PLOS Genetics: Onkogena Pathway Kombinationer förutsäger kliniska prognoser i Gastric Cancer

Abstrakt

Många solida cancrar är kända för att uppvisa en hög grad av heterogenitet i sin avreglering av olika onkogena vägar. Vi försökte identifiera viktiga onkogena vägar i magcancer (GC) med betydande relationer till patientöverlevnad. Använda genuttryck signaturer, utarbetade vi en in silico
strategi för att kartlägga mönster av onkogen väg aktivering i 301 primära gastric cancer, den näst högsta orsaken till den globala cancerdödlighet. Vi identifierade tre onkogena vägar (spridning /stamcells, NF-kB, och Wnt /β-catenin) avreglerad i majoriteten (> 70%) av magcancer. Vi funktionellt validerat dessa pathway förutsägelser i en panel av magcancer cellinjer. Patient skiktning av onkogena pathway kombinationer visade reproducerbara och signifikanta överlevnadsskillnader i flera kohorter, vilket tyder på att pathway interaktioner kan spela en viktig roll för att påverka sjukdomsbeteende. Enskilda GC kan framgångsrikt taxonomized av onkogen väg aktivitet i biologiskt och kliniskt relevanta undergrupper. Att förutsäga väg aktivitet genom uttryck signaturer tillåter alltså studiet av flera cancerrelaterade vägar interagerar samtidigt i primär cancer, på en skala för närvarande inte kan uppnås genom andra plattformar.

Författare Sammanfattning

Magcancer är näst vanligaste orsaken till den globala cancerdödlighet. Med dagens behandlingar, mindre än en fjärdedel av patienterna överlever längre än fem år efter operationen. Individuella gastric cancer är mycket olikartade i deras cellulära egenskaper och svar på vanliga kemoterapeutiska läkemedel, vilket gör magcancer en komplex sjukdom. Pathway baserade strategier, snarare än enstaka gen studier, kan bidra till att reda ut denna komplexitet. Här använder vi oss av en beräknings metod för att identifiera samband mellan molekylära vägar och cancer profiler. I en storskalig studie av mer än 300 patienter, identifierade vi undergrupper av magcancer urskiljbara genom deras mönster körning molekylära vägar. Vi visar att de identifierade undergrupper är kliniskt relevant för att förutsäga överlevnadstiden och kan vara användbar för att vägleda valet av riktade behandlingar som syftar till att störa dessa molekylära vägar. Vi identifierade också specifika gastric cancercellinjer speglar dessa pathway grupper, vilket bör underlätta preklinisk bedömning av svaren till riktade terapier i varje undergrupp

Citation. Ooi CH, Ivanova T, Wu J, Lee M, Tan IB, Tao J, et al. (2009) Onkogen Pathway Kombinationer förutsäger kliniska prognoser i magcancer. PLoS Genet 5 (10): e1000676. doi: 10.1371 /journal.pgen.1000676

Redaktör: Jason G. Mezey, Cornell University, USA

Mottagna: 22 april, 2009; Accepteras: 3 september, 2009; Publicerad: 2 oktober 2009

Copyright: © 2009 Ooi et al. Detta är en öppen tillgång artikel distribueras enligt villkoren i Creative Commons Attribution License, som tillåter obegränsad användning, distribution och reproduktion i alla medier, förutsatt den ursprungliga författaren och källan kredit

Finansiering:. Detta arbete stöddes av bidrag till PT från BMRC 05/1/31/19/423, Singapore Cancer Syndicate SCS-BS0001, NMRC beviljar TCR /001/2007, och en Duke-NUS kärnbidrag. Finansiärerna hade ingen roll i studiedesign, datainsamling och analys, beslut att publicera, eller beredning av manuskriptet

Konkurrerande intressen:.. Författarna har förklarat att inga konkurrerande intressen finns

Introduktion

Gastric cancer (GC) är den näst vanligaste orsaken till den globala cancerdödlighet [1]. Särskilt utbrett i Asien, de flesta GC patienter diagnostiserade med långt framskriden sjukdom [2]. Avreglering av kanoniska onkogena vägar såsom E2F, K-RAS, p53, och Wnt /β-catenin signalering har påvisats med olika frekvenser i GC [3] - [6], vilket tyder på att GC är en molekylärt heterogen sjukdom. Tidigare studier beskriver GC mångfald i primära tumörer har oftast fokuserar på enskilda vägar, bara en mätning eller några biomarkörer per experiment [4], [6], [7]. Däremot indikerar experimentella bevis för att de flesta cancer fenotyper (okontrollerad tillväxt, motståndskraft mot apoptos, etc) är till stor del styrs inte bara av enskilda vägar, men komplexa interaktioner mellan flera pro- och anti-onkogena signalkretsar [8]. Minska detta gap mellan de kliniska och experimentella arenor kommer att kräva strategier som kan mäta och rör aktivitetsmönster för flera onkogena vägar samtidigt i primärtumörer.

Tidigare studier har föreslagit användning av genuttryck signaturer för att förutsäga aktiviteten hos onkogena vägar i cancer [9] - här, hypotes vi att mönster av onkogen väg aktivering kan användas för att utveckla en genomisk taxonomi av GC. Viktigt skiljer denna väg-centrerad strategi väsentligt från tidigare microarray studier som beskriver uttryck förändringar i samband med morfologiska och vävnadstyp skillnader i GC [10], [11], som pathway signaturer (snarare än enskilda gener) används som grund för cancer klassificering . Vi utvecklade ett in silico
metod för att kartlägga aktiveringsnivåer olika vägar i kohorter av komplexa primära tumörprofiler och validerat denna väg styrd klassificering tillvägagångssätt och använda proof-of-concept exempel bröstcancer. Vi tillämpade då denna metod för att GC att utvärdera elva onkogena vägar som tidigare inblandade i gastric cancer [3] - [7], [12] - [17]. Totalt analyserade vi över 300 primära GC härrör från tre oberoende patientgrupper, som utför det bästa av vår kunskap största genomisk analys av GC hittills. Vi identifierade tre onkogena vägar (nukleär faktor kB (NF-kB), Wnt /β-catenin och spridning /stamcells) som avreglerades i de allra flesta (> 70%) av GC, och funktionellt validerade vägen förutsägelser in vitro
användning av en panel av GC cellinjer. Även patientens skiktning på de enskilda vägar misslyckats med att genomgående visa signifikanta skillnader i kliniska resultat, patient skiktning av onkogena pathway kombinationer (t.ex. hög proliferation /hög NF-kB vs. låg proliferation /låg NF-kB) visade reproducerbara och signifikanta skillnader överlevnad i flera oberoende patientgrupper, vilket tyder på en avgörande roll för pathway kombinationer påverka GC klinisk beteende. Våra resultat visar således att GC kan framgångsrikt taxonomized hjälp av onkogen väg aktivitet i biologiskt, funktionellt och kliniskt relevant subtyper.

Resultat

Parnings Pathway Aktivering i cancer genuttrycksprofilerna

Vår strategi för att förutsäga nivåer av onkogen väg aktivering i cancer omfattar fyra steg (Figur 1A). Först definierade vi "vägen signaturer" - uppsättningar av gener som uppvisar förändrad expression efter funktionell störning av en specifik väg i en väldefinierad In vitro
eller In vivo
experimentella system. För det andra, mappas vi vägen signaturer på genuttrycksprofilerna från en heterogen serie av cancer. För det tredje, genom att använda en icke parametrisk, frodigt baserade mönstermatchning förfarande, var aktiverings poäng tilldelas enskilda cancer baserade på styrkan för anslutning till vägen signatur. Slutligen, var de enskilda cancer sorteras baserat på deras väg aktiverings poäng.

Innan tillämpningen av denna metod för GC ansåg vi att det är viktigt att validera detta in silico
strategi i en serie av proof-of -principen experiment. Vi valde exempel bröstcancer, en malignitet som det finns gott om bevis för väg heterogenitet och diskreta "molekylära subtyper" [18]. För att utföra denna kontroll, först frågade vi om tidigare beskrivna pathway signaturer associerade med nedsatt östrogensignaleringen kan användas för att identifiera bröstcancercellinjer uppvisar höga nivåer av östrogenreceptorn (ER) aktivitet. Vi analyserat ett genuttryck panel av 51 bröstcancercellinjer som ursprungligen beskrivs i Neve et al. [18] med en 11-gen "tamoxifen känslighet" vägen signatur härrör från en lista av gener differentiellt uttryckta mellan Maca 3366, en tamoxifen känslig human bröstkarcinom xenograft, och Maca 3366 /TAM, ett tamoxifen-resistenta underlinje av samma xenograft [19]. Vi fann att bröstcancercellinjer positivt associerad med tamoxifen känslighet signaturen uppvisade signifikant högre expressionsnivåer av ESR1
, östrogenreceptorn och molekylärt mål av tamoxifen, jämfört med linjer som visar negativa pathway aktiverings poäng (p = 2,12 x 10 ^{-7, Exakthet 84,3%, känslighet 100%, specificitet 75%) (Figur 1B och tabell S1).}

För det andra, vi testade om en väg signatur i samband med östrogen signalering men som härrör från icke- bröstvävnad skulle också kunna användas för att stratifiera samma panel av bröstcancercellinjer. Vi efterfrågade bröstcancercellinje panel med en 41-gen "östrogenrespons" signatur härrör från en lista av gener uppregleras av estradiol i U2OS humana osteosarkomceller [20]. Trots den signatur som härrör från en annan vävnadstyp (t.ex. osteosarkom), än en gång visade det sig att, när de sorteras baserat på deras förutsagda östrogen som responsivitet, bröstcancercellinjer klustrade samman av deras nivå av ESR1
(östrogenreceptor) uttryck (p = 0,0035, Exakthet 62,7%, känslighet 94,7%, specificitet 43,8%) (Figur 1C och tabell S1). Dessa resultat visar att det faktiskt är möjligt att förutsäga mönster av vägsaktivering i ett särskilt cancer av intresse (magcancer i vårt fall) med hjälp av uttrycks undertecknat från olika experimentella betingelser och även olika vävnadstyper.

Mönster av onkogen pathway Aktivering i GC

Efter att validera denna väg förutsägelse metod, fortsatte vi att tillämpa strategin för att primär GC. I stället för att testa alla möjliga väg, valde vi elva onkogena och tumörsuppressor vägar som tidigare inblandade i gastrisk cancer, använder i vår analys RAS [4], p53 [5], BRCA1 [12], p21 [13], Wnt /β-catenin [6], E2F [3], SRC [14], MYC [15], NF-kB [21], histon deacetylering (HDAC) [16], och stamcellsrelaterade signaturer [17]. När det är möjligt, försökte vi att välja flera signaturer för varje bana, företrädesvis från oberoende publicerade studier. Till exempel, av de två E2F aktiverings signaturer som används i vårt tillvägagångssätt, var en signatur som erhållits genom att inducera E2F1-aktivitet i rått-fibroblastceller [22], medan den andra signaturen erhölls med användning av en osteosarkom-härledd cellinje som innehåller en inducerbar ER-E2F1-fusionsprotein [23]. Slutliga pathway prognoser för ytterligare analyser typiskt erhålls genom att kombinera enskilda signaturer som tillhör samma väg (se Material och metoder).

Vi beräknade aktiverings poängen för de elva vägar som representeras av 20 pathway signaturer över tre oberoende grupper av primär GC härrör från Australien (Cohort 1-70 tumörer), Singapore (Cohort 2-200 tumörer) och Storbritannien (Cohort 3-31 tumörer). För att visualisera mönster av vägsaktivering, avbildad vi varje årskull som heatmap, där heatmap färg representerar den förutsagda styrkan av aktivering för varje väg i de enskilda GC. Vi observerade en betydande heterogenitet vägen aktivering mellan enskilda GC patienter (Figur 2A-2C). Men signaturer som härrör från oberoende studier som representerar liknande vägar gav ofta liknande förutsägelse mönster (t.ex. NF-kB (hud) och NF-kB (cervix)), och en chi-square test bekräftade en betydande grad av likhet i de övergripande mönster av vägen aktivering mellan Australien och Singapore kohorter (p = 0,00038), och mellan Australien och brittiska kohorter (p = 0,00051, se tabell S2) vilket tyder på att de GC pathway förutsägelser inte är knutna till en viss patient kohort. Vi identifierade två stora kluster av co-aktiverade vägar, som var helt bevarade i kohorter 1 och 2 (figur 2A och 2B) och mestadels bevarade i Cohort 3 (figur 2C). Dessa ingår (i) en "spridning /stamcell" vägen kluster (brun lodrätt streck i figur 2) som omfattar vägar i samband med olika cellcykelregulatorer (t ex MYC, E2F, p21) och stamcells signaturer; och (ii) en "onkogen signalering" vägen kluster (grå lodrätt streck i figur 2) som innehåller många olika onkogena vägar (BRCA1, NF-kB, p53, Wnt /β-catenin, SRC, RAS, och HDAC vägar).

in vitro
Validering av pathway Förutsägelser

Genom att analysera GC vägen heatmap i figur 2, valde vi tre onkogena vägar (NF-kB, Wnt /β-catenin och spridning /stamcells) som aktiveras individuellt i en betydande andel av GC (≥35%), och i kombination förutsatt täckning av majoriteten (> 70%) av GC. Spridning /stamcellsvägar aktiverades i 40% av GC i varje årskull (intervall: 38 till 43%), var Wnt /β-catenin vägar aktiveras i 46% av GC (intervall: 43 till 48%), och NF-KB kB vägen aktiverades i 39% av GC (intervall: 35 till 41%) (färgfälten under varje heatmap i figur 2). Dessa frekvenser och andra ofta avreglerade vägar (t.ex. p53) anges i tabell S3.

För att experimentellt validera dessa primära GC pathway förutsägelser, tillämpade vi vägen förutsägelse algoritm för att en panel av 25 GC cellinjer (GCCLs) ( Figur 3). I likhet med primär GC, "spridning /stamcells" och "onkogen signalering pathway kluster observerades också i GCCLs. Vidare signaturer som representerar samma väg, men erhållen från olika studier, såsom två oberoende MYC-härledda signaturer [9], [24] även klustrade tillsammans i GC cellinjer efter oövervakat hierarkisk klustring (lila parentes i Figur 3). Med ledning av vägen förutsägelser, identifierade vi specifika GC cellinjer som uppvisar mönster av onkogen väg aktivitet spegling primär GC. Förtroende i valet av specifika cellinjer som in vitro
modeller uppnåddes även genom att upprepa förutsägelseförfarande sju gånger med hjälp av olika referensprofiler, som sträcker sig från medianen GCCL profil till oberoende profiler såsom icke-malign normal mage profiler (se Material och Metoder och tabell S4). Parvisa jämförelser bekräftade att två godtyckliga referensprofiler var mer benägna att producera sammanfalla pathway prognoser än motstridiga förutsägelser (Text S1 och tabell S4). Några exempel på representativa linjer inkluderar AZ521 och MKN28 celler, som uppvisar aktivering av proliferation /stamceller vägar, YCC3 och AGS celler för Wnt /β-catenin vägar, och MKN1 och SNU5 celler för NF-kB-vägen.

först direkt mätte vi de proliferativa andelen 22 GCCLs och korrelerade spridningen hastighetsdata med medelaktiverings poäng från signaturer i spridningen /stamcellsvägen kluster. Det fanns ett signifikant samband mellan de experimentellt bestämda proliferativa priser och väg aktiverings poäng (R = 0,4688, p = 0,0278) (Figur 4A). Stöd för uppfattningen att onkogena pathway signaturer är överlägsna prediktorer för väg aktivitet jämfört med uttrycket av enstaka nyckel pathway gener ades inga signifikanta samband observerades för antingen MYC eller E2F1 uttryck (p = 0,48 och 0,38 för MYC och E2F1, respektive) (Figur S1 ).

för det andra, i syfte att validera Wnt /β-catenin pathway förutsägelser, analyserade vi uttrycket av olika Wnt pathway komponenter (β-catenin, TCF4) och relativa nivåer av TCF /LEF transkriptionsaktiviteten i GC cellinjer förväntas vara Wnt /aktiverad β-catenin- eller Wnt /β-catenin-icke-aktiverade. Av sju cellinjer som valts ut för sin experimentella spårbarhet (t.ex. enkel transfektion och praktiska tillväxtbetingelser), fann vi att både β-catenin och TCF /LEF transkriptionsfaktor TCF4 (även känd som TCF7L2), viktiga komponenter i Wnt-signalväg, uttrycktes i GC cellinjer förutsagts av vägen aktiveringsanalyser ha hög Wnt /β-catenin aktivitet (AGS, YCC3, Kato III, och NCI-N87), men inte uttryckt i två av tre linjer (SNU1 och SNU5) associerade med inkonsekventa eller låga Wnt /p-catenin aktiverings poäng (Figur 4B). Vidare, för att direkt analysera Wnt pathway aktivitet, bestämd vi TCF /LEF transkriptionell aktivitet i GC cellinjer med användning Topflash, ett luciferas uttryckande plasmid innehållande multimerized TCF bindningsställen. Den Topflash-analysen bekräftade hög TCF /LEF transkriptionell aktivitet i tre av fyra GC cellinjer förutsägs ha hög Wnt /β-catenin aktivitet (AGS, YCC3, och Kato III), men minimal eller ingen Topflash aktivitet i GC-cellinjer är associerad med inkonsekventa eller låga Wnt /β-catenin aktiverings poäng (SNU1, SNU5 och SNU16). Dessutom är aktiverings poäng β-catenin pathway var signifikant högre i GCCLs med mer än två gånger TCF /LEF transkriptionell aktivitet (AGS, YCC3, Kato III, och NCI-N87) än i GCCLs med lägre TCF /LEF transkriptionell aktivitet (p = 0,007, Figur 4B). Vid jämförelse mot enstaka gener, överlägsen associationer till TCF /LEF transkriptions aktivitet återigen observeras när medelaktiverings poäng från Wnt /β-catenin signaturer jämfört med antingen β-catenin eller TCF4 (aka TCF7L2) uttryck enbart (p = 0,038 för signaturer vs p = 0,31 och 0,58 för β-catenin och TCF4, respektive) (Figur S1).

för det tredje, för att validera NF-kB pathway förutsägelser, valde vi 11 GCCLs konsekvent förutspått antingen NF-κB- aktiverad (NF-kB /på ", sex GCCLs) eller NF-kB-icke-aktiverade (NF-kB /off", fem GCCLs) (Figur S2). Ökad genuttryck av p50 och p65, NF-kB heterodimera subenheter, observerades i NF-kB /GC cellinjer jämfört med NF-kB /off GC cellinjer (p = 0,0002 för p50, p = 0,046 för p65, figur 4C) och på proteinnivå p65 expression observerades i stor utsträckning i NF-kB /på linjer (figur 4C). Använda immuncytokemi på formalinfixerade paraffin inbäddade GC cellinjer, var p65-proteinuttryck mer frekvent hos NF-kB /GC cellinjer jämfört med NF-kB /off GC cellinjer i fråga om kärn sublokalisering, procentsatser av celler med färgning (antingen nukleära eller cytoplasmiska), och färgningsintensitet (tabell S5, Figur S3). För att bestämma om NF-kB /GC cellinjer också uppvisade differentiellt uttryck av p65-reglerade gener jämfört med NF-kB /off GC cellinjer kombinerade vi en lista av gener direkt bundna av p65 transkriptionsfaktor [25] med listor över gener som regleras på mRNA-nivån av TNF-α [26], en känd inducerare av NF-kB-aktivering. Använda genuppsättning anrikningsanalys (GSEA, [27]), fann vi att p65 målgener uppregleras av TNF-α behandling signifikant överuttryckt i NF-kB /GC cellinjer jämfört med NF-kB /off GC cellinjer (normaliserad anrikning poäng, NES = 1,86; falsk upptäckten hastighet, FDR < 0,001, understa panel, figur 4C). Omvänt, p65 målgener nedregleras av TNF-α signifikant underexpressed i NF-kB /GC cellinjer jämfört med NF-kB /off GC cellinjer (NES = -1,56, FDR = 0,019, nedersta panel, figur 4C). Slutligen, för att direkt bekräfta närvaron av förhöjt NF-KB-aktivitet transfekterade vi tre NF-kB /på GC cellinjer och två NF-kB /off GC cellinjer med en luciferasrapportör innehållande en NF-KB-reportergen. Såsom visas i fig 4D, det tre NF-kB /på GC-cellinjer uppvisade förhöjd NF-KB-transkriptionsaktivitet jämfört med de två NF-kB /off GC cellinjer (p = 0,0084).

Taget kollektivt, dessa resultat stöder konceptet att in silico
pathway förutsägelser med hjälp genuttrycksprofilerna förknippas med aktivering av den relevanta vägen in vitro
.

pathway Kombinationer förutsäger Gastric Cancer patientöverlevnad

för att bedöma den kliniska relevansen av de identifierade pathway grupper, undersökte vi om mönster av vägen co-aktivering som illustreras i heatmaps av de olika kohorterna kan vara relaterat till patientens överlevnad. Vi använde data för total överlevnad från Cohort 1 och Cohort 2 och skiktade patienter genom deras förväntade mönster av vägen aktivering. En primär GC profil definierades som visar hög aktiveringsnivå av en väg när aktiverings Ställningen var över noll - dvs att ett positivt samband med vägen signatur. Patientgrupper stratifierade antingen spridning /stamcellsvägsaktivering poäng ensam eller NF-kB vägsaktivering poäng ensam inte skiljer sig väsentligt när det gäller deras total överlevnad (p > 0,05 för spridning /stamceller och NF-kB i båda kohorterna, figur 5A och 5B). Men när aktiverings poäng pathway kombinerades, patienter med höga aktiveringsnivåer både NF-kB och proliferation /stamcells vägar hade signifikant kortare överlevnad jämfört med patienter med låga aktiverings nivåer av både NF-kB och proliferation /stamcellsvägar (p = 0,0399 och p = 0,0109 för kohorter ett och två respektive figur 5D).

Aktivering av Wnt /β-catenin vägen var signifikant associerad med patientöverlevnad i Cohort 1, (p = 0,0056, figur 5C) men inte i Cohort 2 (p = 0,0693, figur 5C). Patienter i kohorter ett och två med höga aktiveringsnivåer både Wnt /β-catenin och proliferation /stamcells vägar hade signifikant sämre överlevnad jämfört med patienter med låga aktiveringsnivåer båda vägarna (p = 0,0073 och p = 0,0086, Figur 5E ). Att jämföra bidragen från vägen kombinationer mot kända histopatologiska kriterier genomförde vi en multivariat analys inklusive kombinerade pathway förutsägelser och patologiska tumörstadium (TNM klassificering: steg 1-4), den viktigaste prognostiska faktorn i GC [28]. I båda kohorter, kombinerad aktivering av proliferation /stamcells och NF-kB vägar visade sig vara en prognostisk faktor oberoende av tumörstadium (p = 0,003 och 0,048 för Cohorts 1 och 2, respektive) (Tabell S6). Likaså kombinerad aktivering av proliferation /stamcells och Wnt /β-catenin vägar var en oberoende prognostisk faktor i Cohort 1 och uppnått gränsen betydelse i Cohort 2 (p < 0,001 och p = 0,058, tabell S7). Dessa resultat visar att bedömningen av den kombinerade banan aktiveringsstatus är kliniskt relevant och dessutom kan ge ytterligare prognostisk information utöver den nuvarande gyllene standarden för patientens prognos förutsägelse, TNM baserad tumörstadieindelning.

Diskussion

I denna studie, försökte vi dela GC i molekylärt homogena undergrupper som ett första steg mot individualisering patientbehandlingar och förbättra resultaten. Viktigt, till skillnad från tidigare GC microarray studier rörande genuttrycksmönster att histologi eller anatomiska typ [10], [11], valde vi att basera våra GC underavdelningar på mönster av onkogen väg aktivitet. Efter att ha utvecklat och validera denna nya metod klassificering, kunde vi att beskriva, för första gången, en genomisk taxonomi av GC baserat på mönster av onkogen väg aktivitet. Vår strategi är särskilt lämpad för genuttryck mikroarrayer, eftersom dessa plattformar förhöra tusentals mRNA-transkript i varje prov, varigenom bedömningen av flera vägar samtidigt i ett enda experiment. Däremot är ett sådant tillvägagångssätt inte för närvarande möjligt vid proteinnivån beroende på brist på lämpliga plattformar. Med hjälp av denna strategi, identifierade vi tre dominerande vägar visar aktivering i majoritet (> 70%) av GC: spridning /stamcell, Wnt /β-catenin och NF-kB signalering

Förmågan att utföra. sådan "high-throughput vägen profilering" öppnar många intressanta vägar. Till exempel har flera studier tidigare rapporterade inkonsekventa resultat avseende prognostiska effekterna av olika onkogena vägar i GC - prognostiska konsekvenserna av spridningsrelaterade antigener såsom Ki-67 i GC inte väl etablerad [29], och höga NF-KB-aktivering GC har förknippats med både bra och dåliga GC patienten utfallet i olika studier [7], [30]. Det är mycket möjligt att en del av denna inkonsekvens kan ha berott på en historisk fokus på att använda konventionella metoder och analysera antingen enskilda vägar eller individuella väg komponenter (gener /proteiner). Vår observation att pathway kombinationer är prediktiva för patientens resultat tyder på att pathway kombinationer, snarare än enstaka vägar ensam, kan spela en avgörande roll för att påverka tumörbeteende.

En annan fördel med hög genomströmning vägen profilering är möjligheten att definiera högre ordningens relationer mellan olika onkogena vägar. I den aktuella studien, genomgående observerade vi samtidig aktivering av E2F, myc, p21 (-repression) och stamcells vägar i tumörer (den "spridning /stamcell" vägen kluster). Detta är troligen på grund av ökad cellulär proliferation i tumörceller, såsom E2F är viktig i cellproliferation kontroll och MYC är både en p21-repressor och inducerare av cyklin D2 och cyklinberoende kinas-bindande protein CksHs2 [31]. Vidare, stamceller, särskilt embryonala stamceller (ESCS), är också kända för att uppvisa höga cellproliferationshastigheter [32]. Mer fängslande, observerade vi också nära samband mellan till synes funktionellt olika vägar, såsom β-catenin och SRC samt HDAC-inhibering och BRCA1. Sådana väg co-aktiveringsmönster kan tyda på funktionella interaktioner mellan dessa vägar, som förtjänar att studeras ytterligare. Till exempel, är det möjligt att aktiverade c-SRC kan förstärka uttrycket av Wnt-signalväg [33]. Utforska förhållandet mellan vägar som visar sam-aktivering kan därmed ge värdefull information om förmågan hos cancercellen för att samordna aktiviteten hos flera vägar.

En tredje fördel hos kanalen profilering tillvägagångssätt är att det underlättar identifikation av större sjukdomsrelaterade reaktionsvägar. Av de vägar som analyserats i denna studie slutsatsen att NF-kB-signalering kan höjas i en betydande andel av GC förtjänar viss uppmärksamhet eftersom denna väg har varit relativt mindre utforskade i GC. Intressant, medan vi observerade en signifikant skillnad i både p50 och p65 (NF-kB-subenheter) genuttryck mellan NF-kB /på och NF-kB /off GCCLs vi inte observera öppen differential p50-proteinuttryck i dessa rader, i kontrast till p65 (Figur 4C). Detta kan bero på en kombination av tre skäl. För det första är den absoluta intervallet p65 genuttryck tvärs cellinjerna markant större än absolut intervallet p50 genuttryck (&​​gt; 3 ×, Figur S4). För det andra är Western blotting-analys används för att utföra dessa proteinmätningar kända för att vara i hög grad icke-kvantitativ, som kan maskera subtila skillnader i uttryck. För det tredje, bortom genuttryck, är p50 uttryck också föremål för en mängd av post-transkriptionella regulatoriska mekanismer som föregångare klyvning som skulle kunna påverka den slutliga nivån på p50 protein, medan p65 inte genereras från ett prekursorprotein [34]. NF-kB har visat att aktiveras av H. pylori
[35], ett känt cancerframkallande GC, och avvikande NF-kB-signalering har också varit inblandad i flera inflammations kopplade cancer såsom GC [36]. NF-kB har föreslagits vara konstitutivt aktiveras i primära gastric cancer i ett fåtal studier [7]. Riktade NF-kB-hämmare för närvarande utvecklas aktivt i många utvecklingsprogram cancerläkemedel och en delmängd av GC patienter (dvs. de med förhöjd NF-kB-aktivitet) kan utgöra en lämplig underklass för att utvärdera effekten av dessa föreningar.

in silico
metod som används i vår studie är konceptuellt liknande arbete Bild et al, som använde en binär regressionsmodell för att klassificera tumörer baserat på den förutsagda aktiviteten hos fem onkogena vägar [9]. Till skillnad från binär regression, vår strategi, som utnyttjar en rang baserad anslutning metriska [37], kräver ingen utarbetad utbildningen på varje bana signatur och även kräver inte tillgången på råexpressionsdata, vilket underlättar användningen av många allmänt tillgängliga pathway signaturer i litteraturen [27]. Men gör genuttryck baserat tillvägagångssätt har begränsningar. Först, eftersom våra pathway förutsägelser är baserade på genuttryck snarare än proteiner, sådana förutsägelser är visserligen molekylära ersättningar för sann väg signaleringsaktivitet. För det andra är vi för närvarande begränsad till analyse kända onkogena vägar som tidigare identifierats i litteraturen. För det tredje, även om vi skulle kunna använda pathway signaturer från mycket olika vävnads sammanhang för att förutsäga väg aktiveringsstatus, en undersökning av de ursprungliga proof-of-principle bröstcancer exempel visade att föreningen av ER status till östrogensvars som förutspått med hjälp av osteosarkom signaturen , även om betydande, var betydligt svagare jämfört med sammanslutning av ER status till tamoxifen känslighet förutspådde att använda en signatur som härrör från samma vävnadstyp (t.ex. bröst). Detta resultat antyder att det också kan finnas vävnadsspecifika skillnader i pathway signaturer som kan påverka förutsägelse noggrannhet. Fjärde, jämfört med vår studie som fokuserade på vägar kända biologiska relevansen i GC, är det oklart om denna metod kan tillämpas på sjukdomar där förkunskaper inblandade vägar inte finns. Det bör dock noteras att en mängd pathway signaturer (> 1000) i samband med olika biokemiska och signalvägar redan existerar i litteraturen, som kan nås från offentliga databaser såsom MSigDB (http://www.broad.mit .edu /gsea /msigdb /genesets.jsp? collection = CGP). Sedan kan appliceras vårt sätt att praktiskt taget alla sjukdomar dataset som genuttryck information finns tillgänglig, testa varje signatur i en hög genomströmning sätt för tecken på väg avreglering är både tänkbart och möjligt. I sådana fall skulle bana uppvisar höga frekvenser av avreglering sedan representera kandidat involverade i sjukdomen i fråga, som sedan kan riktas för fokuserad utredning och experimenterande. Att ta itu med dessa frågor kommer att utgöra grunden för mycket framtida forskning.

Sammanfattningsvis har vi visat i detta arbete som vägar signaturer med framgång kan användas för att förutsäga aktiveringsstatus av cellulära signaleringsvägar, även i biologiska enheter som komplexa som en mänsklig GC. En uppenbar omedelbar tillämpning av sådana pathway baserade taxonomier kan avse användningen av riktade terapier. Inledande försök att bedöma betydelsen av riktade behandlingar i GC har visat endast blygsamma resultat [38]; De flesta av dessa studier har utförts utan förutskiktnings patienter som använder molekylära eller histopatologiska kriterier.

• PLOS ONE: tysta Claudin-11 är associerad med ökad spridnings av Gastric cancerceller
• PLOS ONE: onormalt uttryck av Cx43 förknippas med peritonealdialys metastasering av Gastric Cancer och Cx43-medierad Gap Junction Förbättrar Gastric Cancer Cell diapedes från Peritoneal Mesotheliu…