PLoS ONE: Bioinformatik Analyser af rolle karendotelvækstfaktor hos patienter med ikke-småcellet Cancer

Abstrakt

Formål

Denne undersøgelse havde til formål at identificere udtryk mønster af vaskulær endotel vækstfaktor (VEGF) i ikke-småcellet lungekræft (NSCLC) og til at udforske sit potentiale korrelation med udviklingen af ​​NSCLC.

Metoder

Genekspression profil GSE39345 blev hentet fra Gene Expression Omnibus database. Tyve raske kontroller og 32 NSCLC prøver før kemoterapi blev analyseret for at identificere de differentielt udtrykte gener (DEGS). Derefter pathway berigelse analyse af DEGS blev udført og protein-protein-interaktion netværk blev konstrueret. Især blev analyseret VEGF gener og VEGF-signalvejen. Den sub-netværk blev konstrueret efterfulgt af funktionel berigelse analyse.

Resultater

I alt 1666 opreguleret og 1542 ned-regulerede degs blev identificeret. Ned-regulerede degs blev primært beriget med veje, der er forbundet med kræft.

VEGFA

og

VEGFB

viste sig at være den initierende faktor VEGF signalvejen. Hertil kommer, i epidermal vækstfaktor receptor (

EGFR

),

VEGFA

VEGFB

forbundet sub-netværk, kinase insert domæne receptor (

KDR

), fibronectin 1 (

FN1

), transformerende vækstfaktor beta induceret (

TGFBI

) og prolifererende cellekerneantigen (

PCNA

) viste sig at interagere med mindst to af de tre hub gener. DEGS i denne sub-netværk blev primært beriget med Gene ontologi udtryk relateret til celleproliferation.

Konklusion

EGFR

,

KDR

,

FN1

,

TGFBI

PCNA

kan interagere med

VEGFA

at spille vigtige roller i NSCLC tumorigenese. Disse gener og tilsvarende proteiner kan have potentiale til at blive anvendt som mål for enten diagnosticering og behandling af patienter med NSCLC

Henvisning:. Wang Y, Huang L, Wu S, Jia Y, Yang Y, Luo L et al. (2015) Bioinformatik Analyser af rolle karendotelvækstfaktor i patienter med ikke-småcellet lungekræft. PLoS ONE 10 (9): e0139285. doi: 10,1371 /journal.pone.0139285

Redaktør: Selvakumar Subbian, Public Health Research Institute ved RBHS, UNITED STATES

Modtaget: 21. maj 2015; Accepteret: 9. september 2015; Udgivet den 30. september, 2015

Copyright: © 2015 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

Data Tilgængelighed: Alle relevante data forefindes i papiret. Eventuelle spørgsmål kan rettes til den tilsvarende forfatter på [email protected]

Finansiering:. Denne undersøgelse blev støttet af Zhejiang Provincial Medical Technology Program Kina (nr 2013KYB106) og Zhejiang Provincial Natural Science Foundation of China ( Nej LQ15H060002). 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 rangerer højest i både sygelighed og dødelighed i de fleste dele af verden [1, 2], og dens absolutte incidens er stigende dramatisk [3]. Lungekræft kan kategoriseres hovedsageligt i små celle og ikke-småcellet histologiske undertyper. Blandt dem, ikke-småcellet lungekræft (NSCLC) er den mest almindelige form og tegner sig for næsten 75% til 80% af lungecancer [2, 4]. I øjeblikket er omkring 70% nydiagnosticerede patienter med enten undertype af lungekræft lider lokalt recidiv eller metastatiske læsioner efter resektion, hvilket resulterer i dårlig langtidsoverlevelse rate [5]. Derfor er det vigtigt at belyse de mekanismer, lungekræft progression for en effektiv behandling af sygdommen.

Flere undersøgelser har vist, at angiogenese er afgørende for NSCLC vækst og metastase [6-8]. Vaskulær endotelvækstfaktor (VEGF), en angiogen specifik stimulator, har vist sig at regulere væksten af ​​neoplastisk angiogenese og spiller en vigtig rolle i vaskularisering i forskellige kræfttyper [9, 10]. Bergers og Benjamin fandt, at VEGF blev højt udtrykt i tumormikromiljøet og stærkt inducerede tumorangiogenese [11]. Zhao

et al

. [12] foreslog, at angiogenese og VEGF-ekspression i lungecancerceller blev tilskrevet forøget aktivitet af JAK2 /STAT3 signalvej som var forbundet med en nedsat overlevelsesrate i cancere. Desuden Chen

et al

. [13] rapporterede, at overekspression af VEGF var et dårligt prognostisk faktor i småcellet lungecancer. Derfor strategier til at hæmme tumor-associerede angiogenese kan være lovende i at begrænse NSCLC progression.

På trods skrider opnået i forvaltningen af ​​NSCLC, identifikation af specifikke molekylære kriterier er stadig en udfordring at øge responsrater [14]. I den foreliggende undersøgelse, analyserede vi genekspressionsprofilerne (GSE39345) af mononukleære celler fra perifert blod (PBMC) hos patienter med fremskreden NSCLC. De differentielt udtrykte gener (degs) mellem raske kontrolpersoner og patienter før kemoterapi blev analyseret. Så vidt vi ved, har datasættet ikke analyseret før. Især evalueret vi VEGF gener udtryk og analyseret VEGF signalvejen.

VEGFA

sub-netværk blev konstrueret og funktionelle berigelse analyse blev udført med dens relaterede degs. Vi havde til formål at identificere udtryk mønster af

VEGF

i NSCLC og til at udforske sit potentiale korrelation med udviklingen af ​​NSCLC. I modsætning til tidligere undersøgelser, der udforskede funktionen af ​​

VEGF

gennem eksperimentelle metoder, de bioinformatik analyser udført i studiet forudsat en omfattende evaluering af VEGF relateret protein-protein interaktioner, og kunne bruges til at forudsige interaktion relationer mellem

VEGF

andre gener

Materialer og metoder

Affymetrix microarray data

microarray data GSE39345 bruges i vores undersøgelse blev hentet fra Gene Expression Omnibus (http:. //www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/) database. Dette datasæt analyseres genekspressionsprofilerne af PBMC hos patienter med fremskreden NSCLC baseret på platformen af ​​Illumina humanRef-8 v2.0 udtryk beadchip (GPL1604) (Affymetrix Inc., Santa Clara, Californien, USA). Genekspressionsprofilerne bestod af 20 raske kontroller (HC), 32 patienter før kemoterapi og 17 patienter efter kemoterapi. I denne undersøgelse blev analyseret de datasæt fra 20 HC og 32 NSCLC prøver før kemoterapi. Undersøgelsen blev godkendt af Institutional Review Board of Kaohsiung Chang Gung Memorial Hospital, Taiwan. Prøver blev opsamlet efter informeret samtykke var opnået fra patienterne. De patientjournaler blev de-identificeret før analyse [15].

Data Forbehandling og Differential Expression Analysis

De oprindelige array-data blev udført baggrund korrektion og kvartil data normalisering. Så DEGS mellem HC og NSCLC prøver blev identificeret baseret på R /BioConductor pakke limma [16]. Den absolutte værdi af log

2-gange ændring (log

2fc) ≥ 1,5 og p-værdi 0,05 blev betragtet som cutoff-værdi.

Pathway Enrichment Analyse

Kyoto Encyclopedia of Gener og genomer (Kegg, https://www.genome.jp/) [17] er en samling af online database sammensat af de kendte gener og deres biokemiske funktioner. Den Database til anmærkning, Visualisering og integreret Discovery (DAVID, https://david.abcc.ncifcrf.gov/) [18] er et omfattende sæt af funktionelle annotation værktøj til vedrørende de funktionelle vilkår med gen-lister ved clustering algoritme. For at analysere DEGS i funktionsniveau, blev Kegg pathway berigelse analyse udført ved hjælp af DAVID online-værktøj. Den p-værdi 0.05 blev fastsat som tærskelværdien.

VEGF

Gener og VEGF signalvej

VEGF familiemedlemmer spiller en vigtig rolle i udviklingen af ​​NSCLC. I nærværende undersøgelse blev fordelingen af ​​DEGS i VEGF signalvej studeret ved hjælp af KEGGParser [19] plugin til cytoscape (www.cytoscape.org) [20].

Protein-protein Interaction Network Byggeri

Vi hentede den omfattende interaktion information af humane proteiner fra søgeværktøj for indhentning af Interacting Gener (STRING) database (https://string-db.org/) [21]. Så interaktion relationer NSCLCL degs blev udtrukket til at konstruere den protein-protein interaktion (PPI) netværk (kombineret score 0,4). Hjælp cytoscape

Sub-netværk Byggeri

Undersøgelse har fundet, at VEGFR og EGFR veje er forbundet i faste tumorer, især med hensyn til angiogenese [22]. I vores undersøgelse har vi udvundet

EGFR

,

VEGFA

og

VEGFB

, og deres samspil med de andre degs fra PPI-netværket. Så sub-netværk er forbundet med

EGFR

, og

VEGF

blev bygget. Desuden blev DEGS i sub-netværk udført Gene Ontology (GO) berigelse analyse ved hjælp Bingo [23] plugin til cytoscape (p-værdi 0,05).

Resultater

Identifikation af degs

i alt 3028 degs blev opnået fra både NSCLCL og HC prøver. Indvirkning herpå, 1666 var opreguleret og 1542 blev nedreguleret.

Pathway Berigelse Analyse

Resultatet af vej berigelse viste, at de op-regulerede degs hovedsageligt blev beriget i 11 veje, såsom olfaktoriske transduktion, metabolisme af miljøfremmede stoffer ved cytochrom P450 og lægemiddelmetabolisme. Ned-regulerede degs blev primært beriget med veje, der er forbundet med kræft, såsom Wnt signalvejen og Notch signalvejen.

VEGF

gener og VEGF signalvej

Blandt DEGS,

VEGFA

og

VEGFB

viste sig at være den initiativtagende faktorer af VEGF signalvej. Efter analyse af fordelingen af ​​DEGS i VEGF-signalvejen, nedreguleret DEG af kinase insert domæne receptor (

KDR

) viste sig at være en flaskehals faktor af vejen (figur 1).

Rød farve repræsenterer opreguleret degs og grøn repræsenterer nedreguleret degs.

PPI Network Analysis

Den beregnede PPI netværk indeholdt 113797 interaktion par mellem 2511 degs og PPI-net adlød skala-fri tilskrivning (korrelation = 0,859, R-squared = 0,888). De øverste 10 hub gener blev vist i tabel 1, herunder juni proto-onkogen, prolifererende cellekerneantigen (

PCNA

), epidermal vækstfaktor receptor (

EGFR

) og

VEGFA

.

sub-netværk Byggeri

EGFR

VEGF

forbundet sub-netværk blev vist i figur 2. i sub-netværk,

KDR

fibronektin 1 (

FN1

) interagerer med alle de tre gener. Transformerende vækstfaktor beta (

TGFBI

) og

PCNA

interagere med

EGFR

VEGFA

. Derudover blev DEGS i denne sub-netværk primært beriget med GO biologisk proces vilkår relateret til celleproliferation (tabel 2).

Rød farve repræsenterer opreguleret differentielt udtrykte gener (degs) og grøn repræsenterer ned- regulerede degs.

diskussion

Meget behandling-resistent NSCLC er en af ​​de hyppigste årsager til kræft død over hele verden og angiogenese er blevet en integreret proces for at fremme vækst og metastase af NSCLC. Som følge heraf kan terapien mod VEGF, en af ​​de vigtigste mediatorer af angiogenese, være en kritisk tilgang til regression NSCLC [6]. I denne undersøgelse,

VEGFA

og

VEGFB

viste sig at være den initiativtagende faktorer af VEGF signalvej. Desuden

KDR

viste sig at være en flaskehals faktor i denne pathway. Desuden i

EGFR

VEGF

forbundet sub-netværk,

KDR

,

FN1

,

TGFBI

PCNA

viste sig at interagere med mindst to af de tre hub gener.

VEGF-gen tilhører blodpladeafledt vækstfaktor /VEGF vækstfaktorfamilien. Dens proteinprodukt fremmer endotelcelleproliferation og migration, og forhindrer celle apoptose. Vigtigere er det også involveret i tumor-associeret angiogenese [24]. I vores undersøgelse

VEGFA

viste sig at være den initierende faktor af VEGF-signalvejen. Desuden var det en hub gen i PPI-netværket. Deng

et al

. [25] har rapporteret, at

er VEGFA

impliceret i carcinogenese af talrige kræftformer, herunder lungekræft.

VEGFA

ekspression er blevet foreslået at være relateret til tilbagefald og dårlig prognose af NSCLC [26]. Specielt, i NSCLC, er tumor progression og metastase anses for at være forbundet med mutationer af nogle tumorsuppressorgener, såsom

p53

, og mutation af

p53

inducerer VEGF genekspression [ ,,,0],27]. Interessant, KDR, receptoren for VEGF, blev fundet at være nedreguleret i VEGF signalvejen, som en flaskehals faktor i denne pathway. Således har vi spekulere at KDR negativt kan regulere VEGF signalvej. Tilsammen

VEGFA

og

KDR

kan være potentielt involveret i udviklingen af ​​NSCLC.

I øjeblikket mange lægemidler, der er målrettet enten VEGFR eller EGFR signalveje i fremskreden NSCLC har blevet klinisk valideret [28]. EGFR, et medlem af epidermal vækstfaktor familie, spiller forskellige biologiske roller i fremme malignitet herunder regulering af celleoverlevelse eller apoptose, og cellemotilitet eller metastase, hvilket gør EGFR et attraktivt terapeutisk mål [29, 30]. De Luca

et al

. [31] rapporterede, at aktivering af EGFR af TGF-α kan øge produktionen af ​​VEGF i humane cancerceller.

I denne undersøgelse har vi også fundet, at

EGFR

var også involveret i den

VEGF

EGFR

forbundet sub-netværk, udover de GO vilkår relateret til celleproliferation. I denne sub-netværk,

KDR

,

FN1

,

TGFBI

PCNA

viste sig at interagere med 2 eller 3 af de 3 hub generne .

FN1

koder fibronectin, et glycoprotein i ekstracellulær matrix (ECM), som har været impliceret i udviklingen af ​​mange typer cancer. I lungekræft, kan fibronectin fremme lungekræft cellemigration ved at aktivere FAK signalering [32].

TGFBI

er en ekstracellulær matrix (ECM) protein induceret ved transformerende vækstfaktor-β (TGF-β) i humane cancerceller [33].

TGFBI

er blevet opdaget som et gen induceret i lungecancer-cellelinie A549 ved TGF-β [34]. Park

et al

. [35] har rapporteret, at

TGFBI

stimulerer vedhæftning, proliferation og migration af renale proximale tubulære epitelceller. TGFBI kan opretholde celleadhæsion til substrater, hvilket kan øge cellemotilitet og metastaser [36]. Desuden TGFBI proteolytiske peptider er pro-apoptotisk i flere celletyper, som kan skyldes aktiveringen af ​​cellespecifikke proteaser stand til at nedbryde TGFBI [37]. Derfor

TGFBI

kan anvendes som et potentielt mål for NSCLC behandling.

Desuden nedreguleret DEG af

PCNA

blev identificeret i PPI-netværket og sub- netværk. I normale celler, proliferation og apoptose er under kontrol af regulerende systemer. Ukontrolleret celleproliferation anses for at være kendetegnende for cancerceller, således kan det proliferative potentiale af cancerceller være en vigtig prognostisk faktor [38]. Nogle antistoffer, herunder PCNA er blevet anvendt til at undersøge celleproliferation [39]. Zienolddiny

et al

. [40] har rapporteret, at PCNA er en markør for evalueringen af ​​celleproliferative aktivitet i lungekræft. Derfor

PCNA

kan deltage i reguleringen netværk af

VEGFA

at spille en vigtig rolle i NSCLC tumorigenese og tjene som en potentiel molekylær markør forbundet med NSCLC.

Som konklusion vores undersøgelse giver en omfattende bioinformatik analyse af ekspressionen af ​​VEGF i NSCLC. Degs såsom

VEGFA

,

VEGFB

,

EGFR

,

FN1

,

TGFBI

,

KDR

og

PCNA

. Deres relaterede GO udtryk kan spille vigtige roller i NSCLC tumorigenese og progression og har potentiale til at blive brugt som mål for NSCLC diagnose og behandling. er behov for yderligere genetiske og eksperimentelle undersøgelser med større stikprøve for at bekræfte vores resultater.

Tak

Denne undersøgelse blev støttet af Zhejiang Provincial Medical Technology Program Kina (nr 2013KYB106) og Zhejiang Provincial Natural Science Foundation of China (nr LQ15H060002).