PLoS ONE: Integreret analyse af kræft i skjoldbruskkirtlen offentlige datasæt afslører rolle posttransskriptionel forordning om Tumor Progression ved Målretning af immunsystemet Mediators

Abstrakt

Papillært skjoldbruskkirtlen karcinom (PTC) er en veldifferentieret skjoldbruskkirtlen tumor, tegner sig for ca. 80% af skjoldbruskkirtlen kræfttilfælde. På anden side, anaplastisk thyroidea carcinom (ATC) er et mindre hyppige, men aggressiv undertype, med dårlig prognose. MikroRNA’er (miRNA), små ikke-kodende RNA’er, er dukket op som potente post-transkriptionelle regulatorer af genekspression, der modulerer ekspressionen af ​​cancerrelaterede gener. Computational analyserer estimat, at en enkelt miRNA kan modulere hundredvis af mRNA-mål og, på samme tid, samarbejder med andre for at regulere en enkelt mRNA-transkript. På grund af det store antal forventede mål og mulige interaktioner, har kun et lille antal af miRNA karakteriseret biologiske roller, og panorama af miRNA-medieret regulering i kræft i skjoldbruskkirtlen er stadig at blive forstået. Under hensyntagen til store mængde af genekspression data deponeret i offentlige databaser vi justeret miRNA target forudsigelse og genekspression data fra offentlige PTC og ATC datasæt til at konstruere et netværk af post-transkriptionel regulering i kræft i skjoldbruskkirtlen. Efter et sæt berigelse gen analyse identificerede vi signalveje og biologiske processer potentielt moduleret af miRNA dereguleret i PTC og ATC. Vores resultater viser miRNA-mRNA interaktion, der kunne bidrage med de-regulering af centrale tumor-vært mediatorer, såsom ekstracellulære matrix molekyler, interleukiner og interleukin-receptorer, som kunne drive en mere aggressiv adfærd og tumor progression. Desuden er vores analyse gennem The Cancer Genome Atlas (TCGA) database afslørede, at afvigende ekspression af ECM og cytokiner gener er hyppige i PTC og er forbundet med aggressiv adfærd og nedsat samlet overlevelse sats. Afslutningsvis kaste vi lys på den post-transkriptionel regulering af genekspression i differentierede og udifferentierede skjoldbruskkirtelkræft, afslører en potentiel rolle miRNA i modulering af tumor-vært interaktion molekyler, især ECM molekyler og immunsystemet mediatorer, som kunne stimulere krydstale mellem tumorer og immunsystemet til at generere en mere aggressiv adfærd. Vi foreslår en ny formodet miRNA: mRNA netværk, der kan føre til en ny vej mod funktionelle studier

Henvisning:. Geraldo MV, Kimura ET (2015) Integreret Analyse af kræft i skjoldbruskkirtlen offentlige datasæt afslører rolle posttransskriptionel forordning på Tumor Progression ved Målretning af Immunsystemet mediatorer. PLoS ONE 10 (11): e0141726. doi: 10,1371 /journal.pone.0141726

Redaktør: Soheil S. Dadras, University of Connecticut Health Center, UNITED STATES

Modtaget: Februar 4, 2015; Accepteret: 12. oktober 2015; Udgivet: November 4, 2015

Copyright: © 2015 Geraldo, Kimura. 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

Data Tilgængelighed: All kræft i skjoldbruskkirtlen datasæt filer er tilgængelige fra Gene Expression Omnibus database (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/) accessionsnumre GSE33630, GSE3467, GSE9115, GSE27155, GSE3678

Finansiering:. Denne undersøgelse blev finansieret af São Paulo Research Foundation (https://fapesp.br/), tilskud 2011 /52.051-2 (MVG) og 2013 /11.019-4 (ETK), og det nationale Råd for videnskabelig og teknologisk udvikling (http: //cnpq.br/), giver 308.527 /2013-5; 458.505 /2014-5. 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

i det sidste årti, har et stigende antal skjoldbruskkirtlen kræfttilfælde blevet observeret på verdensplan. Mere end 62.000 nye tilfælde af kræft i skjoldbruskkirtlen er estimeret for 2014, hvilket førte til 1.890 dødsfald [1]. Den mest udbredte skjoldbruskkirtlen karcinom er papillær skjoldbruskkirtlen karcinom (PTC), der tegner sig for 80% af tilfældene, der præsenterer god prognose. Et mindretal af tilfælde, men omfatter udifferentierede anaplastisk thyroidea karcinomer (ATC), med aggressiv adfærd og dårlig prognose.

På nuværende tidspunkt lidt om de molekylære mekanismer orkestrere tabet af differentiering observeret i de mest aggressive carcinomer . Den iagttagelse, at mutationen T1799A i

BRAF

kodende sekvens, den mest almindelige genetiske ændringer i PTC, er også ofte observeret i ATC (Nikiforov YE 2004) bekræfter hypotesen om, at udifferentieret carcinom opstå fra tidligere godt-opdelte dem . Denne genetiske ændring er nu blevet udforsket som prognostisk markør og terapeutisk mål [2-8].

Flere undersøgelser har rapporteret afvigende ekspression af miRNA, 19-21 nukleotid-lange RNA-molekyler, som post-transkriptionelt regulerer genekspression , i follikulære celleafledte skjoldbruskkirteltumorer [9-12]. Den afvigende ekspression af disse molekyler har vist sig som en potentiel diagnostisk værktøj, stand til at skelne forskellige undertyper af kræft i skjoldbruskkirtlen fra ikke-tumorvæv og tjene som serummarkører til overvågning PTC tilbagefald [13-17]. Selvom meget vides om anvendeligheden af ​​disse molekyler som diagnostiske og prognostiske værktøjer, har kun få miRNA velkarakteriseret funktionelle roller. Identifikationen af ​​miRNA mål er en vanskelig opgave, hovedsageligt på grund af den enorme mængde af mulige interaktioner mellem hver miRNA og dens respektive mål, og den mulige samarbejde mellem flere miRNA at regulere en enkelt vej. Således er den reelle bidrag multipel dereguleret miRNA til post-transkriptionel genregulering i skjoldbruskkirtlen onkogenese og progression, er fortsat uklart. I den forbindelse kan en kombination af bioinformatiske værktøjer og online tilgængelige genekspression data giver relevante oplysninger om de biologiske processer og signalveje, der berøres af afvigende post-transkriptionel regulering i kræft i skjoldbruskkirtlen. Selvom mængden af ​​arkiverede og kurateret genekspression data i offentlige arkiver er steget betydeligt i det seneste årti, de fleste af det forbliver uudforsket [18].

I denne undersøgelse, analyserede vi et netværk af forudsagte mål i mest deregulerede miRNA i PTC og ATC, at forbedre identifikationen af ​​nye mål for funktionel analyse. Ved at kombinere de oplysninger litteratur med genekspression datasæt og sæt berigelse gen analyse (GSEA) observerede vi forholdet mellem microRNA og mRNA-ekspression relateret til veje og biologiske processer, der berøres af de hyppigst beskrevne deregulerede miRNA i skjoldbruskkirtlen tumorer.

Vores analysen viser, at miRNA-medieret modulering kan påvirke medlemmer af veje allerede rapporteret i PTC og ATC, såsom MAPK og p53, samt endnu beskrevet miRNA: mRNA-interaktioner, der kunne implicere miRNA i post-transkriptionel regulering af immunrespons at fremme aggressiv adfærd og tumor progression.

Materialer og Metoder

miRNA udvælgelse

Vi udførte en kritisk gennemgang af litteraturen ved hjælp af søgeordene “miRNA” og “kræft i skjoldbruskkirtlen”. Kriterierne for udvælgelse af studier var: (i) Undersøgelser profilering ekspression af mindst 5 miRNA; (Ii) human skjoldbruskkirtel follikulære celleafledte tumorer; (Iii) sammenligning af tumorer med ikke-tumor thyreoideavæv; (Iv) friske, frosne eller FFPE prøver. Undersøgelser, der omfatter ikke-humane skjoldbruskkirtel modeller, thyroidcancer cellelinier og sammenligning af tumorvæv med godartede læsioner, samt finnålsaspiration biopsier (FnAb’er) som den eneste kilde til nukleinsyre, blev ikke anset for netværk konstruktion. Ikke-engelsk litteratur blev også udelukket fra analysen.

For at gøre en mere pålidelig sammenligning med

Gene Expression Omnibus

(GEO) datasæt, miRNA differential udtryk for PTC-varianter (follikulær variant PTC, høje celle PTC, etc.) blev ikke valgt. Nomenklaturen af ​​miRNA blev korrigeret i henhold til miRBase (www.miRBase.org Slip 19,0). De differentielt udtrykte miRNA for hver skjoldbruskkirtlen tumortype (PTC og ATC), i hver undersøgelse, blev filtreret, og dem med overensstemmende udtryk mønster mellem tre eller flere undersøgelser blev udvalgt til netværk konstruktion.

Computational forudsigelse af miRNA-mål

for at generere en liste med forudsagte mål for de valgte miRNA, brugte vi miRWalk webværktøjet (https://www.umm.uni-heidelberg.de/apps/zmf/mirwalk/), som sammenligner otte forskellige beregningsmæssige algoritmer til miRNA-target forudsigelser. For at øge stringens, vi krævede interaktioner af en given miRNA med målgener acceptable, hvis det reproducerbart blev forudsagt af mindst fem algoritmer.

Gene udtryk datasæt

Offentligt tilgængelige microarray data fra patienter med skjoldbruskkirtlen kræft blev opnået fra

Gene Expression Omnibus

(GEO, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/). Differentiel genekspression mellem tumor og ikke-tumor væv blev beregnet ved anvendelse af GEO2R programmet. Den GEO-databasen blev søgt efter studier omfatter tumor prøver fra klassiske PTC og ATC, samt ikke-tumor thyreoideavæv. For hvert gen blev differentiel ekspression anses for gyldig, når overensstemmende ekspressionsmønstre, med justerede p-værdier 0,05, blev observeret i halvdelen eller flere af de datasæt. På grund af manglende oplysninger om den genetiske baggrund af alle tumorprøver anvendes til miRNA ekspressionsanalyse, status for

BRAF

RAS

mutationer samt RET /PTC omrokeringer, kunne ikke indgå i datasættet analyser.

Konstruktion af regulatoriske netværk

Vi havde til formål at identificere anti-korrelerede miRNA /mRNA ekspressionsmønstre, dvs. opreguleres miRNA og nedregulering af deres mål mRNA, eller nedreguleres miRNA og opregulering af deres mRNA-mål. Således blev listen af ​​formodede mål for miRNA sammenlignet med tumorprøven datasæt. Listen af ​​target gener med anti-korrelerede profiler blev udsat for Kegg Orthology (KO) analyse ved hjælp af Database til anmærkning, Visualisering og integreret Discovery (DAVID) webtool (https://david.abcc.ncifcrf.gov/). Brug gen sæt berigelse analyse (GSEA), vi verificerede også eksistensen af ​​berigede gen underskrifter af kræftrelaterede biologiske processer og signalveje, blandt målgener, for hver skjoldbruskkirtlen tumortype.

Download af genekspression data fra

The Cancer Genome Atlas

Gene udtryk data fra 388 PTC prøver blev downloadet fra cBioPortal for Cancer Genomics (www.cbioportal.org) og klassificeret som lav eller høj risiko, ifølge kliniske egenskaber relaterede med aggressivitet, såsom ekstra thyroidal forlængelse og tilstedeværelsen af ​​histologiske lymfeknude metastase [19]. Prøverne blev testet for normalitet hjælp Kolmogrov-Smirnov test. Sammenligning mellem to grupper blev udført ved anvendelse t-test, når prøverne præsenteret Gauss-fordeling, og ikke-parametriske Mann-Whitney-test, når prøverne blev anset for ikke Gaussian. Prøver blev betragtet som statistisk forskellige når p værdi 0,05. Samlet overlevelse kurver blev genereret gennem cBioPortal webtool. Differentiel udtryk for målgener blev automatisk beregnet af cBioPortal platform ved hjælp Z-score ± 2,0.

Resultater

Flere undersøgelser, ved hjælp af forskellige platforme (microarray, qPCR Array og Next Generation Sequencing) og kilder til nukleinsyre (friske, frosne, FFPE, og FNAB), har vist miRNA deregulering i forskellige undertyper af kræft i skjoldbruskkirtlen. Vi antager, at sammenligning af forventet mål for miRNA dereguleret i PTC og ATC, med mRNA genekspression i skjoldbruskkirtlen kræft datasæt, kunne give relevante oplysninger om netværk af post-transkriptionel regulering (fig 1). For det første at identificere de miRNA mest beskrives som ændret i follikulære celle-afledt PTC og ATC skjoldbruskkirtlen tumorer, vi har søgt på udtrykkene “miRNA” og “kræft i skjoldbruskkirtlen” for at vælge forskningsartikler, som sammenlignede miRNA genekspressionsprofiler mellem normale og humane tumorprøver (S1 fig). Som vist i S1 tabel, i alt 15 studier, der matcher de kriterier, der er beskrevet i Materiale og metoder sektion, blev inkluderet i analysen, herunder 11 for PTC og 4 for ATC. En ikke-engelsk undersøgelse og 18 bedømmelser blev udelukket.

Sytten miRNA blev identificeret som dereguleret i begge undertyper af skjoldbruskkirteltumorer med mindst én undersøgelse, på trods af deres histologiske træk. Især den miRNA

miR-221/222

blev konsekvent beskrevet som overudtrykt i mindst tre undersøgelser i både histologiske undertyper, hvilket tyder på en afgørende rolle for disse miRNA i skjoldbruskkirtlen tumorigenese. I alt 69 unikke modne miRNA blev beskrevet som udtrykkes forskelligt i PTC. Selvom tolv miRNA blev beskrevet som dereguleret af tre eller flere undersøgelser, to af dem viste inkonsistente ekspressionsmønstre mellem studier og blev udelukket. Vi valgte derefter den resterende sæt af 10 miRNA (

miR-146b-5p

,

miR-221-3p

,

miR-222-3p

,

MIR -181b-5p

,

miR-155-5p

,

miR-34a-5p

,

miR-138-5p

,

miR-187 -3p

,

miR-224-5p

miR-31-5p

) rapporteret som dereguleret i tre eller flere undersøgelser, med samstemmende ekspressionsmønstre i (tabel 1). I ATC, valgte vi de opreguleres miRNA,

miR-221/222

og nedreguleret miRNA

Lad-7c

,

miR-125b-5p

,

miR-26a-5p

,

miR-30a-5 p

miR-30d

, som havde samstemmende udtryk i mindst 3 studier. Den komplette liste over differentielt udtrykte miRNA i kræft i skjoldbruskkirtlen er vist i S2 tabel.

Denne tabel viser en liste over miRNA beskrevet som dereguleret i prøver kræft i skjoldbruskkirtlen med mindst 2 forskellige studier. MiRNA udvalgt til regulatorisk netværk konstruktion er vist i fed kursiv.

For at forstå betydningen af ​​post-transkriptionel regulering udøves af de miRNA dereguleret i kræft i skjoldbruskkirtlen, brugte vi miRWalk programmet [20] for at generere lister over de forudsagte mål for hver differentielt udtrykte miRNA. Dette program forudsiger miRNA: mRNA interaktioner under anvendelse otte forskellige algoritmer, der tillader udvælgelse af miRNA mål, der samtidigt forudsagt af to eller flere algoritmer. For at øge pålideligheden, men vi kun udvalgte mål forudsagt af fem eller flere algoritmer.

Vi næste søgte GEO database for genekspression datasæt follikulært celle-afledte tumorer, med fokus på studier, der sammenligner genekspression mellem PTC eller ATC og normal thyroid væv. Baseret på kriterierne beskrevet i afsnittet Materialer og fremgangsmåder, valgte vi 5 studier, der omfattede genekspression data for 203 prøver, herunder PTC, ATC, og normal thyreoideavæv (S3 tabel). Alle fem datasæt omfattede i alt 101 PTC prøver og 69 normale skjoldbruskkirtlen væv. Tre af de udvalgte datasæt bestod ATC prøver (20 tumorer og 54 normale skjoldbruskkirtlen vævsprøver).

Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) af de differentielt udtrykte gener i PTC datasæt, og DAVID webtool (david.abcc. ncifcrf.gov) analyse af ATC datasæt afslørede som forventet, veje almindeligvis ændret i thyroidcancer, herunder MAPK, TGF-beta, p53 signalering, og cellecyklus (S4 tabel). Vi derefter søgte de datasæt for miRNA hvis ekspression anti-korreleret med deres respektive mål. Vi ekskluderede forudsagt miRNA: mRNA-interaktioner med overensstemmende ekspressionsmønstre (dvs. den miRNA og dets respektive mål både op eller nedreguleret). Den resulterende liste af anti-korreleret forudsagte miRNA: mRNA-interaktioner blev derefter analyseret ved DAVID at identificere berigede gen signaturer. GSEA afslørede, at de udvalgte miRNA kan regulere nogle af de almindeligt ændrede veje i kræft i skjoldbruskkirtlen, og også veje ikke tidligere beskrevet som ændres i denne type af cancer. Vi observerede berigelsen af ​​TGF-beta, insulin og adipocytokine veje blandt målene i miRNA dereguleret i PTC. I ATC specifikt berigede veje omfattede cellecyklus regulatorer og p53, MAPK, og erbB veje samt regulering af vandrende og invasive adfærd, såsom regulering af aktincytoskelettet og fokal vedhæftning (tabel 2 og figur 2).

Vores analyse viste, at TGF-beta pathway medlemmer

ACVR1B

,

BMPR1A

BMP8A

blev potentielt reguleret af

miR-146b-5p

,

miR-221/222

,

miR-181a /b

miR-155

i PTC (fig 3) . Selvom vores analyse ikke viser statistisk signifikant berigelse for Wnt signalvejen, vi konstatere, at

miR-146b-5 p

miR-221

kunne regulere

SFRP1

, en inhibitor af denne vej. Vores analyse viste også, at

MIR-34a-5p

kunne regulere

GAS1

, en inhibitor af pindsvineoverføringsvejen, og

ADIPOR2

, som koder for adiponectin receptor, i PTC datasæt. MiRNA

miR-224

miR-31

kunne målrette

PRKCQ

og

miR-146b-5p

kunne målrette

IRS1

, der koder for insulinreceptoren substrat-1. Derudover

CCND3

(cyklin D3) kunne moduleres af

MIR-138

i PTC datasæt.

I ATC datasæt, vores analyse foreslog, at miRNA

miR-30a /d

miR-26a

kunne målrette

ATM

cycliner E1 og 2 (

CCNE1

og

CCNE2

) og dermed bidrage til modulation af p53 pathway og cellecykluskontrol henholdsvis (figur 4). Cell cykling kunne også reguleres af miRNA

Lad-7c

miR-26a

ved at undertrykke

CDK6

,

Cdc25A /B

og

PCNA

. Disse miRNA, sammen med

miR-125b

Lad-7c

, kunne også modulere gener involveret i ekstracellulære matrix-receptor interaktioner og actincytoskelettet, herunder integriner α4, α5 og β1, og collagener 1A1, 1A2, 3A1, 5A1 og 5A2. Derudover

RAC2

FN1

kunne moduleres af

miR-125b

miR-26a

hhv. Især vores analyse foreslog også regulering af cytokiner og deres receptorer i ATC. Især miRNA

miR-125b

,

miR-30a /d

,

miR-26a

, og

Lad-7c

kunne samarbejde om at regulere interleukin 1-alfa (

IL1A

) og 8 (

IL8

), samt interleukin-receptorer

IL4R

,

IL13RA1

,

IL2RA

CCR1

, fundet overudtrykt i ATC datasæt.

desuden kunne vi ikke ignorere den mulighed, at andre miRNA udtrykkes forskelligt i kræft i skjoldbruskkirtlen udelukkes fra analysen kunne også indflydelse reguleringen af ​​disse signalveje. Selv om miRNA

miR-203a

,

-29b /c

181 A

matchede kriterierne for miRNA udvælgelse, vi observerer et interessant udtryk mønster for disse miRNA , som de blev opreguleret i PTC og nedreguleret i ATC. Den GSEA af de potentielle mål for disse miRNA afslørede, at disse miRNA target gener involveret i de samme ændrede biologiske processer og veje (data ikke vist). Opreguleres miRNA i PTC kunne regulere medlemmer af TGF-beta, Hedgehog, Wnt og insulin signalveje. I ATC, nedsat ekspression af disse miRNA kunne forklare modulering af p53-signalering, cellecyklus, cytokin-cytokin receptor-interaktion, og ECM-receptor-interaktion. Derudover

miR-21

miR-15a

og b dereguleret i flere typer af kræft, kan også modulere disse veje i PTC og ATC.

Brug af cBioPortal for Cancer Genomics [21], vurderede vi de genomiske, transkriptomisk og kliniske data fra i alt 388 PTC patienter fra The Cancer Genome Atlas (TCGA) Research Network (https://cancergenome.nih.gov/). Vi observerer, at ekspressionen af ​​mange af miRNA beskrevet som dereguleret i ATC er også observeret i PTC prøver og korrelerer med øget risiko (figur 5).

miRNA udtryk oplysninger om de miRNA ofte beskrevet som dereguleret i (A ) PTC og (B) ATC blev hentet fra cBioPortal for Cancer Genomics (www.cbioportal.org). Ikke-parametriske Mann-Whitney-test blev udført sammenligning mellem grupper. * P-værdi 0,05, ** p-værdi 0,01, *** p-værdi. 0,001

Vi analyserede derefter genekspression mønster af de berigede miRNA målgener anvendes til konstruktion af regulatoriske netværk vist i fig 3 og 4. i PTC, den differentielle ekspression af TGF-β, Wnt, insulin pathway medlemmer og adipocytokine receptor 2 er signifikant korreleret med øget risiko, ekstra-thyroid forlængelse og tilstedeværelsen af ​​lymfeknude metastaser (figur 6) . Interessant selvom kun blev observeret berigelsen af ​​ECM remodeling molekyler og cytokiner og cytokinreceptorer i ATC datasæt er dysregulering af disse gener i PTC prøver forbundet med aggressiv fænotype (figurerne 7 og 8). Ændringerne findes i disse gener er overvejende på genekspression niveau og observeres i 33% (125 af 388) og 18% (69 af 388) af tilfældene, for ECM remodellering gener og cytokin og cytokin-receptor-genet, (fig 9 ). Ved sammenligning patienter med og uden unormal ekspression af disse gener, gruppen af ​​patienter med afvigende genekspression af mindst én af ECM remodeling og cytokingener viser formindsket samlede overlevelsesraten i forhold til dem uden ændringer i disse gener (Fig 10). Når vi overvejet alle listen over målene i GSEA, genekspression abnormitet i

ECM-receptor interaktion

Cytokiner-cytokinreceptorer

ontologi klasser er til stede i 60% og 46% af prøver henholdsvis dog uden statistisk signifikans i total overlevelse kurver (data ikke vist). Enhver statistisk signifikans kunne observeres i den samlede overlevelse kurver om differentieret ekspression af gener beriget med

Wnt

,

TGF-β

,

Hedgehog

,

cellecyklus

og

MAPK

ontologi klasser i PTC (data ikke vist).

ikke-parametrisk Mann-Whitney-test blev udført sammenligning mellem grupper. * P-værdi 0,05, ** p-værdi 0,01, *** p-værdi 0,001

Ikke-parametrisk Mann-Whitney-test blev udført sammenligning mellem grupper.. * P-værdi 0,05, ** p-værdi 0,01, *** p-værdi. 0,001

Genekspression oplysninger blev hentet fra cBioPortal for Cancer Genomics (www.cbioportal.org) . Ikke-parametriske Mann-Whitney-test blev udført sammenligning mellem grupper. * P-værdi 0,05, ** p-værdi 0,01, *** p-værdi 0,001

Genetisk ændring oplysninger blev indhentet gennem cBioPortal for Cancer Genomics.. Listen over målgener beriget i (A)

ECM-receptor interaktion

og (B)

Cytokiner og cytokinreceptorer

ontologi klasser i ATC blev forelagt for cBioPortal.

Kliniske data blev vurderet gennem cBioPortal for Cancer Genomics. Listen over målgener beriget med

ECM-receptor interaktion

Cytokiner og cytokinreceptorer

ontologi klasser i ATC blev forelagt for cBioPortal.

Diskussion

på grund af graduering af centrale tumorsuppressorer og onkogener, har miRNA dukket op som en ny kendetegnende for kræft, der bidrager både til dens udvikling og progression. Ifølge den

clinicaltrials

.

gov

database, har prækliniske og kliniske undersøgelser i gang for at afsløre det terapeutiske potentiale af miRNA (https://clinicaltrials.gov). Men på grund af det store antal mulige miRNA /mRNA interaktioner, den overordnede panorama af post-transkriptionel genregulering i kræft i skjoldbruskkirtlen stadig dårligt forstået, især med hensyn til aggressive, udifferentieret thyreoideacancer. De fleste undersøgelser af biologiske rolle af miRNA i kræft i skjoldbruskkirtlen er baseret på “cherry picking” mål fra lister genereret af beregningsmæssige algoritmer, såsom Targetscan, PicTar og MIRANDA. I den foreliggende undersøgelse, vi justeret miRNA target forudsigelse, offentligt tilgængelige genekspression datasæt og Gene Set Enrichment Analysis (GSEA), til at identificere de mest berørte veje og biologiske processer, som miRNA oftest beskrevet som dereguleret i differentieret og udifferentieret kræft i skjoldbruskkirtlen. Anvendelsen af ​​microarray datasæt tilladt os at konstruere robuste net af genekspression, som har vist sig nyttige til vurdering af genekspression data fra sjældne, ikke-operable typer af kræft i skjoldbruskkirtlen, såsom ATC. I alt blev global genekspression vurderet i ca. et hundrede PTC og 20 ATC prøver, og sammenlignet med mere end 60 normal thyroid prøver.

Som illustreret i fig 11, observerede vi, at miRNA ændret i PTC målrette forskellige medlemmer af veje i forbindelse med reguleringen af ​​epitelcelleproliferation og selvfornyelse, såsom TGF-Wnt, og Hedgehog veje. Sammen med den stærkt udtrykt

miR-146b-5p

, at miRNA

miR-221/222

,

miR-181a /b

miR-155

kan faktisk svække TGF-β signaltransduktion ved at undertrykke ikke kun de SMAD intracellulær signalering komponenter, men også activin receptor 1B (ACVR1B) og knoglemorfogenetisk faktor 8A (BMP8A), og bidrager med tumorprogression. Desuden er vores analyse viser tegn på, at

miR-34a-5p

overekspression kunne forklare de lavere niveauer af ADIPOR2 i PTC, der bidrager med en aggressiv adfærd i PTC, som ekstra-thyroid invasion, multicentricity og højere TNM [22 , 23].

miRNA ændret i PTC målgener der modulerer biologiske processer ofte ændret i godt differentierede tumorer, såsom styring af epitelproliferation og selv-fornyelse. I ATC, er beriget veje relateret til aggressiv adfærd, såsom ekstra-cellulær matrix receptor interaktion, fokal vedhæftning og regulering af aktincytoskelettet. Derudover berigelse af veje, der ikke tidligere er beskrevet i kræft i skjoldbruskkirtlen observeredes i PTC, såsom adipocytokine og insulin-signalvejen, og i ATC, såsom cytokin og cytokinreceptorer.

På den anden side, afvigende udtryk for miRNA kan bidrage til ATC aggressive adfærd gennem modulering af tumor-vært interaktion veje, såsom adhæsionsmolekyler, ekstracellulære matrix-receptorer, og immunsystemet mediatorer. Analysen af ​​store datasæt tilladt os at konstatere, at unormale udtryk for miRNA ofte beskrevet som dereguleret i ATC også i aggressive PTC’er. Disse miRNA kan modulere forskellige komponenter i ECM, fokal vedhæftning og aktincytoskelettet, bestyrke tidligere resultater, der viser vigtige roller miRNA i regulering migration og invasion af skjoldbruskkirtlen cancerceller [24-28]. I ATC, kan disse miRNA også bidrage til vedvarende MAPK signalering, ved at målrette

NTM

,

MYC

og

ereg

, og med tabet af cellecyklus kontrol, ved at målrette cycliner

D3

,

E1

, og

E2

,

Cdc25A

og

B

, og

CDK6

. MiRNA har også vist sig at være vigtige i cellecykluskontrol i PTC gennem undertrykkelse af

CDKN2A

,

CCND2

CDK6

ved miRNA

miR- 221/222

,

mIR-1

og

miR-191

henholdsvis [25, 29, 30].

Flere undersøgelser har nu vist, at virkningen af ​​den immunsystem på skjoldbruskkirtlen tumorvækst og progression, med lovende kliniske implikationer [31]. Tumor-associerede makrofager (TAM’er) ofte observeres i skjoldbruskkirtlen tumorer og bidrage til tumor progression og metastatisk spredning gennem sekretion af IL8 [32-34]. På den anden side, kan skjoldbruskkirtlen tumorceller deltage aktivt i leukocyt rekruttering, som

RET

onkogen aktivering inducerer opregulering af de pro-inflammatoriske interleukiner IL1α og IL8

in vitro

[35-37]. Derudover interleukiner 4 og 10, såvel som deres receptorer, der er involveret i resistens over for kemoterapi og Fas-induceret apoptose, i PTC-celler [38-40]. Nylige undersøgelser har også vist, at forøget risiko for PTC associerede med polymorfier i forskellige interleukiner [41, 42]. Imidlertid er den reelle bidrag miRNA til modulering af immunsystemet mæglere i kræft i skjoldbruskkirtlen ikke fuldt forstået. Leone og kolleger viste, at

MIR-1

post-transkriptionelt regulerer

CXCR4

i ATC [25]. Desuden ATC-afledte cellelinje FRO udviser aktivering af NFkB signalvejen, som opregulerer

miR-146a

at generere modstand mod kemoterapeutiske stoffer og overlevelse [43]. Faktisk er NFkB pathway signalering direkte af en T1799A mutation i

BRAF

onkogen, inducere sekretion af IL8 til at øge tumor aggressivitet i skjoldbruskkirtlen cancerceller [37, 44]. Som vist i figur 12, tyder vore resultater, at den abnorme ekspression af flere miRNA kunne forklare den afvigende ekspression af forskellige interleukiner og interleukin-receptorer i PTC og ATC, stimulere krydstale mellem tumoren og immunsystemet, hvilket har fremmet leukocytrekruttering, tumorvækst, og mere aggressiv adfærd. Især vores analyse afslørede også potentielle post-transkriptionel regulering af interleukiner og interleukin-receptorer ikke tidligere er rapporteret i PTC og ATC. For eksempel,

CCR1

,

IL1RAP

,

CCL22

CSF1

er alle involveret i metastatisk spredning, og deres afvigende udtryk korrelerer med leukocyt infiltration og aggressiv fænotype i forskellige cancertyper [45-48]. Vigtigere, genekspression data fra The Cancer Genome Atlas (TCGA) [21] viste, at unormal udtryk for ECM og cytokiner gener er en hyppig begivenhed i PTC (en tredjedel og en femtedel af tilfældene, henholdsvis) og er forbundet med aggressiv adfærd og faldt den samlede overlevelse sats. Denne observation tyder på, at miRNA-medieret modulering af ECM og cytokin gener i PTC kan bidrage med progression til udifferentierede kræft i skjoldbruskkirtlen.

Tumor-associerede makrofager (TAM) bidrager med metastaser gennem udskillelse af IL8.

RET

aktivering inducerer sekretion af IL1A og IL8. Den faldt udtryk for miRNA

miR-26

,

-29b /c

,

-30a /d

,

-125b

,

– 203

og

lad-7c

kan føre til forøget ekspression af interleukiner IL1A, IL8, CCL22 og CSF1, hvilket sekretion generere pro-metastatiske og -angiogenic reaktioner i skjoldbruskkirtlen kræftceller. Øget ekspression af receptorer IL2RA, IL4R, IL13RA1, IL10RA og CCR1 kan begunstige kemo-modstand og overlevelse af autokrine og parakrin stimulation.

Som konklusion, ved at udnytte beregningsværktøjer og genekspression data i offentlige depoter, kaste vi lys over panorama af post-transkriptionel regulering udøves af miRNA i kræft i skjoldbruskkirtlen. Selv infiltrering af immunceller og tilstedeværelsen af ​​inflammation kan være nyttige som prognostiske markører, modulering af immunsystemet mediatorer som et terapeutisk værktøj er ikke en realitet for kræft i skjoldbruskkirtlen.