PLoS ONE: Kræft Stem Cell Marker Musashi-1 rs2522137 Genotype er forbundet med en øget risiko for lungekræft

Abstrakte

Gene enkelt nukleotid polymorfier (SNP) er blevet grundigt undersøgt i forbindelse med udvikling og prognose af forskellige maligniteter. Men potentielle rolle af genetiske polymorfier for kræft stamceller celle (CSC) markørgener med hensyn til kræftrisiko ikke er blevet undersøgt,. Vi gennemførte en case-kontrol undersøgelse med i alt 1.000 forsøgspersoner (500 lungekræftpatienter og 500 aldersmatchede kræft-fri kontrol) fra det nordøstlige Kina. Lungekræft risiko blev analyseret i en logistisk regressionsmodel i samarbejde med genotyper af fire lunge CSC markørgener (CD133, ALDH1,

Musashi-1

, og EpCAM). Under anvendelse univariat analyse,

Musashi-1

rs2522137 GG genotype blev fundet at være forbundet med en højere forekomst af lungekræft sammenlignet med TT genotype. blev ikke observeret nogen signifikante associationer til gen-varianter af CD133, ALDH1 eller EpCAM. I multivariat analyse,

Musashi-1

rs2522137 stadig signifikant associeret med lungekræft, når miljø- og livsstilsfaktorer blev indarbejdet i modellen, herunder lavere BMI; familie historie af kræft; forudgående diagnose af kronisk obstruktiv lungesygdom, lungebetændelse, eller pulmonal tuberkulose; erhvervsmæssig eksponering for pesticider; erhvervsmæssig eksponering for benzin eller diesel; tungere rygning; og udsættelse for tunge madlavning emissioner. Værdien af ​​arealet under receiver-operating characteristic (ROC) kurven (AUC) var 0,7686. Til vores viden, er dette den første rapport, der viser en sammenhæng mellem en

Musashi-1

genotype og lunge kræftrisiko. Yderligere kan forudsigelsesmodel, i denne undersøgelse være nyttig ved bestemmelse af individer med høj risiko for lungekræft

Henvisning:. Wang X, Hu J-F, Tan Y, Cui, J., Wang G, Mrsny RJ, et al. (2014) Cancer stamcellemarkør

Musashi-1

rs2522137 Genotype er forbundet med en øget risiko for lungekræft. PLoS ONE 9 (5): e95915. doi: 10,1371 /journal.pone.0095915

Redaktør: Olga Y. Gorlova, Geisel School of Medicine ved Dartmouth College, USA

Modtaget: December 22, 2013; Accepteret: April 1, 2014; Udgivet: Maj 2, 2014

Copyright: © 2014 Wang 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 National Natural Science Foundation of China tilskud (81071920, 81372835), Jilin provinsen Videnskab og Teknologi Institut Grant (201201023), Key Clinical Project af Sundhedsministeriet i Folkerepublikken Kina Grant (2001133), National Institutes Sundhedsstyrelsen tilskud (1R43CA103553-01), California Institute of regenerativ medicin (CIRM) tilskud (RT2-01942), Jilin International Collaboration Grant (20.120.720), National Natural Science Foundation of China tilskud (81.272.294), og tildelingen af ​​Key Project af kinesisk Undervisningsministeriet 311.015). 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 en af ​​de mest almindeligt diagnosticerede maligniteter og den førende årsag til cancer-relaterede dødsfald i verden [1]. Cigaretrygning betragtes som en vigtig risikofaktor for lungekræft. Men kun 10-15% af rygere udvikler lungekræft, tyder på, at individuel variation i genetisk modtagelighed for lungekræft i den almindelige befolkning kan spille en rolle. Kræft stamceller (CSCS) er et lille mindretal af celler i en heterogen tumor befolkning, der driver tumorvækst og har været forbundet med resistens over for kemo- og stråling-behandlinger [2] – [4]. Det er blevet påvist, at lunge CSCS spiller en vigtig rolle i tumor initiering [5], [6]. CDCS også dele nogle ligheder med normale stamceller, herunder selvfornyelse og differentiering, foruden deres potente tumor-kørselskapacitet [7] – [10]. CSCS er karakteriseret ved ekspression af bestemte molekylære markører, der spiller en vigtig rolle i at fremme stamcelle selv-fornyelse og vedligeholdelse [11].

afvigende ekspression af CSC markører er forbundet med iværksættelse og udvikling af lungekræft, herunder differentieringsklynge- 133 (CD133), Musashi RNA-bindende protein 1 (

Musashi-1

), aldehyd-dehydrogenase 1 (ALDH1), epitelial celleadhæsionsmolekyle (EpCAM), B-celle-specifikke murine Moloney-leukæmivirus integration site 1 (BMI-1), Octarner bindende faktor 4 (OCT-4), og Glycine dehydrogenase (GLDC) [12] – [20]. CD133, oprindeligt beskrevet som en overflade antigen specifik for humane hæmatopoietiske stamceller [21], [22], bliver nu brugt som en isolation markør for CSCS af lungekræft [23].

Musashi-1

, et RNA-bindende protein, er udtrykt i forskellige epiteliale stamceller og spiller en vigtig rolle i reguleringen af ​​vedligeholdelse og differentiering af stamceller /precursorceller [24] – [26].

Musashi-1

er overudtrykt i flere tumorvæv, herunder lungekræft [17], gliomer [27], tarm adenomer [28], [29] og hepatomer [30], hvilket tyder på en sammenhæng med onkogen udvikling. ALDH1 er bredt anerkendt som en overflade markør for CSCS i lungekræft [31] – [33]. ALDH positiv lungekræft stamceller-lignende celler har længere telomerer end den ikke-CSC-celler [34]. EpCAM, et type I transmembrant glycoprotein af -40 kDa, overudtrykkes i mange forskellige epiteliale tumorer, herunder lungecancer [18] – [20]. EpCAM er involveret i intercellulær adhæsion og interagerer med E-cadherin at inducere celleadhæsion [35]. Overekspression af EpCAM er knyttet direkte til stimulering af cellecyklus og spredning ved opregulering af c-myc og cyklin A /E [36]. Hæmning af EpCAM af små hæmmende RNA formindsker celleproliferation, migration og invasionsevne [37]

Sammen har disse observationer korreleret afvigende funktion af CSC markørmolekyler med cellulære kendetegnende for kræft:. Hyperproliferation og metastatiske adfærd. Mens SNPs er blevet grundigt undersøgt for deres tilknytning til risiko og prognose af kræft, er lidt kendt om den potentielle rolle SNPs i CSC markørgener med relation til kræft. I denne undersøgelse undersøgte vi sammenslutning af risikoen lungekræft i en kinesisk befolkning med polymorfier af de veletablerede CSC markørgener CD133, ALDH1,

Musashi-1

og EpCAM. En prognosemodel blev konstrueret ved hjælp af CSC markør SNPs og epidemiologiske faktorer; resultaterne giver en ny metode til at forudsige personer med øget risiko for at udvikle lungekræft.

Metoder

studiepopulation

Vi har udført et hospital-baseret, case-kontrol studie med i alt 1.000 emner fra det nordøstlige Kina (Changchun City, Jilin provinsen). Alle emner var lokale beboere i Han afstamning, bestående af 500 patienter klinisk diagnosticeret med lungekræft og 500 kræft-fri kontrol. Patienterne havde histologisk bekræftet primær lungecancer uden forudgående cancer historie, modtog ikke strålebehandling, kemoterapi eller andre anti-cancerterapi. Kontroller blev udvalgt tilfældigt normale individer, der modtager rutinemæssige fysiske undersøgelser i det samme hospital. Case matching blev udført på baggrund af alder, køn og bopæl. Undersøgelsen blev godkendt af den etiske komité for Første Hospital i Jilin Medical University, og gennemføres i overensstemmelse med erklæringen fra Helsinki principper. Alle emner blev leveret skriftligt informeret samtykke.

Diagnostiske kriterier og dataindsamling

En standardiseret interview blev udført af uddannede interviewere i hospitalet eller af boliger for de deltagende individer. Oplysninger om sociodemografiske detaljer, sygehistorie, slægtshistoriske, livsstil historie, og kræft diagnose blev registreret. Risikofaktor information og perifere blod lymfocytter blev indsamlet på tidspunktet for diagnosen til kræftpatienter eller på dagen for interviewet for kontrollen.

CSC markør genpolymorfisme valg

Vi brugte en kandidat gen tilgang [ ,,,0],38] – [40] for at vælge SNPs til denne undersøgelse. Fire veletablerede CSC markørgener (CD133, ALDH1,

Musashi-1

og EpCAM) blev udvalgt i undersøgelsen design. Ekspression af disse fire proteiner er blevet rapporteret som en markør for at identificere lunge CSCS [41], [42]

Tre foruddefinerede kriterier blev anvendt til CSC SNP valg:. (A) mindre allel frekvens (MAF) ≥5 % i HapMap CHB befolkning; (B) SNPinfo hjemmeside (https://snpinfo.niehs.nih.gov) for kandidat CSC gen SNP udvælgelse, og (c) publikationer viser kliniske korrelationer med kræftrisiko /udfald eller fornyet. Ved hjælp af disse kriterier blev fem CSC kandidat SNPs valgt i vores model-analyse: Rs2286455 i CD133-genet, rs1342024 og rs13959 i ALDH1 genet, rs2522137 i

Musashi-1

gen, og rs17036526 i EpCAM genet ( tabel 1). Baseret på oplysninger litteratur, vi udelukkede polymorfier tidligere impliceret i KOL eller lungekræft. Derudover har vi ikke vælge SNPs i gener, der koder proteiner involveret i veje for celle-cyklus kontrol, oxidant respons, apoptose og luftveje inflammation. Endelig har vi undgået SNPs kendt for at have enten funktionelle virkninger på in vitro-analyser, eller var ikke-synonyme eller i regulatoriske regioner.

Genotypning og kvalitetskontrol

Genomisk DNA blev isoleret fra perifere blodlymfocytter. MassArray (Sequenom, San Diego, CA) blev anvendt til at genotype CSC markører ved hjælp allelspecifik MALDI-TOF massespektrometri. Primere og multiplex reaktioner blev designet ved hjælp af RealSNP.com hjemmesiden. Overensstemmelse mellem de 3 genomiske kontrol- DNA-prøver til stede i to eksemplarer var 100%. Af de SNPs med genotypebestemmelse data, de prøve takster var mere end 95%.

Statistisk analyse

Hardy-Weinberg ligevægt (HWE) er blevet underkastet en bedste pasform chi-square (χ

2) test, der sammenlignede forventet genotypefrekvenser med observerede genotypefrekvenser i kræft-fri kontrol. Modellen blev også anvendt til bestemmelse af tilstedeværelsen af ​​signifikante forskelle i genotype og allel fordeling samt SNP frekvens mellem klinisk diagnosticeret lungekræft og kontroller. En logistisk regressionsmodel blev brugt til at identificere uafhængige risikofaktorer for lungekræft. Den forreste trinvis likelihood ratio metode blev anvendt til at screene variable i model udvælgelse, hvor cut-off for variabler i modellen var 0,05 og cut-off for variabler uden for modellen var 0,10; en optimal model med minimum kriterium Akaike oplysninger blev valgt. Alle kategoriske variabler blev indstillet som dummyvariabler, og den første kategori af hver variabel blev valgt som baseline. Klassificeringen evne modellen blev vurderet ved anvendelse af arealet under receiver operating characteristic (ROC) kurven (AUC), og den optimale driftspunkt (OPP) blev givet bagefter. Alle analyser blev udført ved anvendelse af SPSS v19.0 software (SPSS, Inc., Chicago, IL, USA). Alle P-værdier var tosidet, og P-værdier 0,05 blev betragtet som statistisk signifikant

Resultater

Fordeling af genotype og dens karakteristika i kræft og kontrolpopulationer

Vi rekrutterede 500 tilfælde af lungekræft og 500 kræft gratis kontrol mellem 2010 og 2012. tabel 2 viser fordelingen og hyppigheden af ​​studie-specifikke risikofaktorer mellem kræftpatienter og kontroller.

Foreningen af ​​CSC markør gen SNPs med risiko for lungekræft i univariat analyse

Vi først evalueret risikoen for lungekræft ved hjælp univariat analyse. Blandt CSC markørgenprodukter SNPs valgt,

Musashi-1

rs2522137 GG genotype havde en tendens til en højere forekomst af lungekræft end rs2522137 GG genotypen i både recessive model (P = 0,004) og additiv model. Imidlertid blev ingen signifikante forskelle bemærket for SNPs i andre CSC markørgener i dominant, recessiv, additiv eller multiplikative modeller (tabel 3).

Foreningen af ​​SNPs med risiko for lungekræft i multivariat analyse

Næste, vi evaluerede uafhængige risikofaktorer for lungekræft ved hjælp multivariat analyse. Ved at inkorporere miljømæssige og livsstil parametre, fandt vi, at i den recessive model,

Musashi-1

rs2522137 stadig signifikant associeret med lungekræft. Disse miljømæssige og livsstil parametre inkluderet lavere BMI, familie historie af kræft, før diagnosen KOL, lungebetændelse eller lungetuberkulose, erhvervsmæssig eksponering for pesticider, erhvervsmæssig eksponering for benzin eller diesel, tungere rygning og udsættelse for tungere madlavning emission (tabel 4). Disse data tyder på, at

Musashi-1

rs2522137 GG genotype er en betydelig genetisk risikofaktor for lungekræft.

ROC analyse

Klassificeringen evne multivariate model blev yderligere evalueret under anvendelse af arealet under ROC-kurven (AUC) og den optimale driftspunkt (OPP). Figur 1 viser ROC-kurven afledt af vores model; AUC blev beregnet som 0,7686. Desuden blev OPP opnået, når cutoff blev fastsat til 0,47. De skønnede falsk positive satser, sande positive satser, og Youden indekset blev bestemt til at være 0,28, 0,72, og 0,44, henholdsvis.

ROC AUC var 0,7686. Den lige linje repræsenterede ROC-kurven forventes tilfældigt alene.

Sammenhæng mellem SNPs og lungekræft typen

Endelig kiggede vi for korrelationer mellem CSC SNP’er og lungekræft type (planocellulært , adenocarcinom, småcellet) sammen med alder ved debut og køn for lungekræft. Vi har ikke observere statistisk signifikante forskelle mellem disse CSC SNP’er og alder eller køn ved begyndelsen af ​​lungekræft (tabel 5). I patologien-stratificeret analyse imidlertid CD133 SNP rs2286455 var signifikant korreleret med lungecancer type (P = 0,048) (tabel 6). blev ikke observeret nogen forskel mellem de tilbageværende SNPs overvejes med lungekræft type.

Diskussion

Enkelt nukleotid polymorfier (SNP) er blevet grundigt undersøgt i stort set alle kræftformer i et forsøg på at identificere arvet kræft modtagelighed gener og deres samspil med miljøfaktorer. Kræft stamceller (CSCS) spiller en vigtig rolle i tumor initiering, metastaser, og gentagelse. Vi har undersøgt den potentielle sammenhæng mellem SNP’er til stede i CSCS og sandsynligheden for lungekræft. Dette er især vigtigt, da SNPs i CSC-lede gener kunne give en genetisk link til kræft, der er særligt udfordrende at behandle. Mens typiske behandlinger mod kræft kan fjerne de fleste af tumormassen, kan en lille population af CSCS med potentiale til at genbefolke tumoren forblive [5]. Det er almindeligt accepteret, at CSCS er karakteriseret ved unikke ekspression af celleoverflademolekyler kaldet CSC markørgener. CSC markører spiller en vigtig rolle i opretholdelsen af ​​selv-fornyelse og modstandsdygtighed over for apoptose pathway aktivering i disse celler. I denne undersøgelse opnåede vi oplysninger til støtte for hypotesen om, at kliniske resultat hos patienter med lungecancer kan være påvirket af genetiske varianter af CSC markørgener.

De potentielle virkninger af CSC markørgenprodukter polymorfier på lungekræft modtagelighed har ikke været tidligere udforsket. I denne undersøgelse fandt vi fordelen ved en hypotese-drevet kandidat-gen tilgang [38] – [40] til at identificere potentielt funktionelle SNP’er associeret med histologisk valideret lungekræft. I modsætning til genome-wide association (GWA) og kvantitativ egenskab locus (QTL) nærmer, kandidat gen tilgang er økonomisk og har temmelig høj statistisk effekt [38]. Vi fokuserede på fire CSC markørgener der er blevet brugt til at isolere CSCS: CD133, ALDH1, EpCAM, og

Musashi-1

[41], [42]. Brug af kandidat-gen tilgang, valgte vi et panel af SNPs i disse CSC gen loci fra SNP hjemmesider og peer-reviewed litteratur. SNPs identificeret at have høj allel frekvens blev genotype i 500 lungekræfttilfælde sammen med 500 aldersmatchede kontroller. Vores resultater har identificeret den

Musashi-1

variant som en selvstændig risikofaktor for lungekræft. Det er også interessant at bemærke, at

Musashi-1

rs2522137 genotype var stadig forbundet med risiko for lungekræft i en multivariat regressionsmodel, der anses for en række miljø- og livsstilsfaktorer. Tilsammen denne undersøgelse giver den første bevis at korrelere

Musashi-1

rs2522137 SNP variant med lungekræft.

I øjeblikket ved vi meget lidt om de detaljerede molekylære mekanismer, som

Musashi-1

rs2522137 polymorfier kan bidrage til udvikling af lungekræft.

Musashi-1

er en evolutionært bevaret RNA-bindende protein, som har dybe implikationer i cellulære processer, såsom stamceller vedligeholdelse, nervesystem udvikling, og tumorigenese.

Musashi-1

stærkt til udtryk på mange kræftformer, mens der i normale væv, er dens udtryk kun begrænset til stamceller. Det er nu klart, at dette RNA-bindende protein er involveret i celle asymmetrisk deling og er nødvendig til opretholdelse af stamcelleidentitet [43] – [45]. Interessant

Musashi-1

mRNA-transkript indeholder en 1811-bp lang 3′-utranslateret region (3′-UTR). 3′-UTR af mRNA-transkripter sædvanligvis begraver målstedet for det lovpligtige microRNA (miRNA). SNPs i 3′-UTR’er har vist sig at have funktionelle virkninger på kontrol af mRNA stabilitet og /eller translationel effektivitet gennem regulering af miRNA. Bindingen af ​​miRNA til 3′-UTR’er kan spille en vigtig overordnede rolle i genekspression.

3′-UTR af moden

Musashi-1

mRNA potentielt målrettet af flere tumor suppressor miRNA, herunder miR-34a, -101, -128, -137 og -138 [46]. Derudover

Musashi-1

mRNA 3′-UTR indeholder flere af AU og U-rige sekvenser, som er mål for en evolutionært bevaret RNA-bindende protein Hur [47]. Hur er medlem af Hu /ELAV (embryonisk letal synsforstyrrelser) -familien, som er overudtrykt i tumorvæv og forbedrer tumorigenese ved at interagere med en delmængde af mRNA’er der koder for proteiner i reguleringen af ​​celleproliferation, celleoverlevelse, angiogenese, invasion og metastase [48], [49]. Brug af SNPinfo hjemmeside (https://snpinfo.niehs.nih.gov/), fandt vi, at

Musashi-1

3′-UTR begraver også potentielle målområder for miRNA HSA-miR-1275, HSA -miR-1285, HSA-mIR-483-5p, HSA-mIR-486-3p, HSA-mIR-612, og HSA-mIR-625. Det er værd at bemærke, at

Musashi-1

rs2522137 ligger inden for disse miRNA og HUR bindingssteder. Fremtidige undersøgelser er nødvendige for at afgrænse, om rs2522137 varianter kan påvirke binding af disse regulerende miRNA og Hur protein. Formentlig den

Musashi-1

rs2522137 GG variant kan forstyrre bindingen af ​​miRNA og Hur faktor, hvilket øger stabiliteten af ​​

Musashi-1

mRNA. Hvis det er sandt, kan denne mekanisme udgøre grundlaget for de

Musashi-1

rs2522137 variant for at bevare selvfornyende lungekræft stamceller.

SNPs repræsenterer arvelige genetiske variationer, der opstår under hele en individuel. Det er velkendt, at ikke-genetiske risikofaktorer, såsom alder, historie af lungesygdom, og rygevaner er også meget vigtig og kan kombineres til at udvikle risikobaserede modeller for kræft. Robert et al [50], [51] har foreslået, at SNP’er skal kombineres med andre risikovariabler at identificere personer, der er mest modtagelige for at udvikle lungecancer. Tilsvarende Liverpool Lung Project risikomodel forbedrer sin prædiktive evne lungekræft ved at tilføje en markør SNP (rs663048) i SEZ6L genet [52], [53]. I denne undersøgelse identificerede vi en korrelation mellem lungekræft og en specifik SNP i en CSC markørgen. Miljømæssige og livsstilsfaktorer indgår i denne analyse, såsom erhvervsmæssig eksponering for pesticider, erhvervsmæssig eksponering for benzin /diesel forudgående diagnose af lungetuberkulose, og madlavning emission, giver en tilsvarende sammenhæng i forhold til en alder-matchede kontrol befolkning.

sammenfattende dette studie viste en signifikant øget risiko for lungekræft for CSC markør

Musashi-1

rs2522137-GG sammenlignet med -tT og -TG SNPs i en kinesiske befolkning. ROC AUC for vores model var 0,7686, hvilket indikerer potentialet til at identificere højrisiko-individer i den kinesiske befolkning ved at fokusere på information, der let kan fremskaffes i pleje indstillingen primære. Endelig er denne lungekræft risiko forudsigelse model diskriminerede mellem høj- og lavrisiko-individer. er behov for yderligere undersøgelser i større grupper af ikke-valgte sager og kontroller til yderligere at validere og omfang disse første observationer.

Tak

Vi takker Li Deng til teknisk bistand i prøvetagning og forberedelse samt Lina Jin og Hua Han for deres hjælp i data og statistisk analyse.