv og perifert blod, hvor sit mål gener fortrinsvis udtrykkes (
z
-Score 1,96) (Figur 1A og B, tabel S2 og tabel S3). Brug Pearsons korrelationskoefficient (PCC) til at beskrive sammenhængen i ekspression af KDM5A modul med det niveau af
KDM5A
, fandt vi, at korrelationen var meget signifikant på tværs af alle væv (PCC = 0,65 i figur 1C og tabel S4) .
(a) De absolutte (log
2) udtryk værdier af H3K4-specifikke HDM KDM5A og H3K4-specifikke HMTs i 73 forskellige normale humane væv (BioGPS database) er afgrænset i en farvekodet heatmap, hvor rød indikerer højere ekspression af et gen og grøn indikerer lavere udtryk. Ekspressionsniveauerne værdier og prøve annotation er vist i tabel S2. Adskillige gener, herunder
KDM5A
MLL1
, vise højere udtryk i et lille sæt af celletyper. (B)
Z
-Score værdier for præferentiel ekspression og underekspression af målgener af KDM5A (U937 celler), EZH2 (ES-celler) og gener, der udviser H3K4me3 eller H3K27me3 (MCF-7-celler).
Z
-Score værdier afgrænset i en anden farvet Heatmap, hvor rød betyder overekspression af mål og blå betyder underekspression af mål; grå angiver ingen signifikant forskel fra forventede værdi. (C) Pearson korrelationskoefficient (PCC) af ekspressionsniveauet af
KDM5A
,
EZH2
af genmoduler i (B). Ekspression af KDM5A modul og H3K4me3 modul korrelerer med ekspression af
KDM5A
gen. Slående, ekspression af begge moduler viser negativ korrelation med ekspressionen af EZH2 modul og H3K27me3 modul. (D) PCC af ekspressionen profilen af ethvert par af gener i (A). En høj korrelation vises mellem
KDM5A
og
MLL1
genekspression, som kan tage højde for den generelle korrelation af
KDM5A
og dens mål i (C). PCC-værdier er afbildet i en farvekodet Heatmap ved hjælp af en standard 1 baser skala, hvor magenta (1) viser højere positiv korrelation og grøn (-1) viser højere anti-korrelation. De PCC værdier for (C) og (D) er tilvejebragt i tabel S4 og S5.
Et interessant spørgsmål er, at sammenligne udtryk for mål for en HDM /HMT med generel ekspression af gener med den relevante histon modifikation. I betragtning af den direkte binding af KDM5A til H3K4me3 [2], analyserede vi ekspression af gener viser H3K4me3 og sammenlignet det med udtryk for KDM5A mål. Tidligere viste vi, at hvis vi tager i vores analyse diffus histiocytisk lymfom U937-celler eller U937-celler differentierede i monocytter og makrofager, trods forskellige sæt af KDM5A mål, viser analysen deres fortrinsret udtryk i det samme sæt af væv [5]. Derfor, i efterfølgende analyser vi bevidst anvendes genmål opnået fra forskellige cellelinier. Vi fortsatte brug af KDM5A datasæt fra U937-celler, men brugte H3K4me3 datasæt fra bryst adenocarcinom MCF7-celler [15]. Ved hjælp af disse datasæt, fandt vi, at væv med overekspression af
KDM5A
og KDM5A målgener også vise fortrinsret ekspression af gener viser H3K4me3. Sammenligning på tværs af GeneAtlas væv viste, at gener med H3K4me3 fortrinsvis blev udtrykt i de samme væv, hvor KDM5A målgener blev overudtrykt (PCC = 0,74), hvilket antyder, at overekspression af KDM5A målgener skyldes H3K4 methylering.
Som H3K4 HMTs direkte kan påvirke ekspressionen af mål for HDM KDM5A, vi spurgte, om vi kunne identificere en H3K4 HMT hvis niveau korreleret med
KDM5A
udtryk niveau, og kan tegne sig for højere udtryk for H3K4me3 modul i GeneAtlas. Vi observerede relativt ensartet udtryk for
MLL2
,
MLL3
,
SET1B
og
set7
tværs af forskellige vævsprøver (figur 1A og tabel S2). I modsætning hertil
MLL1
,
SET1A
,
PRDM9
SMYD3
demonstreret meget vævsspecifikke mønstre udtryksformer.
SMYD3
vises fremtrædende udtryk i det centrale nervesystem. Der var højere ekspression af
MLL1
i hæmatopoietiske celler, især i CD4
+ og CD8
+ T-celler, der udviser præferentiel ekspression af H3K4me3 modul. I overensstemmelse med disse observationer, mus CD4
+ CD8
+ T-celler er kendt for at udtrykke
MLL1
gen [16] og H3K4 methylering korrelerer stærkt med gen-aktivering i CD4
+ T celler [17]. Brug PCC til at beskrive sammenhængen i ekspressionsniveauet i forskellige genpar, fandt vi, at
KDM5A
og
MLL1
viste høj korrelation af ekspressionen af (PCC = 0,58 i figur 1D og tabel S5). Samt i blodceller,
MLL1
KDM5A
viser høje ekspressionsniveauer i pinealkirtlen, og dette korreleret med højere udtryk H3K4me3 modul. Pinealkirtlen etablerer en døgnrytme for cirkulerende hormon melatonin. Adskillige histon ændringer i forbindelse med aktiveret transkription er blevet vist at oscillere i pinealkirtlen [18].
MLL1
KDM5A
kan bidrage til differential transskription i pinealkirtlen, som kan være så højt som 100 gange, gennem svingning H3K4me3. Disse data tyder på, at flere udviser H3K4 HMTs meget vævsspecifikke mønstre udtryksformer. Der er en konsistent mønster af væv specificitet i ekspressionen af MLL1 og KDM5A, to histon-modificerende enzymer involveret i leukæmi. Deres niveauer kan justere for at opfylde kravene i H3K4-medierede processer.
Ovenstående resultat var i overensstemmelse med en betydelig overlapning mellem KDM5A mål og H3K4me3 regioner i flere cellelinjer [14]. For at undersøge, om det samme gælder for mål for andre histon-modificerende enzymer, analyserede vi ekspressionen af gener med H3K27me3 fra samme forsøg i MCF7-celler og EZH2 målgener bestemt i ES-celler [19]. Igen fandt vi høj korrelation i niveauet af ekspression af begge moduler (figur 1B og 1C). Unexpectingly, i de samme væv, hvor KDM5A mål blev fortrinsvis udtrykt, de EZH2 mål blev betydeligt underexpressed (PCC = -0,68 i figur 1C og tabel S4), der stærkt korreleret med underekspression af gener viser H3K27 methylering (PCC = -0,82). Målgener bestemt for EZH2 blev underexpressed i celler fra knoglemarv og perifert blod (
z
-Score -1,96) (figur 1B). Påfaldende, i differentierede væv, såsom hjerne genekspressionen stater var det modsatte, med overekspression af EZH2 modul og underekspression af KDM5A modulet. Men den anti-korrelative adfærd mellem niveauet for ekspression af begge moduler forblev i alle væv. Disse data indikerer, om der foreligger en intim krydstale i oprettelse ekspressionsniveauerne af KDM5A modul og EZH2 modul. Dette er en vigtig observation tyder på, at epigenetisk landskab kan beskrives som en simpel kombination af moduler afhængig af HDM /HMT udtryk.
HDM
og
HMT
vævsspecifik udtryk profiler
Inden
JmjC
gener, 12 gen familier kan defineres på grundlag af fylogenetiske oplysninger og overordnede domæne struktur [20]. Mange af disse familier har oplevet fødsel og død evolution, herunder dobbeltarbejde i en afstamning og tab i en anden slægt.
KDM5
underfamilie, hvor forskellige gen medlemmer har højt specialiserede funktioner, opstået fra gen dobbeltarbejde begivenheder efter de divergerende hvirveldyr fra insekter. Faktisk forskellige
KDM5
familie gener vise vævsspecifik udtryk, afspejles ikke kun i sex-specifikke udtryk, men også i autosomal udtryk (figur 2A). Desuden kan nogle væv afhænger mindre af histon demethylases end andre væv, og methylering kan i stedet fjernes ved andre mekanismer. For at løse dette, vi spurgte, om der var væv udtrykker
HMTs
med et ikke målbart eller lavt niveau af
HDMS
. Vi fandt, at prostata var forholdsvis mangelfuld i
HDMS
samtidig viser relativ højere udtryk for
HMTs
(figur 2A). En stigning i HMT aktivitet kunne potentielt føre til histon hypermethylering i prostata karcinom patienter. I modsætning hertil præferentiel ekspression af
HDMS
blev observeret i det hæmatopoietiske system, mens
HMTs
blev højt udtrykt i leveren. Overraskende, hjernen var forholdsvis mangelfuld i både
HDMS
HMTs
. For at finde, hvis det
HDM /HMT
udtryk mønster forbliver den samme under neeoplastic transformation, som det første skridt, vi udførte lignende analyse af kræft cellelinier fra GSK datasæt. Ekspressionsmønsteret var drastisk anderledes i cancercellelinier sammenlignet med celler fra normalt væv (figur 2A og 2B). Mens
HDMS
blev generelt underexpressed i prostata og hjernevæv fra raske individer (figur 2A), viste sig særlig HDMS at være overudtrykt i prostata og hjerne cancer-afledte celler (figur 2B).
(A) Angivelse af
HDM
s og
HMT
si normale humane væv. Gen-normaliseret udtryk værdier (log
2) af 26 HDMS og 11 HMTs præsenteres i elleve væv (BioGPS database). (B) Angivelse af
HDM
s og
HMT
si kræftceller. Gene-normaliseret (log
2) udtryk værdier blev genereret for elleve cellelinier fra GSK datasæt. Expression niveau for hvert gen blev beskrevet i form af præferentiel udtryk og underekspression, som viste relativ højere udtryk for flere
HDM
og
HMT
gener i kræftceller sammenlignet med normale celler.
Cancer typespecifikke genekspression ændringer i HDMS /HMTs og deres mål
på baggrund af ovenstående analyse, vi hypotese, at en koordineret regulering underliggende funktionelle interaktioner mellem samarbejde og modsatrettede HDM og HMT aktiviteter er afgørende for tumorer såvel som for normalt væv, men at i tumorer ville vi detektere særskilte korrelationer i genekspression. For at teste denne hypotese, brugte vi GSK datasæt, den største samling af genekspression data tilgængelige for kræft cellelinjer. Dette sæt af 264 prøver omfatter hovedsagelig hæmatopoietisk og lungekræft-afledte cellelinier, og varierende antal cellelinjer fra 16 andre væv (Tabel S6). Vi udførte ukontrollerede hierarkisk klyngedannelse af prøver med henblik på at identificere en
HDM
genekspression signatur i kræft. Denne analyse afslørede tre store klynger (figur 3A). Overraskende, når de cellelinjer blev arrangeret efter
HMT
udtryk, det viste en lignende gruppering (data ikke vist), hvilket antyder, at ekspressionen af
HDMS
HMTs
er indbyrdes afhængige. Vi fandt, at prøver inden for hver klynge stammer fra specifikke cancere; de lungekræft cellelinier blev fundet i alle de tre store klynger, men var begrænset til subclusters. Den vigtigste klynge 1 (i det røde indrammede areal) viste relativt høj ekspression og omfattede hæmatopoietiske cellelinjer. Cluster 2 (i det blå indrammede areal) blev dannet ved hud, bugspytkirtel og knogle cellelinjer, der udviste relativt lav ekspression. Klynge 3 (i den gule indrammede areal) viste mellemliggende udtryk, med bryst-, tyktarms- og centralnervesystemet cancercellelinier danner denne gruppe.
(A) i vognen hierarkisk klyngedannelse af 264 forskellige cancercellelinier af 18 vævstyper (GSK database) til ekspression af
HDM
s (venstre panel) viser tre store klynger. Log
2 normaliseret genekspression er repræsenteret af en farvekodet Heatmap. Rød indikerer relativ højere ekspression og grøn angiver relativ lavere ekspression fra genets gennemsnit af alle cellelinier. Søjler angiver gener og rækker repræsenterer prøver. Den normaliserede udtryk for forskellige
HMT
s præsenteres i højre panel. Legenden og skala er som i figur 2. (B) PCC af ekspressionsniveauet af
KDM5A
,
EZH2
af gen moduler i (C) i klynge 1. PCC værdier er afbildet som i figur 1. (C) Berigelse analyse under anvendelse
z
-Score statistikker, af ekspressionsniveauet af viste genmoduler som i figur 1 (B). Den komplette liste over
z
-Score værdier for hver prøve og gen findes i tabel S7. I dette datasæt, prøverne fra samme tumortype grupperet sammen på grundlag af enten HDMS, HMTs eller deres mål genekspression.
Flere linjer af beviser støtter rigtigheden af den åbenbarede
HDM /HMT
genekspression signaturer. I overensstemmelse med deregulering af KDM5A i leukæmi [4], blev dette gen overvejende udtrykt i klynge 1, og
KDM5A
overekspression ses i lungekræft-cellelinjer kan skyldes deres CD133-positive karakter [21]. Angivelse af
KDM5A
homolog
PLU1 /KDM5B
blev i modsætning hertil meget forskellig fra
KDM5A
udtryk.
KDM5B
var fraværende fra klynge 1 og var meget stærkt udtrykt i bryst carcinom cellelinjer i klynge 3. Tidligere undersøgelser viste
KDM5B
overekspression i avancerede mammacancer og brystkræft cellelinjer [22]. I overensstemmelse med opregulering af EZH2 i aggressive kræftformer [23], den klyngedannelse afslørede høj ekspression af
EZH2
i klynge 1, som indeholdt prøver fra meget aggressive blod og lungekræft.
Fordi HDM og HMT vises cancer-specifik genekspression signatur, spurgte vi, om korrelationer i deres målgenekspression eller i ekspressionen af gener, der er markeret med histon methylering går tabt i tumor prøver. Vi købte udtryk data for KDM5A mål og EZH2 mål fra GSK datasæt og anvendt
z
-Score analyse for at studere betydningen af deres samlede op- eller nedregulering i forskellige cancer cellelinjer prøver. Vi fandt, at ligner normale celler, er EZH2 mål stærkt forudindtaget mod tilsvarende udtryk med H3K27me3 modul (PCC = 0,86), mens KDM5A modul viste anti-korrelativ adfærd til ekspression af EZH2 modul (PCC = -0,67) og H3K27me3 modul ( PCC = -0,73) (figur 3B). Prøver med de højeste
z
-Score værdier for KDM5A modul og med de laveste
z
-Score værdier for EZH2 modul blev fundet i leukæmi prøver af klynge 1 (figur 3A og Tabel S7), hvilket var i overensstemmelse med høj ekspression af disse moduler i normale blod celletyper (figur 1b). Men i modsætning til normale væv, var der ingen tendens til, at H3K4me3 modulet være overudtrykt i de samme cancer prøver, idet KDM5A modul (PCC = 0,07) (figur 3B, 3C og tabel S8). Endnu mere slående forskelle blev vist i klynge 2, hvor de fleste af
HDMS
HMTs
blev udtrykt lavere. I klynge 2, var der ingen signifikante korrelationer i ekspression af nogen af de fire moduler (figur 3C). Derfor kræftspecifikke
HDM
/
HMT
genekspression signatur er sandsynligt at diktere globale ændringer i histon methylering påvirker target genekspression.
Som GSK prøver fra den samme tumortyper grupperet sammen på grundlag af enten
HDMS
eller
HMTs
genekspression, vi spurgte, om vi kunne afsløre eventuelle tilfælde af
HDM
og /eller
HMT
samregulering i human cancer. Vi beregnede parvise foreninger blandt
HDMS
HMTs
(tabel S9), gør det muligt at identificere og visualisering af “berigelse” af forbundne par (figur 4). Vi har vist en høj korrelation mellem
KDM5A
og
MLL1
genekspression, som kan forklare den generelle sammenhæng i udtryk for
KDM5A
og dens mål (figur 1) . Men i kræftceller, vi var ude af stand til at påvise sammenhængen mellem
KDM5A
MLL1
udtryk, selv når der kun hæmatopoietiske cellelinjer blev anset (PCC = -0,03). De højeste PCC værdier, herunder anti-korrelationen mellem
PKDM10B
og
MLL1
(PCC = -0,62), og korrelation i
KDM5B
–
ASH1
(PCC = 0,82) og
KDM2A
–
MLL1
(PCC = 0,74) par, blev afsløret i tyktarmskræft cellelinjer. Vi fandt en negativ korrelation af
EZH2
MLL1
udtryk (PCC = -0,56) i tyktarmskræft og positiv korrelation af
EZH2
KDM1A
udtryk (PCC = 0,65) i lungekræft, hvilket tyder på samarbejdet mellem H3K27 methylering og H3K4 demethylering. I mange tilfælde blev afsløret foreninger grupperet af protein familier. For eksempel udtryk for
PKDM10A
,
-B
-C
vises en lungekræft-specifik sammenhæng mellem hinanden og med andre
HDM
s og
HMT
s. Derfor er den nye
HDM /HMT
genekspression signatur kan forklare den manglende sammenhæng mellem KDM5A modul og H3K4 modul i kræft (figur 3B) sammenlignet med normalt væv (Figur 1C). Den reguleres koordineret
HMT
s og
HDM
s kan give funktionalitet i meget specifikke, endnu-til-være-identificeret, biologiske processer. Når det kombineres med magt uden opsyn hierarkisk klyngedannelse, kan PCC analyse afsløre mange andre korrelerende par.
PCC værdier enhver genparret udtryk profil i bloddannende, lunge og tyktarm cellelinjer er afbildet i en farvekodet Heatmap . Legenden og skala er som i figur 1.
Angivelse af HDMS og HMTs i primære humane tumorer
Efter denne indledende vurdering af ekspressionsmønstre i forskellige maligniteter hjælp kræft cellelinje data, vi næste adspurgte transkriptniveauer i hundredvis af kræft vævsprøver. Til disse formål anvendte vi RT-qPCR analyse, som er en bedre metode til kvantificering af genekspression end microarray studier. Mens
KDM5A
og
KDM5B
er et stærkt homologe genpar, deres ekspressionsmønstre i forskellige cellelinier varieret (figur 3A). qPCR analyse for
KDM5A
KDM5B
niveauer på en cDNA array med 337 prøver på tværs 17 vævstyper viste, at
KDM5A
var højt i testiklerne og lav i lymfoide maligniteter (figur 5A, fig S1 og tabel S10). I modsætning hertil
KDM5B
niveau var højt i brystvæv, binyrerne og livmoderhalsen (figur 5A). I overensstemmelse med
KDM5B
overekspression i maligne brysttumorer [22], en meget stige i
KDM5B
niveau blev observeret i cDNA prøver fra primær duktale bryst adenokarcinomer (tabel S10).
KDM5B
udtryk også korreleret med lunge tumor etaper, stigende i etaper IIB, IIIA og IV. I figur 1C viste vi, at ekspression af KDM5A modulet forudsiger et niveau på
KDM5A
ekspression, der er tabt i cancer (figur 3B).
Leave a Reply
Du skal være logget ind for at skrive en kommentar.