PLoS ONE: Divergent Genomic og Epigenomic Landscapes of Lung Cancer undertyper understrege Valg af forskellige Onkogene Pathways under Tumor Development

Abstrakt

Til terapeutiske formål, ikke-småcellet lungekræft (NSCLC) har traditionelt været betragtet som en enkelt sygdom. nylige beviser tyder dog, at de to store undertyper af NSCLC, adenocarcinom (AC) og pladecellekræft (SQCC) reagerer forskelligt på både molekylære målrettede og nye generation kemoterapi. Derfor identificerer de molekylære forskelle mellem disse tumortyper kan påvirke ny behandling strategi. Vi udførte den første store analyse af 261 primære NSCLC tumorer (169 AC og 92 SQCC), der integrerer genom-dækkende DNA kopital, methylering og genekspressionsprofiler at identificere subtypespecifik molekylære ændringer er relevante for nye agent design og valg af terapi . Sammenligning af AC og SQCC genomiske og epigenomic landskaber afslørede 778 ændrede gener med tilsvarende udtryk ændringer, der er valgt under tumor udvikling i en undertype-specifik måde. Analyse af 200 yderligere NSCLCs bekræftet, at disse gener er ansvarlig for at drive den differentielle udvikling og resulterende fænotyper af AC og SQCC. Vigtigt er det, vi identificeret centrale onkogene veje afbrudt i hvert undertype, der sandsynligvis tjener som grundlag for deres differentieret tumor biologi og kliniske resultater. Nedregulering af

HNF4α

målgener var den mest almindelige vej specifikke for AC, mens SQCC demonstrerede afbrydelse af talrige histon modificerende enzymer samt transskription faktor

E2F1. I silico

screening af kandidat terapeutiske forbindelser ved hjælp af undertype-specifik pathway komponenter identificeret HDAC og PI3K-inhibitorer som potentielle behandlinger skræddersyet til lunge SQCC. Sammen vores resultater tyder på, at AC og SQCC udvikles gennem distinkte patogenetiske veje, der har betydelig konsekvenser i vores tilgang til den kliniske behandling af NSCLC

Henvisning:. Lockwood WW, Wilson IM, Coe BP, Chari R, Pikor LA , Tor KL, et al. (2012) divergerende Genomic og Epigenomic Landscapes of Lung Cancer undertyper understrege Valg af forskellige Onkogene Pathways under Tumor Development. PLoS ONE 7 (5): e37775. doi: 10,1371 /journal.pone.0037775

Redaktør: Alfons Navarro, University of Barcelona, ​​Spanien

Modtaget: November 8, 2011; Accepteret: April 27, 2012; Udgivet: 21 maj, 2012 |

Dette er en åben-adgang artiklen, fri for alle ophavsrettigheder, og kan frit gengives, distribueres, overføres, ændres, bygget på, eller på anden måde bruges af alle til ethvert lovligt formål. Værket gøres tilgængeligt under Creative Commons CC0 public domain dedikation

Finansiering:. Dette arbejde blev støttet af tilskud fra de canadiske Institutes for Health Research (CIHR) (MOP-86.731, MOP-77.903, MOP-110.949 ), Canadian Cancer Society (CCS20485), NCI Early Detection Research Network, og Forsvarsministeriet (CDMRP W81XWH-10-1-0634). W.W.L., I.M.W., B.P.C., R.C., K.L.T. og L.A.P. blev støttet af legater fra CIHR og NSERC (naturvidenskab og teknik Forskningsråd), og W.W.L. af en CIHR Jean-Francois Saint Denis Fellowship i Cancer Research, R.C. af en Banting Postdoc Fellowship, K.L.T. og L.A.P. af Vanier Canada Graduate stipendier. 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

Lungekræft er den hyppigste årsag til kræft-relaterede dødsfald på verdensplan og på trods af de nuværende behandlinger, prognose forbliver fattige, med en overlevelse kan dog kritiske hændelser i tumorgenese være maskeret af reaktive forandringer ved undersøgelsen udtryk profiler alene [11], [12], [13]. Omvendt DNA kopi nummer eller DNA methylering ændringer svarer med genekspression ændringer er ofte betragtes som bevis for kausalitet. Sådanne ændringer DNA niveau er kritiske deregulering begivenheder kørsel progression og andre kræft fænotyper [14], [15], [16]. Da SQCC og AC menes at udvikle sig fra distinkte cellelinier i forskellige regioner af lungen, kan der forekomme udvalget af genetiske ændringer, der kræves for tumorinitiering i en slægt-begrænset vis. For eksempel, forstærkningen af ​​afstamning overlevelse onkogener

SOX2

TITF1 /NKX2-1

er for nylig blevet identificeret som vigtige begivenheder specifikke for udviklingen af ​​lunge SQCC og AC henholdsvis [17] , [18]. Men disse gener alene er utilstrækkelig til at forklare den fænotypiske diversitet undertyper, hvilket antyder, at langt størstedelen af ​​gener, der er ansvarlige for deres differential udvikling fortsat ukendt. Selvom genetiske og epigenetiske forskelle mellem SQCC og AC er blevet beskrevet, har lav genom dækning og /eller små stikprøvestørrelser været begrænsende [19], [20], [21], [22], [23], [24].

i denne undersøgelse udførte vi den første store analyse af primær NSCLC tumorer (261 total -169 AC og 92 SQCC), der integrerer høj opløsning DNA kopital, methylering og genekspressionsprofiler at identificere kritiske subtypespecifik molekylære funktioner. Karakteriseringen af ​​de genomiske og epigenomic landskaber i AC og SQCC afslørede en forbløffende antal forskelle på DNA-niveau med efterfølgende genekspression ændringer, der er udvalgt til under subtypespecifik lunge tumor udvikling. Vigtigt er det, vi identificeret centrale onkogene veje forstyrret af disse ændringer, der sandsynligvis tjener som grundlag for differentierede adfærd i tumor biologi og kliniske resultater. Endelig gennem prognostisk analyse og

i silico

screening af kandidat terapeutiske forbindelser ved hjælp af undertype-specifik pathway komponenter, viser vi, hvordan disse nye fund kan påvirke vores tilgang til den kliniske behandling af NSCLC.

Resultater

Vurdering af den globale genomisk ustabilitet i AC og SQCC

carcinomer af alle typer er kendt for at havnen mange DNA-niveau ændringer forbundet, dels at kræftfremkaldende eksponering [25]. Faktisk har tobaksrøg blevet forbundet med induktion af ikke blot DNA-mutationer, men også bredt kromosomal ustabilitet [26]. Baseret på forskellige udsættelse for tobak kræftfremkaldende stoffer i celler i den centrale (SQCC) og perifere (AC) luftveje, søgte vi først at bestemme, om den globale genomisk ustabilitet var mere fremherskende i nogen af ​​de to undertyper. Vi genererede og sammenlignet hele genom kopi nummer profiler til 261 NSCLC tumorer 169 AC og 92 SQCC – ved fliser opløsning vifte komparativ genomisk hybridisering (CGH) (Prøvesæt # 1, tabel S1) [27], [28], [29] , [30]. Efter hybridisering standard fjernelse af systematiske afvigelser, og beregningsmæssige segmentering til at identificere områder af gevinst og tab, antallet af tjente, tabte, og neutrale sonder blev vurderet for hver tumor. Den relative genomisk instabilitet observeret i AC og SQCC grupper blev derefter sammenlignet (figur 1a). Det gennemsnitlige antal ændrede prober (per prøve) blev sammenlignet mellem grupper under anvendelse af Mann-Whitney U-test. Ingen signifikante forskelle mellem de to undertyper blev fundet i overensstemmelse med tidligere arbejde, der viste lignende DNA indhold på tværs af undertyper [31]. Denne analyse viser, at ingen af ​​undertype har en hang til gevinst eller tab af DNA. Derfor observerede forskelle i ændring frekvens i et givet locus kan tilskrives undertype specifik udvælgelse af gener inkluderet i ændrede regioner og ikke til forskellige grader af tilfældige genomiske ustabilitet forbundet med tumorudvikling.

(a) Procentdel af kloner af hver stat i begge undertyper. Box plots illustrerer procentdelen af ​​kloner med status -1 (tab /sletning), 0 (neutral), og +1 (gevinst /forstærkning) i hvert af de undertyper. Procentdele blev beregnet for hver prøve og for hver status. Disse plots påvise ensartetheden i de samlede genom ombygning procenter mellem AC og SQCC tumorer og foreslå, at gentagne ændrede områder af genomet er resultatet af valget i stedet for en højere frekvens af gevinst eller tab af DNA i enten undertype. (B) ændring frekvenser for 169 AC (rød) og 92 SQCC (blå) tumorer vises på tværs af hele det humane genom. Solid lodrette sorte linjer repræsenterer kromosom grænser mens de stiplede sorte linier repræsenterer kromosom arm grænser. Hyppigheden af ​​kopital gevinst er angivet i toppanelet. Bemærk den høje frekvens af 3. kvartal gevinst i SQCC undertype, i overensstemmelse med tidligere rapporter. Yderligere områder af kopital forskel er også klart, såsom den mere almindelige gevinst på kromosom 2p i AC. Det andet panel (midten) viser hyppigheden af ​​kopital tab. Fælles tumorsuppressorgen loci såsom kromosom 3p er fælles mellem AC og SQCC, men der er store forskelle i regioner som kromosom 4q. Betydningen af ​​kopital ulighed (invers p-værdi korrigeret for multiple sammenligninger) mellem AC og SQCC undertyper er afbildet i den tredje (nederste) panel. Solid sorte linjer repræsenterer regioner betragtes statistisk forskellige (p≤0.01) mens grå linjer ikke.

Uensartede genomiske landskaber karakterisere lunge SQCC og AC

Selvom NSCLC undertyper udviser lignende niveauer af genomisk ustabilitet, hvis specifikke genetiske veje er involveret i deres differential udvikling, forskelle i de genomiske ændringer valgt under tumorigenese bør være til stede. For at bestemme om der findes genetiske ændringer unikke for hver NSCLC undertype, søgte vi efter tilbagevendende ikke-tilfældige områder af aberration i hver gruppe. Prøverne blev grupperet efter undertype og sonder blev samlet i regioner baseret på lignende kopi nummer status. Hyppigheden af ​​ændringer på tværs autosomer blev bestemt og sammenlignet mellem undertyper ved hjælp af Fishers eksakte test og den resulterende

p

-værdier blev korrigeret for flere sammenligninger med en cut-off af ≤0.01 betragtet som signifikant. Derudover har vi forpligtet regioner skal ændres i 20% af prøverne fra en undertype gruppe og en forskel mellem grupper af 10%, der skal betragtes som “interessant”. Figur 1b viser de resulterende genomiske landskaber i AC og SQCC baseret på hyppigheden af ​​gevinst og tab på tværs af genomet, og fremhæver de tilsvarende områder i forskel mellem de undertyper, der blev identificeret.

Denne analyse viste 294 regioner i kopi nummer ulighed mellem SQCC og AC, 205 af disse var SQCC-specifikke, mens 89 var AC specifik (tabel S2). Selvom nogle regioner overlappede, tegnet af ændringen (det vil sige få versus tab) var specifik for en enkelt gruppe. Siden ændringen status mellem undertyper afveg stærkt, klassificeret vi disse som undertype-specifikke kopi nummer ændringer. I alt omfattede disse forandringer ca. 550 Mbp af genomet, der spænder i størrelse fra store segmenter på kromosom arme (64,8 Mbp på 4q) til diskrete toppe kun kilobaser i størrelse (0,05 Mbp flere steder).

Interessant , kopiere antal profilering af 20 preinvasive lungekræft

situ

læsioner i, de forudsatte forstadier til lunge SQCC tumorer, viste, at langt de fleste (186/204, ~92%) af SQCC-specifikke ændringer er til stede på dette fase af tumor udvikling, hvilket tyder på, at disse begivenheder kan påbegyndes tidligt i SQCC tumorigenese (tabel S3). De øvrige ændringer, der er til stede i SQCC tumorer og ikke fundet i karcinom

situ

læsioner kan udgøre potentielle førere af SQCC progression (tabel S3, med potentielle target gener af disse regioner er identificeret i tabel S4 i, diskuteres nedenfor ). Tilsammen udgør disse fund støtte vores hypotese, at de undertyper udvikles gennem forskellige genetiske veje.

Gene forstyrrelser vælges i en undertype specifik måde under NSCLC udvikling

Opdagelsen af ​​DNA kopital forskelle mellem NSCLC undertyper foreslår, at gener i disse områder kan fortrinsvis blive udvalgt under tumorigenese og således er ansvarlig for forskellen udvikling og patologiske egenskaber ved undertyper. At identificere de potentielle målgener af disse ændringer, vi integreret DNA kopital og genekspressionsniveauer [32]. Genekspressionsprofiler blev genereret for en undergruppe af tumorer, der blev analyseret ved matrix CGH (20 SQCC og 29 AC tumorer, Prøvesæt # 2, tabel S1). Vi antager, at gener er mål for undertype-specifikke ændringer ville være anderledes på DNA-niveau med matchende forskelle på genekspressionsniveauet. Endvidere analyserede vi også normalt lungevæv at sikre, at kun gener udtrykkes forskelligt i tumorvæv (i forhold til normal) forblev som kandidater, en karakteristisk konsistent med en rolle i tumor udvikling.

Gener placeret inden for hver undertype-specifikke kopiantals ændring blev identificeret, og ekspressionsniveauerne sammenlignet mellem SQCC og AC prøver at bestemme dem, der blev differentielt udtrykt (p 0,001, efter korrektion flere test). For SQCC, 4669 unikke gener kortlagt til de subtypespecifik kopital ændringer (~23 gener pr område), og 797 (17%) af disse blev differentielt udtrykt mellem undertyper i den forventede retning. I AC blev 2050 unikke gener ligger i undertype-specifikke kopi nummer forandringer (~23 per region) og 171 (8%) blev differentielt udtrykt mellem undertyper i den forventede retning.

Selv om nogle gener overlappede, deres forstyrrelser mønstre var specifikke for den enkelte cancer type, der tyder på modstående roller (oncogene vs tumor undertrykkende) afhængigt cellulær kontekst. Derfor blev disse gener også for at være subtypespecifik mål. Når de kombineres, de SQCC og AC subtypespecifik kopi nummer regulerede kandidater repræsenterede 968 unikke gener og viste en klar sondring i ekspressionsniveauerne mellem de to undertyper.

Ud over at demonstrere en sammenhæng mellem udtryk og kopiere nummer ændring, en kandidat undertype-specifikt gen skulle også være dereguleret i cancervæv forhold til normalt væv [33]. Vi analyserede ekspressionsniveauerne af kandidater i et uafhængigt panel af 53 SQCC og 58 AC lungetumorer og 67 prøver af afstødes bronchiale celler fra kræft-fri individer (prøve Indstiller # 3 og # 4, tabel S1). I alt 655 af 797 SQCC-specifikke og 143 af de 171 AC-specifikke gener havde tilsvarende sonder på dette array platform. Disse gener blev sammenlignet mellem de respektive kræft subtype og de normale bronkiale celler for at bestemme dem, der blev signifikant differentielt udtrykt (p 0,001) i retning forudsagt af det tilsvarende kopiantal ændring i hvilken de blev placeret. Denne analyse viste, at 447 (68%) af SQCC-specifikke og 71 (49%) af de AC-specifikke gener blev dereguleret i cancervæv (492 unikke genændringer, Tabel S4). Da disse gener opfyldt alle tre kriterier for at definere kandidat subtypespecifik, kopiantals ændring regulerede mål som beskrevet ovenfor, konkluderede vi, at de kunne repræsentere de kritiske genændringer driver udviklingen af ​​hver undertype (figur 2).

Transformeret absolutte udtryk data for de 492 unikke gener udviser forstyrrelser i ekspressionsniveauer som følge af kopital forskelle vises. Desuden er disse gener er op eller nedreguleret i subtype som de er forstyrret forhold til normalt lungevæv (se resultater). High-ekspression er angivet med rødt, mens sort angiver progressivt lavere niveauer af udtryk. AC prøver er angivet med røde fremhævning på toppen af ​​hver søjle, mens SQCC prøver er angivet med blå fremhæve. Hvert gen sorteres efter sin kromosomale position. Der er en klar forskel i ekspressionen af ​​disse gener med angivelse af deres specifikke engagement i undertyper.

Forskellige onkogene veje er forbundet med udviklingen af ​​AC og SQCC

Cellular veje og processer specifikt forstyrret i individuelle subtyper kan afsløre vigtige onkogene mekanismer driver forskellen udvikling af AC og SQCC. Således efter at identificere de gener, der er ansvarlige for forskellene mellem undertyper, vi næste ville undersøge deres biologiske funktioner. At opdage undertype-relaterede netværk af biologisk beslægtede gener, vi udførte Ingenuity Pathway Analysis (IPA) i 71 AC og 447 SQCC specifikke målgener (figur 3, tabel S5). SqCCs udviste forstyrrelser i gen-net, der fungerer i regulering DNA-replikation, rekombination og reparation, med yderligere roller i lymfevæv struktur og udvikling (tabel S4). Gener involveret i den øverste SQCC nettet blev associeret med binding og modifikation af histon-protein H4, samt regulering af NFKB-komplekset (figur 3b). I modsætning hertil de primære netværk i AC vises funktioner i forbindelse med celle-til-cellesignalering, udvikling og lægemiddelmetabolisme (tabel S5). Den vigtigste AC-specifikt gen netværk bestod primært af gener reguleret af transskriptionsfaktoren HNF4α (figur 3a), mens AC netværk 2 indeholdt mange gener kontrolleret af TGFp og TP53. Forskellen afbrydelse af gen netværk i AC og SQCC blev yderligere tyder på distinkte mekanismer tumorigenese for undertyper.

Ingenuity Pathway Analyse blev anvendt til at identificere biologisk relaterede netværk fra undertype specifikke gener dereguleret af subtypespecifik antal kopier ændringer (se metoder). De øverste resulterende gen netværk for hver undertype vises. a) AC netværk # 1 af gener relateret til HNF4 signalering. b) SQCC netværk # 1 viser potentielle interaktioner mellem flere histon regulerer gener for både a) og b), fuldt optrukne linier angiver direkte interaktioner mens stiplede linjer repræsenterer indirekte vekselvirkninger mellem generne. Netværkskomponenter markeret med rødt er opreguleret i den tilsvarende undertype mens de fremhævede grøn er nedreguleres. De, der ikke er fremhævet anvendes af softwaren til at vise relationer. Yderligere oplysninger om generne og deres samspil kan findes på www.ingenuity.com. eller inden diskussionen. I dette diagram molekyler repræsenteres som sådan; proptrækkere repræsenterer enzymer, y-formede molekyler er transmembrane receptorer, fingerbøl-formede molekyler er transportører, kinaser er trekantede, og cirkulære molekyler omfatter alle andre genprodukter.

Globale undertype variationer i DNA-methylering niveauer afspejler forskelle i celler af oprindelse

modsætning genomet, der er ens for de fleste normale celler i kroppen, den epigenome forskellig vævstyper [34], [35]. Ligeledes kræft genomer udviser global hypometylering i varierende grad afhængigt af vævet af oprindelse [36]. DNA methylering profiler er også påvirket af Mutationprofilen inden for forskellige cancertyper, som DNA hyper- og hypometylering ændringer også er kendt for at være relateret til væv og genetisk baggrund [37] samt rygeadfærd [38]. I betragtning af de forskellige mutationsmønstre spektre af de to NSCLC undertyper og deres sandsynlige forskellige celler oprindelsesbetegnelser, vi undersøgte det samlede DNA methylering på 30 AC og 13 SQCC prøver (Prøvesæt # 4, tabel S1). For at aktivere sammenligninger af SQCC og AC tumorer med passende matchede normale celler, blev DNA-methylering profiler også genereret for 30 ikke-maligne lungeparenkym prøver (AC reference) og 18 histologisk normale afstødes bronchieepithelceller celleprøver (SQCC reference) fra patienter med NSCLC ( prøvesæt # 1, tabel S1). Analyse af 27,578 CpG dinukleotider sonder inden 13000 CpG øer viser, at DNA-methylering i de bronchiale epitel og SQCC tumorerne var lidt lavere end i den normale lunge eller AC tumorer (figur 4a). Dette afspejles og overdrevet i CpG-dinukleotider uden for CpG-øer, hvilket antyder, at cellerne i den centrale luftveje globalt er hypomethylated forhold til cellerne i de perifere luftveje, også kræft eller ej (figur 4b). I dette tilfælde de to grupper er signifikant forskellige sammenlignet ved hjælp af en Mann-Whitney U test (

s

0,0001).

Sammenligning af gennemsnitlige DNA methylering niveauer mellem AC tumor, AC normal ( histologisk normal lungeparenkym), SQCC tumor, og bronkial epitel. a) CpG ø probe gennemsnit. Gennemsnittet af hver af profilerne på sonder inden CpG-øer er plottet som en komponent i boxplot. I dette panel, SQCC og bronchiale epiteler prøver synes at have lidt lavere DNA methylering niveauer end AC tumor og AC normale grupper. b) ikke-CpG ø probe gennemsnit. Gennemsnittet af hver af profilerne på prober ikke er beliggende inden CpG-øer er plottet som en komponent i boxplot. I denne figur β-værdi er niveauet af methylering som defineret af den methylerede signal /total signal for hver probe. I dette panel, SQCC og bronkiale epitel er væsentligt lavere i methylering niveau sammenlignet med AC tumor eller AC normale grupper, hvilket indikerer, at uden for CpG-øer, hvor hovedparten af ​​genomisk methylering forekommer, de centrale luftvejs prøverne er mere hypomethylated. c) Gennemsnitlig differentiale methylering niveauer på CpG øer. Den gennemsnitlige forskellen er plottet for de 30 AC prøver og de 13 SQCC prøverne. De to grupper er meget ens i deres differential profil inden CpG ø sonder. d) Gennemsnitlig differentiale methylering niveauer på CpG steder ikke ligger inden CpG øer. I dette plot den gennemsnitlige forskellen methylering niveau er plottet for sonder, der ikke er placeret inden for CpG øer. Igen, de to grupper ikke er væsentligt anderledes ved en Mann-Whitney U test.

For at afgøre, om disse tendenser var tydelige i tumor-specifikke epigenetiske ændringer, (dvs. dem, der findes inden for tumor undertype når sammenlignet med en passende normal celle), sammenlignede vi differentiel methylering profiler af AC og SQCC tumorer. Disse profiler blev dannet ved at subtrahere den gennemsnitlige normale DNA-methylering profil for referencerne fra hver af de 30 AC og 13 SQCC tumorer hhv. Svarende til den samlede vurdering af kopital ændringer (gevinst og tab), var der ingen signifikante forskelle mellem AC differentierede profiler og de SQCC differential profiler (figur 4c) i CpG ø prober eller ikke-CpG ø prober (figur 4D). Baseret på dette, vi igen begrundet, at eventuelle observerede forskelle i hypermethyleringsassocierede eller hypometylering frekvenser mellem de undertyper sandsynligvis skyldes subtypespecifik udvalg af disse ændringer.

Forskellige epigenetiske ændringer er involveret i udviklingen af ​​AC og SQCC undertyper

Selv om der blev observeret ingen forskelle i de globale methylering ændringer mellem undertyper, kan de to undertyper besidder differentierede ombygning frekvenser på individuelt loci. For at bestemme om AC og SQCC tumorer besidder locusspecifikke forskelle i DNA-methylering, undersøgte vi frekvenserne af methylering ændring på gen-associeret loci i begge undertyper. Tumor DNA-methylering niveauer blev sammenlignet med gennemsnittet af tilgængelige normale henvisning væv profiler. Hyppigheden af ​​probe hypermethylering og hypometylering (tumor-normal | ≥0.15) i AC- og SQCC prøver blev sammenlignet ved anvendelse af Fishers eksakte test. Efter korrektion for multiple sammenligninger blev fundet 2708 prober svarende til 2384 gener, der skal differentielt methyleret (p ≤ 0,05). Den SQCC gruppe indeholdt markant mere gentagne hyper- og hypomethylated loci end AC-gruppen, svarende til forskellen i antallet af undertype-specifikke kopital-regulerede gener observeret i analysen af ​​genomiske forandringer. Faktisk blev kun 8% af de 2708 betydelige sonder oftere ændres i AC, resten er mere almindeligt hyper- eller hypomethylated i SQCC.

For yderligere at forfine listen over varierende methylerede gener til dem, hvis genekspression afspejler niveauer forventet baseret på deres epigenetiske ændringer, vi vurderet de 2384 gener med differentiel methylering for differentieret udtrykket mellem undertyper, samt differentieret udtryk fra normalt væv, ved hjælp af en korrigeret p-værdi grænse på

s

0,05. 32 AC kandidatgener og 297 SQCC gener mødte disse strenge kriterier, og blev yderligere analyseret som undertype-specifikke epigenetisk regulerede gener (Tabel S6).

epigenetisk regulerede gener et supplement genetisk regulerede gener

For at afgøre, om de 32 AC-specifikke og 297 SQCC-specifikke epigenetisk-regulerede gener udført samme funktioner som subtypespecifik gener opdaget af DNA kopital analyse beskrevet ovenfor blev udført pathway forstyrrelser analyse. Dette viste, at den mest betydningsfulde epigenetisk reguleret gen netværk i AC er involveret i cellecyklus, celledød og cellulær udvikling (tabel S7). Dette er til dels i modsætning til toppen AC netværk af kopital regulerede gener, der ligeledes har funktioner, der er forbundet med vævet udvikling, men også besidder cellesignalering og hæmatologisk systemfunktion tilfælles (tabel S4). Den samlede grad af lighed mellem AC-specifikke gener, der er genetisk eller epigenetisk regulerede er ganske lille, sandsynligvis på grund af det lave antal AC-specifikke gener identificeret (potentielle årsager til dette er beskrevet nedenfor). I modsætning hertil SQCC gen netværk i begge analyser er meget ens. For eksempel er DNA-replikation, rekombination og reparation stærkt featured funktioner af gener, som både DNA kopiantal og DNA-methylering analyser af SQCC (tabel S5 og S7, henholdsvis). Derudover gener involveret i immunologisk sygdom og lymfevæv struktur og udvikling var fremtrædende. Af særlig interesse var berigelsen af ​​afvigende methylerede gener i småcellet lungecancer signalvej (bestående af gener, der vides at dereguleret i småcellet lungecancer som kommenteret af Ingenuity) (figur 5a). Dette var den mest markant beriget kanonisk vej hos enten undertype, der blev påvirket af DNA-methylering ændringer, og det er af interesse, fordi begge disse lungekræft (SCLC og SQCC) opstå i de centrale luftveje med eksponering ligner cigaretrøg carcinogener.

E2F1

er blandt de hypomethylated og overudtrykte gener repræsenteret i denne vej, og er kendt for at være overudtrykt i SCLC og til at drive ekspressionen af ​​

EZH2,

som også overudtrykt i SCLC [39], [40]. For at udforske denne vej videre, vi undersøgt, om

EZH2

blev mere stærkt udtrykt i SQCC end AC tumorer (som en konsekvens af forskellen

E2F1

udtryk). Som forventet, fandt vi, at

EZH2

blev udtrykt på et væsentligt højere niveau i SQCC tumorer end AC tumorer, påviser biologiske konsekvens af

E2F1

forstyrrelser (figur 5b). Den differentielle udtryk for

EZH2

i de to undertyper er betydelig i betragtning af de mange forskelle i afvigende DNA methylering observeret mellem undertyper; dette kunne afspejle den centrale rolle, EZH2 i Polycomb gruppen, et protein kompleks involveret i DNA-methylering [41].

a) SCLC signalering komponenter ændret ved DNA methylering i SQCC. I denne skematiske af SCLC signalvej, er gener, der hypomethylated og overeksprimeres vist med rødt, og dem, der er hypermethyleret og underexpressed er vist med grønt. Komponenter på alle niveauer af vejen er berørt, herunder transskription faktor

E2F1

, som driver ekspression af onkogene Polycomb medlemsgruppe

EZH2

. b)

EZH2

udtryk i 58 AC tumorer og 53 SQCC tumorer.

EZH2

ekspression blev vurderet i et eksternt datasæt, og det viste sig at være højere, som forudsagt i SQCC tumorer sammenlignet med AC tumorer under anvendelse af en Wilcoxon Rank Sum (p 0,0001). c)

FHIT

forskellen methylering niveauer i SQCC og AC tumorer.

FHIT

viste sig at blive dereguleret af både sletning og hypermethylering på en måde, der var specifik for SQCC tumorer. Vis her er de differential DNA methylering niveauer for 30 AC tumorer og 13 SQCC tumorer. De SQCC tumorer hypermethyleret i langt højere grad end AC tumorer, i overensstemmelse med de tidligere offentliggjorte undersøgelsesresultater.

DNA-kopi nummer og DNA methylering data er komplementære fra et gen-specifikke perspektiv så godt. Dette understreges af syv gener (

ATP2C1

,

PCYT1A

,

ZWILCH

,

CENTB2

,

BAG4

,

PARP11

CSDA

, tabel S8), som er afbrudt af gen-dosering i en undertype og DNA methylering i den anden.

PARP11

er et sådant eksempel på differentieret aktivering /inaktivering af DNA-kopi nummer og DNA methylering, som diskuteres yderligere nedenfor.

samordnet genetiske og epigenetiske afbrydelse af undertype-specifikke gener

for at afgøre, om de to DNA kopital og DNA methylering afvigelser samtidigt forstyrret nogen gener, vi kombineret subtype-specifikke gen-lister udledt ved hjælp af de to analytiske tilgange, der er beskrevet ovenfor (tabel S9).