PLoS ONE: Gene Expression Korrelationer i menneskelige kræftceller Definer Molekylær Interaktion Networks for Epithelial Phenotype

Abstrakt

Brug genekspression data til at forbedre vores viden om kontrol netværk er relevante for kræft biologi og terapi er en udfordrende, men presserende opgave. Baseret på den forudsætning, at gener, som udtrykkes sammen i en række celletyper sandsynligvis funktioner sammen, vi afledt gensidigt korrelerede gener, der fungerer sammen i forskellige processer i epitel-lignende tumorceller. Expression-korreleret gener blev afledt fra data for NCI-60 humane tumorcellelinjer samt data fra de overordnede Instituttets CCLE cellelinjer. NCI-60 cellelinier, som selektivt udtrykte en gensidigt korreleret delmængde af tight junctions gener tjente som en signatur for epitel-lignende cancerceller. Disse signatur cellelinjer tjente som et frø til at udlede andre korrelerede gener, hvoraf mange havde forskellige andre epiteliale-relaterede funktioner. Litteratur undersøgelse gav molekylær interaktion og funktion oplysninger om de gener, hvorfra molekylære interaktion kort blev samlet. Mange af de gener havde epitel funktioner relateret til tætte forbindelser, der viser, at nye funktion kategorier blev fremkaldt. De mest korrelerede gener var impliceret i de følgende epitel funktioner: interaktioner på tætte forbindelser (CLDN7, CLDN4, CLDN3, MARVELD3, MARVELD2, TJP3, CGN, CRB3, LLGL2, EpCAM, LNX1); interaktioner ved adherensovergange (CDH1, ADAP1, CAMSAP3); interaktioner ved desmosomer (PPL, PKP3, jup); transskription regulering af celle-celle-junction-komplekser (GRHL1 og 2); epitel RNA splejsning regulatorer (ESRP1 og 2); epitelial vesikel trafik (RAB25, EPN3, GRHL2, EHF, ADAP1, MYO5B); epitel Ca (2) signalering (ATP2C2, S100A14, BSPRY); terminal differentiering af epithelceller (OVOL1 og 2, ST14, PRSS8, SPINT1 og 2); vedligeholdelse af apico-basal polaritet (RAB25, LLGL2, EPN3). Resultaterne giver et fundament for fremtidige undersøgelser for at belyse funktioner regulerende netværk specifikke for epitel-lignende kræftceller og at sondere for anti-cancer drug targets

Henvisning:. Kohn KW, Zeeberg BM, Reinhold WC, Pommier Y (2014) Gene Expression Korrelationer i menneskelige kræftceller Definer Molekylær Interaktion netværk for Epithelial Fænotype. PLoS ONE 9 (6): e99269. doi: 10,1371 /journal.pone.0099269

Redaktør: Lucia R. Languino, Thomas Jefferson University, USA

Modtaget: Marts 13, 2014 Accepteret: May 1, 2014 Udgivet: 18 juni 2014

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

Data Tilgængelighed:. Forfatterne bekræfter, at alle data, der ligger til grund resultaterne er fuldt tilgængelige uden restriktioner. Udtrykket data kan tilgås som følger: Affymetrix Human Genome U95 Set (HG-U95) GEO tiltrædelse nummer: GSE5949, Affymetrix Human Genome U133 (HG-U133) GEO tiltrædelse nummer: GSE5720, Affymetrix Human Genome U133 Plus 2,0 Arrays (HG- U133 Plus 2.0) GEO tiltrædelse nummer: GSE32474, Agilent Whole human Genome Microarray (WHG) GEO tiltrædelse nummer: GSE29288, Affymetrix GeneChip Menneskelig Exon 1.0 ST array (GH Exon 1.0 ST) GEO tiltrædelse nummer: GSE29682. Dataene er også tilgængelige i CellMiner under fanen “Download Datasæt” på:. https://discover.nci.nih.gov/cellminer/loadDownload.do

Finansiering: Finansieret af budgettet for Laboratory for Molekylær Farmakologi tildeles fra National Cancer Institute. 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

fremskridt i cancer biologi og terapi afhænger i høj grad om at forstå de molekylære interaktioner, der styrer vigtige regulatoriske netværk. Den store mængde af data om genekspression i kræftceller bør medvirke til at nå dette mål, men effektivt at udnytte disse oplysninger forbliver udfordrende. De fleste maligne solide tumorer stammer fra epitelvæv og fastholde epitel egenskaber til en variabel grad, korrelerer omvendt med ondartet virulens. Vi sigtede mod at udnytte genekspression data for cellelinier afledt fra forskellige humane tumorer at belyse molekylære interaktionsnetværk styring af funktioner nøgle til epitelcelletyper, hvilket i sidste ende til en dybere forståelse af de faktorer, der styrer overgange til mesenchymale karakter, en ændring, der menes at være centrale til erhvervelse af evnen hos cancerceller til at invadere væv og danne fjerne metastaser. Den nuværende arbejde fokuserer på gener, som udtrykkes selektivt i epitelceller, mens en senere meddelelse vil fokusere på overgange mellem epitel og mesenkymale celle stater.

epitel er nok den bedste defineret såvel som den embryonically tidligste flercellede fænotype. En fremtrædende egenskab afgørende for epithel er tight junctions, som hjælper til at holde tilstødende celler sammen og regulere transporten af ​​molekyler gennem den paracellulære rum mellem tilstødende celler [1]. Ekspression af en undergruppe af gener, der er forbundet med tight junctions kan derfor tjene som en indikator af epitelial karakter. Dette ville være i overensstemmelse med det generelle princip, at gener, som udtrykkes sammen i en række forskellige omstændigheder eller celletyper sandsynligvis til at fungere sammen.

De relative ekspressionsniveauer af over 23.000 gener i National Cancer Institute 60 menneske tumorcellelinjer (NCI-60) er blevet samlet til et frit og lettilgængelig database [2]. I en tidligere undersøgelse viste vi, at et sæt af indbyrdes ekspressions-korreleret gener over NCI-60 cellelinier kunne samles i netværk, der styrer cellemigration [3].

Vi viser nu, at en delmængde af NCI-60 cellelinjer, der er selektive i ekspression af visse tight junctions-associerede gener tjene som en signatur for epithelial karakter af tumorceller, og at gener positivt korreleret med denne signatur kan samles i netværk, der er involveret i kontrollen af ​​epiteliale funktioner. Vi viser, at ekspressionsmønstrene i NCI-60 humane cancercellelinier korrelerer godt med ekspression i de CCLE /overordnede cellelinier.

Selvom genekspression på mRNA-niveauet ikke er den eneste determinant for tilsvarende proteinekspression ( som vi endnu ikke har tilstrækkelige data), funktionen korrelationer er slående.

Den nuværende arbejde kombinerer genekspression korrelationer med molekylær interaktion oplysninger direkte fra den aktuelle videnskabelige litteratur at samle molekylære interaktion netværk specifikke for epitel-lignende celler . Ud over den bioinformatik analyse, en integreret del af denne undersøgelse indeholder en omfattende gennemgang af molekylære interaktioner mellem gener (og genprodukter) med epitel-relaterede funktioner i humane kræftceller.

Metoder

Gene udtryk profiler og sammenhænge for NCI-60 humane tumorcellelinier blev opnået ved hjælp af “Gene udskrift niveau z score” web-baseret værktøj, som CellMiner (https://discover.nci.nih.gov/cellminer/). Dette værktøj giver relativ kvantificering for cellelinjer fra fem microarray platforme [2]. CellMiner billede z-score korrelationer (r) af ekspressionen af ​​et givet gen med hensyn til selektivitet for de NCI-60 epithelial konsensus (NEC) cellelinier (se nedenfor og tabel 1). Af de 22,379 gener, for hvilke der blev validerede data for NEC gener i CellMiner databasen, den del af gener med z-score (r) værdier større end 0,90, 0,80, 0,70, 0,60, 0,50, 0,40 var henholdsvis 0,0005, 0,0023, 0,0056, 0,013, 0,027, 0,059.

Gene udtryk data (CCLE_Expression_Entrez_2012-09-29.gct) for humane tumor cellelinier af kræftcellen Linje Encyclopedia (CCLE) af de overordnede Institut for MIT og Harvard blev hentet fra (https://www.broadinstitute.org/ccle/data/browseData?conversationPropagation=begin). Den downloadede fil var forbehandlet med en kombination af UNIX-kommandoer og R-programmer, for eksempel at fjerne Punkter, som genet navn manglede. Ekspressionsniveauerne værdier for hvert gen blev omdannet til en z-score for alle prøver i datasættet (dvs. betyde nul og enhed standardafvigelse) ved anvendelse af R-programmet skala. Den resulterende matrix af genekspressionsprofiler blev gemt som en R objekt. En in-house R pakken blev brugt til at indsamle og normalisere data fra de enkelte prøver i en sammenhængende datasæt for hver kræftform. Ekspressionsniveauerne værdier for hvert gen blev omdannet til en z-score for alle prøver i datasættet (dvs. betyde nul og enhed standardafvigelse) ved anvendelse af R-programmet skala (). Den resulterende matrix af genekspression profiler blev gemt til harddisk som en R objekt.

Clustered grafikobjekter til genekspression og korrelationer blev genereret ved hjælp af en in-house R pakke.

Oplysninger om molekylær interaktioner og funktioner blev samlet fra nyere litteratur i PubMed. Antallet af anførte referencer var begrænset af at citere de seneste publikationer, der indeholder citater til tidligere litteratur. De molekylære interaktion kort (MIMS) blev fremstillet under anvendelse af notationen beskrevet af Kohn et al [4] og på https://discover.nci.nih.gov/mim/. MIM symboler, der anvendes i det nuværende arbejde er defineret i figur 1. MIMS i det nuværende arbejde blev konstrueret ved hjælp af PathVisio-MIM software [5].

En lille udfyldt cirkel ( “node”) på et samspil linje repræsenterer den eller de enheder, der er konsekvensen af ​​interaktionen. For eksempel kan en knude på en bindingsinteraktion linje repræsenterer dimer eller kompleks som følge af bindingen; en knude på en spaltning linje repræsenterer produkt (er) i spaltningen; en knude på en modifikation linje, repræsenterer den modificerede enhed. For yderligere beskrivelse af notation, se [4] og https://discover.nci.nih.gov/mim/mapDesc.html.

Resultater og Diskussion

Expression Mønster af en delmængde af Tight-vejkryds og Adherens-junction gener i NCI-60 cellelinier Definerer en Kandidat Epithelial Signature

Tight junctions er bånd af specifikke strukturelle proteiner, der sæl celle-celle kryds og regulerer passagen af ​​små ioner eller molekyler gennem det intercellulære rum; de er en væsentlig egenskab ved epitelial celletyper [6], [7]. Den strukturelle kerne af tight junctions er generelt sammensat af et eller flere proteiner fra hver af de følgende gener eller genfamilier: TJP1-3, claudins (CLDN1-27), OCLN /occludin, MARVELD3, og MARVELD2 /tricellulin [8]. Vi spurgte, om en delmængde af disse tight-junction-familie-gener ville udvise en ekspressionsmønster af indbyrdes korrelerede gener inden NCI-60 panel af humane tumorcellelinjer. Det mønster af selektiv udtryk kunne være en signatur for epitelial karakter af humane tumorcellelinjer i kultur.

Brug af CellMiner NCI-60 analyseværktøjer [2], fandt vi, at 7 medlemmer af den stramme-kryds-familie gener dannet et konsensus mønster af indbyrdes ekspressions-korrelerede gener i 11 af de 60 NCI-60-cellelinjer. Figur 2 viser, hvor tæt de genekspressionsprofiler ligne hinanden.

Vi henviser til denne undergruppe af NCI-60 cellelinier som “NCI-60 epitelial konsensus” (NEC) cellelinier. Gener selektivt udtrykkes af disse cellelinjer er “NEC gener”.

Strukturelt er forbundet med tætte forbindelser er adherensovergange hvis centrale element er epitel markør, CDH1 /E-cadherin. På grund af dette funktionelle forhold og den tætte lighed mellem dens NCI-60 ekspressionsprofil med den for de stramme-junction-gener er vist i figur 2, vi medtaget CDH1 i en epitelial konsensus signatur (figur 3, tabel 1). Den høje gensidig ekspression korrelation af generne anført i tabel 1 ses i figur 4. Selektiv ekspression af disse gensidigt korrelerede gener blev derfor udvalgt som en mulig signatur for epithelial karakter af humane tumor cellelinier i kultur. Vi henviser til de gener og NCI-60 cellelinjer selektivt at udtrykke dem som “NCI-60 epitelial konsensus (NEC)” signatur. Selv selektiv udtryk for NEC gener kan være tegn på epitelial karakter, det kan eller ikke kan indikere tilstedeværelsen af ​​normale stramme og adherens junction strukturer.

Næsten alle cellelinjer, der opregulere CDH1 nedregulere VIM . Gener, der selektivt ikke udtrykkes af NEC cellelinjer har ofte mesenkymale funktioner.

De gener og cellelinier af NCI-60 epitelial konsensus (NEC) underskrift (tabel 1) er indrammet i røde rektangler . NEC gener ses at udgøre en delmængde af tight junction og cadherin familie gener.

Figur 3 viser, at NCI-60-genekspression profil for CDH1 /E-cadherin (og dermed af NEC gener i almindelighed) er næsten et spejlbillede af den for mesenkymale markørgen, VIM /vimentin, hvilket antyder, at mesenkymale gener har selektivt lav ekspression i NEC cellelinier. De gener, hvis ekspression var meget selektiv i NEC cellelinier kan være epitel-lignende og de gener, hvis ekspression var selektivt lav i NEC cellelinier kan være mesenchymale eller mere generelt, ikke-epitel.

udtryk korrelationer på NEC gener og cellelinier i forbindelse med alle NCI-60 cellelinjer og alle tight junction og cadherin gen familiemedlemmer er vist som et cluster billedkort (CIM) i figur 4. Vi ser, at NEC gener klynge er . en delmængde af tight junction og adherens junction genfamilier

Udover de NEC gener listet i tabel 1, figur 4 viser, at CDH3 (P-cadherin; korrelation af genekspression med den for NEC gener, r = 0,55) kan indgå i klyngen. CDH3 vil ses at co-klynge med knoglen fide NEC gener i andre datasæt; derfor vi betragter CDH3 at være en født medlem af NEC-gruppen.

Mange af genet familiemedlemmer indgår i CIM ikke har epitel-relaterede funktioner eller udtrykkes på andre end tætte forbindelser plasma membran regioner . CDH2 /N-cadherin, f.eks danner adherensovergange i mesenchymale celler, som ikke har celle-celle-forbindelserne af den type, der er unik for epitelceller [9]. Claudins (CLDNs) adskiller sig i deres evner til at forsegle celle-celle-kryds, og nogle af dem danner anion- eller kation-specifikke kanaler i det snævre rum mellem tilstødende epitelceller [10].

Angivelse af Tight-kryds og cadherin Family gener i CCLE humane tumorcellelinier Afledte fra epitelvæv

Siden NCI-60 indeholder et begrænset antal cellelinjer pr vævstype, spurgte vi, om NEC delmængde af tight-kryds og cadherin familie ville også være tydeligt i dataene for den meget større antal humane tumorcellelinier i de overordnede instituttets Cancer cellelinje Encyclopedia (CCLE) [11]. Under anvendelse af samme sæt gener, der blev brugt i CIM af genekspression i NCI-60 cellelinier (figur 4) fremstillede vi CIM af mRNA ekspression i CCLE bryst og tyktarm cellelinjer (figur 5 og 6, henholdsvis). Disse CIM viser, at NEC generne, der er anført i tabel 1 (undtagen for OCLN, som vi ikke fundet nogen data i CCLE) klynge sammen både i CCLE bryst og kolon linier (figur 5 og 6, rød boks), som de gjorde i CIM for NCI-60 (figur 4). Ud over de 7 NEC-generne, de klynger inkluderet CDH3 /P-cadherin i brystet linjer og TJP2 /ZO-2 i colon linjer. Figur 5 viser, at 16/58 (28%) af de CCLE brystcancercellelinier er ikke-epitel. For CCLE tyktarmskræft cellelinjer (figur 6 og 7), svarende del er 7/61 (11%). Ekspressionsniveauerne korrelationer mellem genpar er vist i CIM for CCLE bryst og tyktarm linjer i figur 8 og 9 henholdsvis. For både bryst og kolon linjer, de 7 NEC generne vises i en stram gensidigt korreleret klynge (figur 8 og 9, røde boks). Disse fund støtter ideen, at NEC generne tjene som en signatur for epitelial karakter i humane tumorcellelinjer afledt fra epitelvæv, og vise mindre ændringer af sammensætningen af ​​NEC-genklyngen i cancercellelinier fra forskellige væv. Desuden både brystet og kolon CIM viser en stram omvendt korreleret klynge (figur 8 og 9, blå boks), der består af CDH2, CDH4, CDH6, CDH11, CDH13, og CLDN11, bortset fra at brystet klynge indeholder også MARVELD1. Disse gener har således tendens til at være nedreguleret i CCLE bryst- og coloncancer cellelinier, og kan fungere primært i ikke-epitel- eller mesenchymale celletyper (der er kendt for CDH2 /N-cadherin). Således co-udtrykte NEC delmængde af tight-kryds og cadherin familiens gener (Tabel 1) er også tydeligt i de CCLE humane tumorcellelinier afledt af epitelvæv.

Klyngen indeholdende NEC generne er markeret i en lodret kassen. De cellelinjer udviser tydeligt reduceret ekspression af NEC gener er indesluttet i en horisontal boks. Vejviser

Klyngen indeholder NEC generne er i en rød boks. En klynge indeholder gener, hvis udtryk er omvendt korreleret i forhold til NEC gener er i en blå kasse

De fleste af de kolon cellelinjer entydigt også udtrykke CDH17.; selektiv ekspression af CDH17 ses i 35 af de 54 (65%) epitel-lignende CCLE kolon linjer (figur 6). Blandt disse 35 cellelinier, 21 (60%) også udtrykke CLDN2; og blandt disse 21 linjer, 6 (29%) desuden udtrykke CLDN15 (figur 6). Selektiv ekspression af CDH17 skiller sig ud som værende specifik for en stor del af colon-cellelinjer; dette var også tydeligt i NCI-60 genekspression profil hvor CDH17 blev selektivt udtrykt i 4 af de 7 kolon cellelinjer (figur 7). Således colon cancerceller, og måske også tyktarmskræft, kan stratificeres på basis af ekspression af disse gener. Ekspression af CDH17 i colon cancer cellelinjer, samt coloncancer væv, er tidligere blevet rapporteret af [12]. Høj udtryk for CDH17 var forbundet med reduceret overlevelse af patienter med tarmkræft. CDH17 blev fundet i forbindelse med beta1 integrin og andre faktorer tyder effekter på celleadhæsion og ekstracellulære matrix interaktioner. I CCLE æggestokkræft cellelinjer, ca. halvdelen af ​​linjerne viste høj ekspression af CLDN16, selvom sondringen mellem epitel-lignende og mesenkymale-lignende cellelinjer ikke var klart.

De cellelinier af NCI-60 epiteliale konsensus (NEC) Serveres som en Seed til Discover andre gener, der udtrykkes selektivt af disse cellelinjer og at have epiteliale-specifikke funktioner

Mange stramme vejkryds familiens gener fungerer også andre steder i cellen, og især NEC celle linjer kan eller ikke kan have normale tætte sammenføjninger. Vi spørger imidlertid, om andre gener selektivt udtrykt i NEC cellelinjer har yderligere epitel-relaterede funktioner, hvilket yderligere vil teste at antage, at NEC genekspression giver en signatur for epitelial karakter af tumorceller.

Efter at have defineret en NEC cellelinje signatur baseret på selektiv udtryk for en delmængde af stramme vejkryds og cadherin familie gener, brugte vi sammenligningen mønster værktøj CellMiner at identificere andre gener selektivt udtrykt (eller selektivt ikke udtrykt) ved disse NEC cellelinjer. Vi fandt 76 gener, hvis z-score korrelationer med hensyn til selektiv udtryk i NEC cellelinjer var r 0,75. For hver af disse 76 gener, vi samlet oplysninger om molekylære interaktioner og funktioner fra nyere videnskabelig litteratur. Vi fandt relevant information til 44 af de gener ( “NEC-korreleret epitel gener”, tabel 2); de resterende 32 havde ingen offentliggjorte oplysninger knytte dem til epitel-specifikke funktioner (tabel 3), men disse gener sandsynligvis har funktioner i epiteliale tumorcellelinier der mangler at blive opdaget. Gener, der udviste de stærkeste negative korrelationer med hensyn til selektiv ekspression i NEC cellelinjer ( “NEC-anti-korrelerede gener”) er anført i tabel 4. De gener kan have ikke-epitel- eller mesenkym funktioner.

Gene Expression modsætningsforhold mellem epithelial-lignende og Mesenchymale-lignende cellelinier

NEC-korrelerede epitel gener fra tabel 2 og NEC-anti-korrelerede gener fra tabel 4 blev kombineret i en klynger billedkort (CIM) af mRNA ekspression i NCI-60 cellelinjer (figur 10). Som forventet, viser de en skarp modsætning mellem epitel-lignende og ikke-epiteliale cellelinjer med NEC cellelinjer i en stram klynge (øvre røde felt). Interessant, 8 af de 9 melanomcellelinier klynge sammen (nederste røde felt), hvilket antyder, at genekspression mønstre i disse celletyper adskiller sig fra andre ikke-epiteliale celletyper. Særligt bemærkelsesværdigt i disse melanom cellelinjer er, at de har tendens til at udtrykke ZEB2 selektivt, men ikke ZEB1 (pile på bunden af ​​CIM).

De viste gener var de mest opreguleret ( “epitelial”) eller ned -regulated ( “mesenchymal”) i NEC cellelinier fra tabel 2 og 4, hhv. NEC cellelinier klynge sammen som forventet (øverste rektangel). Melanomcellelinjer dannet et separat klynge (nederste rektangel). Bemærk den høj ekspression af ZEB2 og lav udtryk for ZEB1 (rød og blå pile nederst).

Vi spurgte derefter, om dette genekspression dikotomi, som var baseret på NIC-60-data, ville holde op i CCLE cellelinier. Vi fandt, at dette er klart tilfældet for CCLE cellelinier afledt fra bryst, colon og ovarie (figur 11-13). Desuden er disse mRNA-ekspression CIM tillade os at anslå den del af cellelinierne fra hver vævstype, som har en ikke-epitel- eller mesenkym-genekspression mønster (tabel 5). Værdien for bryst- og colon- linjer var meget tæt på dem, der var baseret på ekspression af tight junction-og adherens junction gener (figur 5 og 6, tabel 5). De CCLE ovariecancer cellelinjer havde en relativt stor procentdel af ikke-epiteliale eller mesenchymal-lignende cellelinjer (65%, figur 13), måske på grund af den store forekomst af ovarietumorer af mesotelial oprindelse, som måske har en ikke-epitel gen udtryk profil (den ikke-epiteliale klynge opdeler i to sub-klynger, der måske skelner mellem overvejende mesenkymale versus mesothelial karakter).

genet sæt var den samme som i figur 9, bortset fra at der ikke var nogen data for LIXL1 . Den gruppering af epitel og mesenkymale gener var den samme i de CCLE brystkræft cellelinier som i de NCI-60 cellelinjer. |

gen sæt i tabel 2 og 4 således skelne epitel-lignende fra mesenchymale-lignende karakter i humane tumorcellelinier. Det næste spørgsmål er, om de gen-sæt deltager i et sammenhængende funktionel netværk. I den nuværende arbejde, vi løse dette spørgsmål for epitel-relaterede gener i tabel 2, samt interagerende gener, hvis NEC korrelation er signifikant, men ikke høj nok til at opfylde kriterierne for optagelse i tabel 2.

I den følgende beskrivelse af de molekylære interaktioner af NEC-korrelerede gener, er den første forekomst af et gen navn i hver sektion i fed skrift, sammen med sammenligningstabellen værdi (R) til selektiv ekspression i NEC linjer, som gives af CellMiner.

molekylære Interaktioner og signaler på celle-celle kryds af Epithelial-lignende Cancer Cells

Mange af de mest NEC-korrelerede gener viste sig at interagere i en molekylær interaktion netværk relateret til celle-celle vejkryds : tight junctions, adherensovergange og desmosomer; Disse gener er farvet rødt i den molekylære interaktion kort (MIM) i figur 14). De relevante netværk interaktioner og funktioner i NEC-korrelerede gener impliceret i disse funktioner er beskrevet nedenfor. På sit første forekomst i hvert afsnit, navnet på hver af disse gener er med fed skrift sammen med sin NEC udtryk korrelation (r).

Gener selektivt udtrykt i NCI-60 epitelial konsensus (NEC) cellelinier vises med rødt. Symboldefinitioner er vist i fig. 1.

Interaktioner på tætte forbindelser

De centrale komponenter i tætte forbindelser omfatter medlemmer af claudin familie af gener, der koder for tetra-spænder transmembrane proteiner, der associerer lateralt til at danne omkredsen anastomoserende bands nær den apikale region af epitelceller. Deres ekstracellulære domæner, som forbinder intercellulært i rummet mellem tilstødende celler, regulere ionisk paracellulær permeabilitet mellem apikale og basolaterale områder af det ekstracellulære rum, og tillade ion gennemtrængning med selektivitet, der adskiller sig mellem forskellige claudins [13] [14]} [6]. De claudins hvis udtryk korreleret mest tæt sammen med NEC cellelinje mønster var CLDN3, 4 og 7 (r = 0,76, 0,80 og 0,93, henholdsvis) (Figur 4). Bemærk, at ekspressionsmønsteret for CLDN7 (r = 0,93) er et næsten perfekt match til NEC mønster. I nær tilknytning til de claudins i tætte forbindelser er OCLN /occludin (r = 0,58), selv om dens præcise rolle i tætte forbindelser er ikke klart. Når epitelceller migrerer under sårheling, OCLN i kompleks med INADL (r = 0,69) bevæger sig fra celle-celle kryds til forkanten af ​​de migrerende celler [15]. Også inkluderet i tight junction struktur er MARVELD3 (r = 0,95), en tetraspanning transmembrant protein [8] og MARVELD2 /tricellulin (r = 0,77), som er lokaliseret ved 3-celle kryds i epitel monolag [10], [14 ]. Bemærk, at MARVELD3, ligesom CLDN7, udstillet en næsten perfekt match til NEC mønster (figur 2). Tight junction strukturer omfatter medlemmer af TJP /zona occludens familie, hvoraf kun TJP3 /ZO-3 (r = 0,87) korreleret kraftigt med NEC genekspression mønster (figur 4).

TJP proteiner linker tætte forbindelser med den kortikale actincytoskelettet og er nødvendige for dets strukturelle integritet [16] – [18]. Muligvis også involveret er CGN /cingulin (r = 0,80), som kan binde både TJP1-3 og actomyosin [19], [20] (figur 14). Den TJP involvering kan variere fra celletyper. Vi finder TJP3 mest fremtrædende korreleret med ekspressionen af ​​andre NEC gener. I CCLE kolon cancercellelinjer imidlertid TJP2 korreleret i samme klynge med NEC-generne (figur 6), og TJP1 optrådte i NEC-korreleret genklynge i CCLE ovariecancer cellelinier. Medens TJP3 selektivt blev udtrykt i epitel-lignende cancercellelinjer, TJP1 og 2, som er kendt også at deltage i tight junction strukturer, kan have mere generelle funktioner i de fleste af disse cellelinjer.

direkte associeret med tight junctions er CRB3 /Crum3 (r = 0,81) og INADL /Patj (r = 0,69) (Figur 14), som binder til hinanden og er del af et kompleks, der opretholder apikale /basolaterale polaritet af epitelceller [21], [22]. Dette kompleks nedreguleres ved epithelial-mesenchymal overgang [23]. CRB3 binder også LLGL2 (r = 0,80), som deltager i det kompleks, opretholder apikale /basolaterale polaritet. LLGL2 var i stand til at vende en epitelial-mesenkymale overgang [24].

Stramme kryds er også påvirket af det transeuropæiske membran glycoproteiner EPCAM /TACSTD1 /TROP1 (r = 0,84) og TACSTD2 /TROP2 (r = 0,64) , som begge binder CLDN7 (figur 14). I mangel af EPCAM, CLDN7 protein (men ikke dens mRNA) er opbrugt, og barrierefunktion tight junctions er svækket [25]. I modsætning EPCAM, som udtrykkes i forskellige epiteler, er TACSTD2 udtrykt i stratificeret epitel, men ikke i colon eller anden simpel epitel [26].

EPCAM binder CLDN7 stramt og hæmmer dens nedbrydning, men ikke lokaliseres på stram vejkryds. I stedet er lokaliseret på laterale celle-celle vejkryds, hvor det sequesters CLDN7 i regioner adskiller sig fra tætte forbindelser [27]. Selvom lokaliseret på samme måde som adherensovergange, betyder EPCAM ikke binder CDH1 /E-cadherin. Disse handlinger EPCAM forringe tætte forbindelser og fremme metastaser [25], [27]. Denne usædvanlige omstændighed en NEC-korreleret gen associeret med forstyrrelse af epiteliale celle-celle-junction strukturer antyder en mulig abnormitet af epiteliale cancer cellelinier i kultur, som dog stadig skal testes i normale epitelceller. En mulighed er, EPCAM er forbundet med epitelcelleproliferation under sårheling, og at epiteliale cancer cellelinier i kultur prolifererer som i sårheling, hvilket forklarer den meget NEC-korreleret EPCAM ekspression. I overensstemmelse med denne mulighed, EPCAM inducerer transkription af cyclin D1; i mangel af EPCAM, cyklin D1, phosphoryleret-Rb og cellecyklusprogression undertrykkes [28].

Den meget NEC-korreleret gen LNX1 /PDZRN2 /MPDZ (r = 0,78) koder for et PDZ domæne- indeholdende E3 ubiquitin ligase, der er målrettet CLDN3 samt serin /threonin kinase PBK og andre proteiner [29]. LNX1-medieret ubiquitinering og nedbrydning af PBK hæmmede celledeling og øget celle følsomhed over for doxorubicin [29]. LNX1 kan have en rolle i tight junction organisation eller omsætning gennem sin tilknytning til CLDN1, CLDN3 og TJP1 [30], [31]. Den måde, hvorpå de handlinger LNX1 er funktionelt integreret dog mangler at blive belyst.

Interaktioner på adherensovergange

I nær tilknytning til tætte forbindelser er adherensovergange, hvoraf CDH1 /E-cadherin ( r = 0,77) er den vigtigste strukturelle komponent. Yderligere komponenter af adherensovergange er CAMSAP3 (r = 0,76) og PLEKHA7 (r = 0,52), som binder til hinanden i et kompleks, der kunne samle flere komponenter: CAMSAP3 binder minus ender mikrotubuli, og PLEKHA7 binder CTNND1 /p120- catenin (r = 0,48), som igen binder CDH1 /E-cadherin [20], [32], [33] (figur 14). Komplekset dannes af disse bindinger links adherensovergange til mikrotubuli. PLEKHA7 binder også CGNL1 /paracingulin, som binder CGN (muligvis indirekte) [20], og dermed potentielt linke mellem adherensovergange og tætte sammenføjninger. En sådan sammenkædning dog ville ikke være effektiv i NEC-cellelinjer, fordi disse plastic-dyrket celler ikke udtrykte CGNL1. Adherensovergange skilles ad, når CDH1 /E-cadherin tages i endosomer, en handling, der fremmes af ARF6 og hæmmes af ADAP1 /CENTA1 (r = 0,82). Således ADAP1, hvis udtryk er meget NEC-korreleret, vedligeholder adherensovergange og bevarer epitel karakter [34], [35] (figur 14).

Interaktioner på desmosomer

desmosomes giver stærk celle- celleadhæsion i association med adherensovergange i epitelceller og give binding til cytoskelettet, især keratin intermediære filamenter. Samspillet mellem de desmosom proteiner er vist i figur 14. Desmocollins, såsom DSC2 (r = 0,60), og desmogleins, såsom DSG3 (r = 0,38), er desmosom cadheriner der danner calcium-afhængig celle-celle kryds svarende til dem de adherensovergange af CDH1 /E-cadherin.