PLoS ONE: Almindelig Menneskelig Cancer Gener opdaget af Integrated Gene-Expression Analysis

Abstrakt

Baggrund

Microarray teknologi giver en standardiseret, objektiv vurdering af onkologisk diagnose og prognose. Men sådanne undersøgelser er typisk specifikke for visse typer kræft, og resultaterne har begrænset brug på grund af utilstrækkelig validering i store patientkohorter. Opdagelsen af ​​gener almindeligvis reguleret i kræft kan have en vigtig implikation i forståelsen af ​​fælles molekylære mekanisme for kræft.

Metoder og Resultater

Vi er beskrevet en integreret gen-ekspression analyse af 2.186 prøver fra 39 studier at identificere og validere en cancertype-uafhængig gen signatur, der kan identificere cancerpatienter for en lang række humane maligniteter. Den Simpelhed af genekspression i 20 typer af almindelige kræftform blev vurderet i 20 uddannelse datasæt. Den diskriminerende magt en signatur defineret af disse fælles cancer gener blev evalueret i de andre 19 uafhængige datasæt herunder nye kræftformer. QRT-PCR og væv microarray blev anvendt til at validere almindeligt regulerede gener i flere cancertyper. Vi identificerede 187 gener dysreguleret i næsten alle kræft vævsprøver. Den 187-genet signatur kan håndfast forudsige kræft versus normal status for en lang række humane maligniteter med en samlet nøjagtighed på 92,6%. Vi yderligere forfinet vores signatur til 28 gener bekræftet af QRT-PCR. Den raffinerede signatur stadig nået 80% nøjagtighed klassificere prøver fra blandede typer kræft. Denne signatur fungerer godt i forudsigelsen af ​​nye typer kræft, som ikke var repræsenteret i uddannelse datasæt. Vi identificerede også tre biologiske veje, herunder glykolyse, cellecyklus checkpoint II og PLK3 veje, hvor de fleste gener er systematisk opreguleret i mange typer af kræft.

Konklusioner

Den identificerede signatur har fanget afgørende transkriptionelle funktioner i neoplastisk transformation og progression i almindelighed. Disse resultater vil bidrage til at belyse den fælles molekylære mekanisme for kræft, og give ny indsigt i kræft diagnostik, prognosticering og terapi

Henvisning:. Lu Y, Yi Y, Liu P, Wen W, James M, Wang D et al. (2007) Fælles Menneskelig Cancer Gener opdaget af Integrated Gene-Expression Analyse. PLoS ONE 2 (11): E1149. doi: 10,1371 /journal.pone.0001149

Academic Redaktør: Oliver Hofmann, South African National Bioinformatics Institute, Sydafrika

Modtaget: 13 august, 2007; Accepteret: 16 okt 2007; Udgivet: November 7, 2007

Copyright: © 2007 Lu 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 arbejde blev støttet af NIH give R01CA58554 (MY)

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

Introduktion

Kræft er en af ​​de førende årsager til død i vestlige lande ført til en af ​​hver fire dødsfald. Mere end 100 typer af kræft med forskellig forekomst er blevet diagnosticeret i forskellige organer eller væv. Kræft er tilknyttet flere genetiske og regulatoriske afvigelser i cellen. For at fange disse abnormaliteter, mikromatrice, som giver mulighed for samtidig måling af ekspressionsniveauer af titusinder af gener, er blevet mere og mere brugt til at karakterisere de globale gen-udtryk profiler af tumorceller og matchede normale celler af samme oprindelse. Gennem de seneste år har de globale gen-udtryk profiler af forskellige kræftformer blevet analyseret og mange gen-ekspression signaturer, der er forbundet med cancer progression, prognose og respons på behandling er blevet beskrevet [1] – [19]. Men sådanne undersøgelser er typisk specifikke for visse tumorer. De kræft typespecifikke signaturer fra disse studier viser lidt overlap i gen forfatninger og biologisk vigtige veje. Årtiers forskning i molekylær onkologi har givet par nyttige tumor-specifikke molekylære markører, på grund af begrænsninger med prøve tilgængelighed, identifikation, erhvervelse, integritet, og forberedelse [20]. Kræft er en stærkt heterogen sygdom, både morfologisk og genetisk. Det er fortsat en udfordring at fange en væsentlig, fælles transkriptionel træk ved neoplastisk transformation og progression.

For at udtrække maksimal værdi fra den seneste ophobning af offentligt tilgængelige cancer gen-udtryk data, er det nødvendigt at vurdere, integrere og inter -validate flere datasæt. Omfattende analyser af et utal af offentliggjorte datasæt gør det muligt at finde fælles cancer gener og essentielle funktionelle konsekvenser, der er forbundet med tumor initiering og progression i almindelighed. Systematisk karakterisering af ekspression ændringer i biologiske veje blandt forskellige former for kræft i sidste ende vil føre til en bedre forståelse af, hvilke perturbationer i cellen giver anledning til cancer. Disse resultater vil give flere kliniske retningslinjer for kræftdiagnostik, prognosticering og terapi på grundlag af genekspression underskrift af patienterne. I den foreliggende undersøgelse beskrev vi en integreret gen-ekspression analyse af 2.186 prøver fra 39 forskellige undersøgelser for at identificere og validere en cancer gen signatur, der er uafhængig af tumortyper og kan identificere cancerpatienter for en lang række humane maligniteter.

Resultater

fælles genekspression ændringer i forskellige cancertyper

Vi først analyserede genekspression profiler af 1.223 humane prøver (343 normale væv og 880 tumorvæv) fra uddannelse datasæt 1-20 indeholdende 20 forskellige typer af cancere (tabel S1). Den Simpelhed af genekspression i disse 20 cancertyper blev statistisk vurderet ved permutation analyser (p 10

-5). I alt blev 187 gener almindeligvis påvirket i kræft identificeret. Af disse 117 var opreguleret og 70 blev nedreguleret i næsten alle kræftrelaterede vævsprøver, uanset deres væv oprindelsesland (tabel 1 og 2). Med bioinformatik værktøjet, FatiGO (https://fatigo.bioinfo.cnio.es), fandt vi 142 ud af 187 cancer-gener var signifikant associeret med mindst en Gene Ontology (GO) kategori. Adskillige funktionelle kategorier er blevet vist at være vigtigt for carcinogenese og cancer progression (tabel S2). For eksempel 11 gener (BFAR, card4, SPP1, SNCA, BAX, STAT1, Clu, GULP1, bud CIDEA og PPP2R1B) kontrol programmeret celledød; 8 gener (TTK, Reck, BAX, STAT1, NME1, CCNB2, E2F3 og PPP2R1B) er involveret i reguleringen af ​​cellecyklus; 8 gener (TAP1, APOL2, SPP1, Clu, PSMB8, TAPBP, HLA-F og TNFSF13B) spiller roller i immunresponset; og 6 gener (TTK, SPP1, NME1, NAP1L1, NPM1 og TNFSF13B) regulerer celleproliferation. Desuden gener, der er involveret i protein transport, M-fasen cellecyklus, sekretoriske sti og DNA-reparation er konsekvent opreguleret i et stort flertal af cancertyper.

Validering af almindelige kræftform gener ved QRT-PCR og TMA

for at validere microarray genekspression resultater fra den integrerede gen-udtryk analyse, de relative ekspressionsniveauer for 32 af de 187 cancer gener blev bestemt ved QRT-PCR-analyse ved hjælp af helt uafhængige stikprøver fra tre hver af bryst-, lunge-, prostata-, tyktarms- og livmoderhalskræft og deres matchet normalt væv. Vi bekræftede udtrykket resultater for de fleste af disse udvalgte gener (fold change 1,5, p ≤ 0,05 og konsistens 60%) (tabel 3). De øverste 10 gener med absolut fold ændring 4, p ≤ 0,05 og konsistens 85% blev yderligere bekræftet ved hjælp en anden 18 matchede tumor og normale prøver fra bryst-, lunge- og livmoderhalskræft patienter. I den udvidede analyse, ekspressionsniveauerne af disse 10 gener var stadig signifikant forskellige med absolut fold-change 4, p ≤ 0,05 og konsistens 85%, undtagen gener SPP1 og NDRG2, som udviste faldet lidt konsistens (figur 1).

Klap uoverensstemmelser matchede normale kontroller blev plottet for 21 til 24 tumorer fra alle testede væv, herunder bryst-, lunge-, prostata-, tyktarms- og cervikale tumorer i to eksemplarer, der giver 42 til 48 datapunkter pr gen. Den gennemsnitlige fold ændring, p-værdi, sammenhængen i reguleringen tendens, og antallet af væv med over eller under-udtryk blev også opført.

Tissue microarray analyse (TMA) blev også udført for tre plukket tilfældigt almindelige cancer gener (SPP1, byde og Clu) for at afgøre, om mRNA ændringer blev korreleret med ændringer i proteinekspression i kræftpatienter. Vævet microarray indeholder 200 tumor prøver med 50 prøver fra hver af fire kræftformer (tyktarm, bryst, ovarie og lunge). Analyse af SPP1 proteinekspression i tumor og normale væv indikerede, at SPP1 er til stede i cytoplasmaet og kernen af ​​celler. De fleste prøver fra colon adenocarcinom, brystadenocarcinom, ovarie adenocarcinom og lungekræft viste mellemprodukt til stærk cytoplasmatisk SPP1 farvning i tumorceller, men farvningen i normale væv var meget svagere. De gennemsnitlige scorer for tumor og normale væv er 11,1 ± 1,8 og 1,8 ± 1,5 i colon adenocarcinom (p = 0,0005), 10,9 ± 1,7 og 4,5 ± 3,8 i bryst adenocarcinom (p = 0,043), 11,7 ± 1,0 og 3,3 ± 4,2 i æggestok adenocarcinom (p = 0,028), og 9,0 ± 2,2 og 3,5 ± 2,0 i lungekræft (p = 0,0005), (figur 2 og figur S1). Positiv cytoplasmatisk farvning af clusterin (CLU) var til stede på både tumor og normale celler i lunge, bryst, og ovarievæv. Men i forhold til normale væv, den clusterin faldt, i lungekræft (5,6 ± 2,1

vs.

10,8 ± 1,6, p = 0,005), brystkræft (7,1 ± 2,7

vs.

10.5 ± 1,7, p = 0,017), og ovariecancer (6,8 ± 3,0

vs.

10,5 ± 1,7, p = 0,011) (figur 3A, B og D). Tyktarmskræft viste meget mindre positiv CLU farvning end andre typer af tumor, og der var ingen signifikant forskel mellem colon tumor og normale colon væv (figur 3C). BID-protein var signifikant opreguleret i coloncancer, lungecancer og brystcancer, men ikke i ovariecancer (data ikke vist). De gennemsnitlige snesevis af immunoreaktiv farvning i tumor og normale væv er 11,2 ± 1,9

vs.

2,0 ± 1,4 (p = 0,00015), 10,4 ± 2,2

vs.

2,5 ± 2,2 (p = 0,0002 ) og 11,5 ± 1,4

vs.

6,5 ± 1,9 (p = 0,010) for disse tre kræftformer, henholdsvis (Figur 3E-G). Semikvantitativ analyse viser, at de fleste af prøver fra forskellige typer af kræft har stærke, høj procentdel af BID immunreaktion, mens normale væv kun vise lav til medium niveau af farvning; Clu tendens til at blive nedreguleret i tumorer (figur 3H). Resultaterne viser, at protein niveau er stort set i overensstemmelse med mRNA-ekspression af disse tre gener.

SPP1 positiv farvning viser i cytoplasma og nuklear af tumorceller i lungekræft (A, højre), brystcancer (B, højre ), ovarie cancer (C, højre), og tyktarmskræft (D, højre), mens negativ farvning i normal lunge (A, venstre) og ovarie (C, til venstre), svag farvning i normalt bryst (B, venstre), og colon (D, venstre).

Positiv cytoplasmatisk farvning af Clu viser både tumor og normale celler i lunge, bryst, colon og ovarie væv (A til D). CLU ekspression faldt i lungekræft (A, øverste niveau) i sammenligning med normal lunge (A, lavere niveau). Både normale bryst (B, lavere niveau) og ovarie (D, lavere niveau) viser midten til stærk farvning i cytoplasma, og midt for svag farvning i bryst (B, øverste niveau) og ovariecancer (D, øverste niveau). Meget mindre positiv clusterin farvning stede i både colon tumor (C, øverste niveau) og normale væv (C, lavere niveau). BID viser stærk cytoplasmatisk og nuklear farvning i lungekræft (E, øverste niveau) og svage kernekraft farvning i normal lunge epitel (E, lavere niveau). Øget stærk nuklear og cytoplasmatisk farvning ses i brysttumor (F, øverste niveau) sammenlignet med normalt brystvæv (F, lavere niveau). I tyktarmskræft, BID viser stærk cytoplasmatisk og nuklear farvning i tumorceller (G, øvre niveau), mens mindre positive BID farvning blev fundet i normal colon væv (G, lavere niveau). Semikvantitativ analyse af CLU og BID immunreaktion i tumorer og normalt væv (H). De fleste af prøver fra forskellige kræfttyper har stærke, høj procentdel af BID immunreaktion, og normalt væv viser kun midten til lavt niveau-farvning; mens Clu tendens til nedreguleret i tumorer (H). Høje = score 10-12, mellemledere = score 6-9, og lave = score 1-5. Venstre kolonne i hvert panel er ved lav effekt (100X) og højre kolonne i hvert panel er på høj effekt (400X).

Almindelige kræft veje i forskellige cancertyper

Vi yderligere undersøgte en liste over 1.687 biologiske veje, som omfatter metaboliske veje, protein interaktion netværk, signaltransduktionsveje, og gen regulatoriske netværk til at undersøge, om flere gener inden for en bestemt vej handle på en kumulativ måde at påvirke neoplastisk transformation og progression. Den rigdom af markant differentielt udtrykte gener i en given sti blev igen vurderet af 100.000 permutation test i uddannelse datasæt. Pathway-analyse viste, at signifikante differentielt udtrykte gener (p 0,01) hovedsagelig blev beriget i glycolyse pathway, cellecyklus checkpoint II pathway og PLK3 pathway, som omfattede 24, 10 og 10 gener (p 10

-5) . Interessant, de fleste af de involverede i disse tre veje gener opreguleret i et stort flertal af kræft væv sammenlignet med normale væv (Figur S2), hvilket tyder på forekomsten af ​​genet hyperaktivering og forstærkning i humane maligniteter.

Bekræftelse af fælles genekspression mønster i uafhængige datasæt

Næste, vi fast besluttet på at validere vores genekspression signatur og se, om vi kunne skelne kræft prøver fra normale prøver i helt uafhængige datasæt. Evnen til skelnen af ​​187-genekspression signatur i normale og tumorprøver blev testet ved clustering analyse under anvendelse oligonucleotid genekspression data fra 19 helt uafhængige datasæt. Datasæt 21 til 38, der anvendes til validering, bestod af 211 normal og 492 tumorvæv fra 14 forskellige typer kræft. I de fleste af disse 18 datasæt, blev prøver klassificeres i to grupper, den ene bestående af de fleste normale prøver og en anden for de fleste tumor prøver, baseret på vores 187 gen signatur (Figur S3). Den samlede nøjagtighed korrekte klassificering er i gennemsnit 92,64% spænder fra 78% til 100% (tabel 4). Det skal bemærkes, at datasættet 30 og 31 er lidt forskellig fra de andre datasæt grundet heterogenitet af prøver kræft. Alle prøver i disse to datasæt blev klassificeret i to store grupper: en, der kun indeholder prøver tumor; den anden gruppe, der indeholder både tumorer og normaler, der klart kan skelnes som to undergrupper. Specifikt i datasæt 30, otte myelomcellelinier dannet en gruppe med optagelse af en plasma-celle leukæmi (PCL); i den anden gruppe blev otte normale plasma celleprøver og otte prøver fra patienter med myelomatose (MM) eller PCL klart opdelt. I datasæt 31 blev seks metastatisk prostatacancer prøver grupperet sammen, mens normale væv og primære prostatakræft var i den anden gruppe, med seks normale væv og en primær prostatacancer i en undergruppe, og seks primære prostatakræft i den anden undergruppe. I clustering analyse for tumor prøver af forskellige undertyper med genekspression data, er det ikke usædvanligt, at nogle tumor undergrupper er tættere på den normale gruppe, men er klart adskilt fra den normale gruppe.

Datasæt 39 inkluderet 180 tumorprøver, der spænder over 14 almindelige tumortyper og 81 normale vævsprøver. Blandt 14 tumortyper, uterin adenocarcinom, leukæmi og pleural mesotheliom var ikke til stede i de 20 uddannelse datasæt. I clustering analyser, er prøverne grupperet i tre grupper: tumor gruppe I komponere af 57 tumorer og 20 normale væv, normale gruppe komponere af 11 tumorer og 53 normale væv og tumor gruppe II komponere af 112 tumor og 8 normale væv (figur 4) . Nøjagtigheden af ​​klassificeringen er 85%. Alle centralnervesystemet kræft og de fleste af pancreas adenocarcinom blev klassificeret i tumor gruppe I, mens alle leukæmi og de fleste af lymfomer blev klassificeret i tumor gruppe II. Især den 187-genet signatur fungerer godt (81-100%) i at klassificere nye cancertyper (såsom uterin adenocarcinom, leukæmi og pleural mesotheliom). Det er også værd at bemærke, at der kun ~31-60% af gener fra denne 187 gen signatur, der blev anvendt i clustering analyser i hver af validering datasæt på grund af særlige platforme, prøve ledighed og manglende værdier i microarray eksperimenter. Endvidere sæt gener, der anvendes til klyngedannelse analyser er delvis forskellige blandt validering datasæt, afhængigt af tilgængeligheden af ​​gen-ekspression data i en særlig undersøgelse. Dette viste robusthed, nytte og allestedsnærværende vores gen signatur. Endelig vi forsøgte også at klassificere disse 261 prøver ved hjælp af udtryk profiler af 28 almindelige cancer gener bekræftet af QRT-PCR-analyse med fold ændring 3 og konsistens 60%. Den raffinerede 28-gen signatur stadig nået -80% nøjagtighed klassificering (figur S4). Det skal bemærkes, at datasæt 39, et gammelt microarray system for Affymetrix FL 6800 gen chip med i alt 7,289 prober. Antallet af sonder, der anvendes i de to ovennævnte klyngedannelse analyser for datasættet 39 var 72 og 19, hvilket svarer til 59 og 15 gener, hhv.

Normalt væv blev markeret sorte og tumorvæv blev markeret med rødt. Prøver er grupperet i tre grupper: tumor gruppe I komponere af 57 tumorer og 20 normale væv, normale gruppe komponere af 11 tumorer og 53 normale væv, og tumor gruppe II komponere af 112 tumor og 8 normale væv. Alle centralnervesystemet kræft og de fleste af pancreas adenocarcinom blev klassificeret i tumor gruppe I, mens alle leukæmi og de fleste af lymfomer blev klassificeret i tumor gruppe II. Nøjagtigheden af ​​klassificeringen er 85%.

Diskussion

mikromatrice-baserede gen-udtryk klassificering muliggør en standardiseret, objektiv vurdering af onkologisk diagnose og prognose, og giver supplerende information til nuværende klinisk protokoller [20]. Men sådanne undersøgelser er typisk specifikke for visse former for kræft, og de opnåede udtryk profiler har begrænset brug på grund af utilstrækkelig validering i store patientkohorter. I denne undersøgelse identificerede vi et gen signatur for klassificering molekylær kræft gennem en integrativ gen-ekspression analyse af 20 forskellige typer af fælles cancer. Denne signatur indeholder 187 gener, hvis afvigende ekspression blev observeret i næsten alle ondartede vævsprøver, uanset deres væv af oprindelse. For at illustrere anvendeligheden og robustheden af ​​denne signatur, bestemt vi dens diskriminerende effekt på en anden 19 helt uafhængige datasæt. Nøjagtigheden af ​​klassificeringen er omkring 92,6% ved at bruge denne almindelige kræftform signatur. Interessant, kan en anden delmængde af gener, der tegner sig for 31-60% af de 187-genet signatur strengt identificere kræftpatienter til en lang række humane maligniteter. Endnu vigtigere, denne signatur også udfører godt i forudsigelsen af ​​nye typer kræft, som ikke var repræsenteret i den integrerende analyse i uddannelse datasæt. Dette bekræfter, at identificerede signatur er kræft type uafhængig og har fanget nogle af de væsentlige transkriptionelle funktioner i neoplastisk transformation og progression i almindelighed. Men det vides ikke om alle disse gener i vores underskrift er involveret i udviklingen af ​​cancer. Nogle af dem kan være en indikation af noget foregår i kroppen, der ledsager sygdomsprocessen; mens andre er gener

pe se

der fremmer tumorigenese og kræft progression. Vi sammenlignede også vores underskrift med to andre signaturer i uafhængige datasæt, der tidligere blev anvendt i disse undersøgelser [21], [22]. Den samlede nøjagtighed korrekt klassificering ved hjælp af vores signatur er i gennemsnit 95% i intervallet fra 90% til 100%; mens den samlede nøjagtighed af Rhode-og Xu er 89% og 93%, (Tabel S3). De to foregående underskrifter blev bestemt enten fra det samme sæt af gener i en enkelt microarray platform [21] eller fælles gener blandt forskellige platforme [22]. De analyserede gener udgør kun en delmængde af gener på genomet (ca. 25%) og var meget overrepræsenteret i deres underskrifter; mens de andre gener, som ikke er præsenteret i den analyserede platform eller ikke udbredt blandt platforme blev savnet i deres underskrifter. I den foreliggende undersøgelse er den foreslåede fremgangsmåde til bestemmelse gen signatur er ligetil og uafhængig af forskellige microarray platforme (for eksempel forskellige uncommercial cDNA chips og Affymetrix chips). Derfor kan vi bruge oplysninger om alle generne i et specifikt microarray undersøgelse. Vores undersøgelse understreger også betydningen af ​​den store stikprøve i microarray-analyser til at identificere og validere prognostiske signaturer. I denne undersøgelse har vi samles i alt 2.186 prøver fra 39 uafhængige microarray undersøgelser for klassificeringen opdagelse og validering. Resultaterne fra denne storstilede integrativ gen-ekspression analyse bør være mere robust og pålidelig end hver af potentielt under-drevne enkelte studier.

Vi identificerede også flere almindelige veje, hvor ændret ekspression af flere gener handle i en fælles pathway at påvirke tumorudvikling. Disse veje omfatter glycolyse cellecyklus checkpoint II og PLK3 veje. Vi fandt, at mange af de gener i hver af veje blev opreguleret i forskellige typer af tumorvæv i sammenligning med normalt væv. Den forstyrrelse af ekspression af multiple gener inden disse veje kan være et fælles kendetegn for neoplastisk transformation og progression i maligne tumorer. Terapeutisk manipulation af disse veje kan tilvejebringe en universel strategi til behandling af mange typer af cancer. For eksempel cancerceller ofte energifremstilling gennem glykolytisk gæring i stedet oxidativ fosforylering. Det er muligt, at manglen på oxidativ phosphorylering begrænser produktionen af ​​proapoptotiske superoxid. Tre enzymer af 187-genet profil, TPI, PGK1, og ENO1, som er involveret i den glycolytiske omsætningsvej, viste sig også at være signifikant overudtrykt i HER-2 /neu-positive brysttumorer [23]. Overekspression af disse enzymer kan meget vel vedrøre de øgede krav til både energi og protein syntese /nedbrydningsveje i de hastigt voksende tumorer. Denne vej blev foreslået at være betydelig i tumorigenese mere end 70 år af Warburg [24].

De identificerede gener i vores underskrift kunne være de vigtigste mål for kræftbehandling og forebyggelse, da de er dysreguleret i mange typer af kræft. Karakterisering af disse fælles gener bør give mulighed for at belyse visse af de mere generelle mekanismer i kræft initiering og progression. Cancergenterapi klassisk involverer levering af tumor suppressor, apoptoseinducerende eller selvmordsgener direkte ind tumorceller. Anholdelse af tumorcelleproliferation er det endelige mål for anticancer-terapi. Interessant nok i vore data, de identificerede fælles gener, der er involveret i reguleringen af ​​celledeling er alle opreguleret i forskellige typer af tumorvæv (tabel S2). Disse gener indbefatter TTK, SPP1, NME1, NAP1L1, NPM1 og TNFSF13B. Osteopontin (SPP1) er et gen, der regulerer celleproliferation. Mange undersøgelser har vist, at SPP1 i høj grad udtrykkes i flere maligniteter. Rigelige sekretion af SPP1 fungerer som en markør for bryst- og prostatacancer, osteosarkom, glioblastom, pladecellecarcinom og melanom [25]. Celler fra SPP1 knockout mus viser nedsat kolonidannelse i blød agar og langsommere tumorvækst

in vivo

i sammenligning med tumorer i vildtypemus [26]. I vores QRT-PCR-analyse, blev SPP1 overudtrykt i 18 ud af 22 prøver fra fem forskellige typer af tumorvæv (figur 1). Vævet microarray analyse påviste yderligere, at denne forøgede mRNA-ekspression niveau af SPP1 blev signifikant korreleret med proteinniveau hos cancerpatienter (figur 2). Således kan SPP1 være en lovende fælles mål for kræftbehandling og forebyggelse.

BH3-interagerende domæne død agonist (BID) og clusterin (CLU) er to andre potentielle terapeutiske mål, der er involveret i programmeret celledød. BID indeholder kun BH3-domænet, som er nødvendig for dens interaktion med Bcl-2-familien proteiner og for dets pro-død-aktivitet. BID er modtagelig for proteolytisk spaltning af caspaser, calpainer, Granzyme B og cathepsin [27]. BID er vigtig for celledød medieret af disse proteaser, og dermed er sentinel til protease-medieret død signaler [28]. Protease-kløvet BID er i stand til at fremkalde flere mitokondrielle dysfunktioner, herunder udgivelsen af ​​den inter-membran rum proteiner, cristae reorganisering, depolarisering, permeabilitet overgang og generering af reaktive ilt arter. BID er således en molekylær bro, der forbinder forskellige perifere død veje til den centrale mitokondrier vej. Nylige undersøgelser indikeret endvidere, at BID kan fungere som mere end blot en proapoptotiske morder molekyle. BID ikke kun fremmer cellecyklusprogression i S-fasen, men også omfatter vedligeholdelse af genomisk stabilitet ved at engagere sig på mitotiske checkpoints [27]. Dette protein har forskellige funktioner, der er vigtige for både liv og død af cellen. En nylig undersøgelse viste, at BID steg i hjernesvulst, gliomer, prostatakræft, kræft i æggestokkene og tyktarmskræft [29]. Clu er en sulfateret glycoprotein, impliceret i forskellige cellefunktioner involveret i carcinogenese og tumorprogression, herunder cellecyklusregulering, celleadhæsion, DNA-reparation og apoptose. Flere undersøgelser viser stærkt reduceret ekspression af CLU i tumorer sammenlignet med normalt væv, herunder testikel- tumor, von Hippel-Lindau (pVHL) -defective renal tumor, esophageal pladecellecarcinom [30] – [34]. Faldet i den samlede Clu niveau vises fordi Clu positive stromale rum i normal slimhinde er tabt i tumor [35]. Clu spiller en negativ rolle i epitelcelleproliferation og manglende Clu øger modtageligheden for tumorgenese efter kræftfremkaldende udfordring. Det under-ekspressionen af ​​CLU var umiddelbart synlige i stærkt maligne MD PR317 prostataadenokarcinomceller bruger laser mikrodissektion teknik og seriel analyse af genekspression [36]. Både vores QRT-PCR og væv microarray analyser bekræftet opregulering af BID og nedregulering af CLU i de fleste af ondartede væv (Figur 3).

Stamceller er de allertidligste celler i fosteret, der deler og differentiere til at danne modne organer og væv. Små antal normale stamceller fortsætter ind i voksenalderen og funktion til at vedligeholde og reparere sundt væv. Det er for nylig blevet fastslået, at ligesom normale væv, er humane tumorer påbegyndes og vedligeholdes af stamceller. findes Kræft stamceller som et mindretal i tumoren og deler mange genetiske og biologiske egenskaber ved normale stamceller. Nogle gener overudtrykt i kræft væv identificeret i vores underskrift blev fundet stærkt udtrykt i embryonale stamceller. For eksempel er miljøpolitiske årsberetninger, NPM1, STAT1 og LSM4 højere udtrykt i humane embryonale stamcellelinjer sammenlignet med humant universal RNA [37], [38]. CCNB1, FBXO2, NMe2, SNRPF, DDX21, SLC38A4, PSMA2, PSMA3 og AP1S2 er også højere udtrykt i humane embryonale stamcellelinjer [37], [38], medlemmer af disse gen familier såsom CCNB2, FBXO32, NME1, SNRPB, DDX39, SLC38A1, PSMA4, PSMA7 og AP1S1 observeres i vores underskrift. Især to gener i vores underskrift, DNMT1 og TAPBP, er noteret på SuperArray GEArray S Series menneskelige stamceller Gene Array, som er designet til at profilere ekspression af gener vides at være vigtige for identifikation, vækst og differentiering af stamceller (katalog antallet HS-601,2, Superarray, Frederick, MD, https://www.superarray.com/home.php). Vores gen signatur indeholder også flere gener relateret til væv udvikling, såsom regulering af udviklingsproces (FNDC3B, SPP1 og TTL), embryonale udvikling (ADAM10) og orgel udvikling (NCL, SPP1, SFXN1, BAX, ADAM12, NRP2 og NME1) ( https://fatigo.bioinfo.cnio.es).

sammenfattende definerede vi en cancer-type uafhængig gen signatur til forudsigelse af cancer status for en lang række humane maligniteter. Denne signatur har fanget den væsentlige transkriptionelle overgang normal celle adfærd til ukontrolleret cellevækst i maligne tumorer og har derfor stor betydning i kræftdiagnostik, prognosticering og terapi. Disse gener skulle vise sig anvendelig til ikke kun at forstå den fælles molekylære mekanisme for kræft, og kræft diagnose, men også tjene som potentielle molekylære mål så godt.

Materialer og metoder

Data indsamling og behandling

Microarray datasæt blev indhentet fra offentlige databaser. Data, var af to generelle typer, dual channel forhold, der svarer til plettede cDNA microarrays og data enkelt kanal intensitet svarende til Affymetrix microarrays. Tredive ni studier havde 634 normal og 1.552 kræft prøver i alt (tabel S1). Alle disse tidligere microarray undersøgelser blev oprindeligt designet til identifikation af differentielt udtrykte gener mellem normale og maligne tumorvæv for den specifikke type kræft. Patologi rapporter var grundlag for klassificere de normale og tumor væv, og godartede og ondartede svulster i disse undersøgelser. Datasæt 1-20 som repræsenterer 20 forskellige fælles cancertyper såsom blære, bryst, colon, endometrial, nyre, lever, lunge, melanom, lymfom, pancreascancer, prostatacancer og thyreoideacancer blev anvendt til at identificere fælles cancer gener og veje, og datasæt 21 -39 blev anvendt til omfattende validering. De valgte uddannelse datasæt var normalt større end validering datasæt undtagen flere meget nylig udgivet datasæt. Alle ekspressions-værdier var base- to log transformeret. For at lette multi-undersøgelse analysen blev UniGene cluster ID og gen navne tildelt alle af cDNA-kloner og Affymetrix prober baseret på NCBI Unigene Build 198 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query. fcgidbunigene).

Påvisning af differentielt udtrykte gener

Vi brugte to stikprøver permutation

t

test til identifikation af differentielt udtrykte gener (degs), som blev implementeret i R pakke permax (https://www.r-project.org/), for hver af de datasæt 1-20.