Abstract
Bakgrunn
Aberrant DNA metylering spiller viktige roller i kreftutvikling. Men den funksjonelle betydningen av genom-wide hypermethylation og hypometylering av genet arrangører i kreftutvikling i dag fortsatt uklare.
hovedfunnene
Basert på genom-wide metylering data for fem krefttyper, viste vi at gener med arrangøren hypermethylation var svært konsekvente i funksjon på tvers av ulike krefttyper, og så var gener med arrangøren hypometylering. Funksjoner knyttet til «utviklingsprosesser» og «regulering av biologi prosesser» ble betydelig beriket med hypermethylated gener, men ble tømt for hypomethylated gener. I motsetning til dette ble funksjoner relatert til «celledreping» og «reaksjon på stimuli», inkludert immun- og inflammatoriske respons, assosiert med en anrikning av hypomethylated gener og uttømming av hypermethylated gener. Vi observerte også at noen familier av cytokiner utskilt av immunceller, som IL10 familie cytokiner og chemokiner, tendens til å bli hypomethylated i ulike krefttyper. Disse resultatene gir nye hint for å forstå de ulike funksjonelle roller genom-wide hypermethylation og hypometylering av genet arrangører i kreftutvikling.
Konklusjoner
Gener med arrangøren hypermethylation og hypometylering er svært konsekvente i funksjon på tvers av ulike cancertyper, henholdsvis, men disse to grupper av gener som har en tendens til å bli anriket med forskjellige funksjoner assosiert med kreft. Spesielt spekulere vi at hypometylering av gene arrangører kan spille roller i indusere immunitet og betennelser lidelser i forstadier til kreft, som kan gi tips for å forbedre epigenetisk terapi og immunterapi av kreft
Citation. Shen X, Han Z, Li H, Yao C, Zhang Y, Han L, et al. (2012) Distinkte Funksjonelle Patterns of Gene Arrangøren Hypomety-lering og Hypermethylation i kreft genomer. PLoS ONE 7 (9): e44822. doi: 10,1371 /journal.pone.0044822
Redaktør: Amanda Ewart Toland, Ohio State University Medical Center, USA
mottatt: 1 mars 2012; Akseptert: 14. august 2012; Publisert: 07.09.2012
Copyright: © Shen et al. Dette er en åpen-tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Finansiering:. Dette arbeidet ble støttet delvis av Natural Science Foundation National of China (30970668, 31100901, 81071646 og 91029717), utmerket Youth Foundation i Heilongjiang-provinsen (JC200808): https://www.nsfc.gov.cn/and http: //jj .hljkj.cn /. Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
DNA hypermethylation og hypometylering spille viktige roller i initiering, progresjon og metastasering av kreft [1], [2]. Det er vanlig å tro at DNA hypermethylation og hypometylering er uavhengige prosesser styrt av ulike mekanismer, og de ser ut til å spille egne roller i tumorprogresjon [3], [4]. Nærmere bestemt DNA hypermethylation i kreft genomer forekommer vanligvis i promotorområdene av tumorsuppressorgener, noe som kan resultere i tie av tumorsuppressorgener [5]. I motsetning til dette DNA hypometylering rettet mot DNA ofte gjentas, noe som kan indusere genomiske ustabilitet og mutasjonsbegivenheter i kreft genomer [6], [7], [8], [9]. Det er bevis for at promoteren hypometylering av noen gener kan være forbundet med utvikling av kreft ved å regulere aktiviteten av gener [10], og som promotor hypometylering av spesifikke immunrelaterte gener kan fremme carcinogenese [11], [12]. For eksempel, promotoren hypometylering cytokin
IL-10
kan aktivere sitt uttrykk til å hemme dannelsen av immunresponsen i brystkreft [11], og promotoren hypometylering av
SPAN-Xb
, et immunogent antigen, kan indusere de novo B-cellerespons i myelomaceller [12]. Imidlertid er den biologiske betydningen av arrangøren hypometylering i kreft fortsatt dårlig forstått [13].
I dette arbeidet har vi utforsket forskjellige roller gener med arrangøren hypermethylation og hypometylering i kreft (heretter kalt hypermethylated og hypomethylated genene for enkelhets skyld) ved hjelp av promotor metylering profiler av fem krefttyper. Først vurderte vi konsistensen av funksjoner beriket med hypermethylated (eller hypomethylated) gener på tvers av ulike krefttyper. Deretter identifiserte vi hypermethylation spesifikk (eller hypometylering spesifikk) funksjoner betydelig beriket med hypermethylated gener (eller hypomethylated gener) og betydelig utarmet av hypomethylated gener (eller hypermethylated gener). Til slutt diskuterer vi mulige koblinger mellom hypomethylated gener i kreft og immun og inflammatoriske respons lidelser i forstadier til kreft.
Materialer og Metoder
Metylering data
arrangøren metylering datasett for fem krefttyper ble hentet fra Gene Expression Omnibus (GEO) og kreft~~POS=TRUNC Genome Atlas (TCGA) database (https://tcga-data.nci.nih.gov/tcga), som beskrevet i tabell 1. For hver datasettet, den data ble utledet fra parede prøver av tumor og tilstøtende normale vev fra det samme organet området, og prosentandelen av tumorceller i hver tumorprøve av TCGA var høyere enn 70% [14]. Detaljer om fremstillingen av vev kan bli funnet i TCGA dokument (https://rcb.cancer.gov/rcb-internet/appl/rfp/07013/SOWAttachmentNo3-BCR-3-10.pdf). For å unngå en potensiell batch effekt [15], valgte vi batch med den største utvalgsstørrelsen for hver krefttype for analyse. Alle data ble samlet inn med Illumina HumanMethylation27 plattformen, som oppdaget den metylering verdi av 27 578 CpG loci ligger innenfor de proksimale promoter regioner av transkripsjonsstartsider av 14495 gener.
Vi brukte level_1 data med metylert signalintensitet (M) og unmethylated signalintensitet (U). Metyleringen nivå (p-verdi) for hver CpG locus ble beregnet ved max (M, 0) /(| U | + | M | 100), og en konstant på 100 ble tilsatt for å regulere betaverdien når både U og M verdiene var liten [16]. Deretter ble en beta-verdi mellom 0 (unmethylated) og 1 (fullt metylert) som er tilordnet hver CpG locus i hver prøve. For hvert datasett, påvisning
P
verdi rapportert av BeadStudio (Illumina) ble brukt som en kvalitetskontroll mål på sonde ytelse. Vi ekskluderte prøver som besto av 5% sonder med påvisning
P
verdier 0,05 og sonder som besto av 10% prøver med påvisning
P
verdier 0,05. Totalt 1092 CpG loci innen arrangører av 605 kjønnskromosom gener ble også ekskludert fra analysen for å eliminere kjønnsspesifikke bias.
cytokin data
De cytokin data ble hentet fra Kyoto Encyclopedia of gener og genomer (KEGG) pathway database (ko04052: cytokiner) [17] lastet ned den 8. mars 2011. dataene inkludert 230 cytokiner fra 8 klasser: klasse i cytokiner (hematopoietin familie), klasse II cytokiner (interferon /IL-10 familien ), PDGF familie, TNF-familien, IL-1 familien, IL-17-familien, TGF-beta familie og chemokiner.
Valg av Forskjellig denaturert Gener
Den ikke-parametrisk Mann-Whitney U test ble anvendt for å velge forskjellig metylert (DM) CpG-loci rundt promotorområdene av gener [18] ved å sammenligne beta-verdiene for hvert locus CpG mellom normale og kreftprøvene. Den falske funnrate (FDR) ble kontrollert av Benjamin og Hochberg prosedyre [19]. Dersom arrangøren av et gen hadde både hypermethylated og hypomethylated CpG loci, ble dette genet ekskludert fra senere analyser [20]. Genene med minst ett DM CpG-locus ble betegnet DM gener. Ved å sammenligne gjennomsnittsbetaverdier for DM CpG loci mellom normale og kreftprøver, klassifisert vi DM gener inn hypermethylated og hypomethylated gener.
Funksjonell berikelse og konsistens analyse
Bruke GO-funksjonen algoritmen [ ,,,0],21] med en FDR 0,05, valgte vi går vilkår (biologiske prosesser) [22] som ble betydelig beriket med hypermethylated (eller hypomethylated) gener for hver krefttype, og deretter behandlet lokalt redundans. For behandling av lokal redundans, når både en stamfar og dens avkom sikt (er) ble oppdaget å være statistisk signifikant, GO-funksjonen hentet eneste stamfar begrepet som relevant hvis det var bevis for at de resterende gener i stamfar sikt var likevel sannsynlig å være relevante for sykdom etter fjerning av gener i den betydelige avkom sikt (s), [21]; ellers, ble bare avkommet sikt holdt.
Hvis det var N betydelig hypermethylated vilkår i datasettet 1, hvorav K
1 termer ble også identifisert som betydelig hypermethylated i datasett 2, PO (prosentandel av overlappinger ) score på de to sikt lister (fra datasettet 1 til datasett 2) ble beregnet som K
1 /N. Deretter foreslo vi en score, betegnet som POE (prosentandel av overlapp utvidet) score, for å vurdere konsistensen av disse to lister med betydelige GO vilkår. For en hypermethylated GO sikt ekstraheres fra datasettet 1, hvis dens rå P-verdi av anrikning med hypermethylated gener for datasettet 2 var lavere enn 0,05, deretter ble definert til å være forsøksvis vesentlig i datasettet 2. Hvis K
2 av det N hypermethylated termer hentet fra datasettet en var signifikant eller forsøksvis betydelig i datasett 2, ble POE score på de to sikt lister (fra datasettet 1 til datasett 2) beregnet som K
2 /N. Til slutt utførte vi tilfeldige eksperimenter for å vise at den observerte POE resultatet var ikke til å bli produsert ved en tilfeldighet. Fra datasett 2, vi tilfeldig trukket ut gener som «hypermethylated gener», med samme antall hypermethylated gener hentet fra datasettet to, og deretter utførte funksjonell analyse og beregnet tilfeldige POE score. Denne prosessen ble gjentatt 10.000 ganger, og P-verdien av den observerte score fra datasettet 1 til datasettet 2 ble beregnet som prosentandelen av de tilfeldige score overskrider den observerte stillingen. ble utført samme analyse for hypomethylated vilkår.
Resultater
Omfattende Hypermethylation og Hypomety-lering av Gene arrangører i Kreft
Vi valgte DM gener ved hjelp av Mann-Whitney
U
test med en FDR 5%. Som vist i figur 1, ble omtrent en tredjedel av alle de målte genene for hvert datasett funnet å være forskjellig metylert. I gjennomsnitt ble 56% av DM gener hypomethylated i de fem krefttyper (figur 1).
Denne figuren illustrerer antall DM gener i datasettene for alle fem krefttyper. X-aksen angir krefttype, og y-aksen angir prosentandelen av DM-genene i alle detekterte gener. Den lys grå og mørk grå områder representerer hypomethylated og hypermethylated gener, henholdsvis.
Funksjonell Konsistens metylering Endringer på tvers av ulike krefttyper
For hvert datasett, med en FDR på 5%, GO-funksjonen algoritme [21] ble brukt til å identifisere GO termer som ble betydelig beriket med hypermethylated gener, kalt hypermethylated vilkår. De hypermethylated termer hentet fra ulike datasett syntes å ha lave PO score (Figur 2A). For eksempel kan bare 22 til 24 av de 43 hypermethylated vilkår hentet fra datasettet for nyrekreft finnes i datasettene for de andre krefttyper, med PO-score til 51-55%. Men selv for de samme krefttype, de betydelige hypermethylated (eller hypomethylated) termer hentet fra ulike datasett tendens til å ha lave PO score på grunn av de iboende begrensningene i den statistiske avgjørelsen [21]. For å løse dette problemet, foreslo vi POE score for å evaluere den funksjonelle konsistensen av hypermethylated termer hentet fra ulike datasett (se Materialer og metoder). For eksempel, 41 til 43 av de 43 hypermethylated betingelser ekstrahert for nyrekreft hadde rå anrikning
P
-verdier mindre enn 0,05 i alle de datasett for de andre krefttyper, med POE score til 95-100%. Men et gjennomsnitt på mindre enn to av begrepene hentet for nyrekreft hadde en berikelse
P
verdi mindre enn 0,05 på 10.000 randomiserte datasett for hver av de andre krefttyper (se Materialer og metoder), noe som er betydelig færre enn antallet observert i det opprinnelige datasettet (
P
0,0001). Disse resultatene antydet at gjeninntreden i de fire andre krefttyper var ikke tilfeldig for de fleste av de hypermethylated betingelser for nyrekreft. Lignende resultater ble observert for hypermethylated betingelser uttrukne for de fire andre krefttyper (figur 2B). Dermed hypermethylated gener for ulike krefttyper er svært konsekvente i sin funksjon.
(A) Po score til de hypermethylated gener fra ulike krefttyper. (B) Poe score til de hypermethylated gener fra ulike krefttyper. Hver rad representerer resultatet mellom hypermethylated vilkår for en krefttype og hypermethylated vilkårene for andre krefttyper. En POE score på 1 er vist i rødt og 0 er angitt i blått
Med en FDR. 0,05, identifiserte vi 117 termer som konsekvent ble hypermethylated over fem krefttyper. Hver av disse betingelsene var signifikant i det minste i en krefttype og forsøksvis signifikant (
P
0,05) i alle de fire andre krefttyper, som var ikke til å bli observert ved en tilfeldighet (binomial test,
P
6.25E-06). Som vist i tabell S1, er disse betingelser i hovedsak relatert til «dannelsesprosessen» (inkludert «celledifferensiering» og «celle utvikling»), «transport» (inkludert «kalsiumion transport» og «neurotransmitter transport»), «som reaksjon på stimuli «(inkludert» respons til kjemisk stimulus «og» oppførsel «) og de» regulering av biologisk prosess «(inkludert» regulering av transkripsjon, DNA-avhengig «og» regulering av signalisering «). Spesielt når et begrep og en av dens avkom begrepene er både påvist å være betydelig, forskere er ofte interessert i den spesifikke avkom sikt, forutsatt at bestemte GO vilkår kan være mer biologisk relevant [21]. Men i noen tilfeller, den generelle ordnede begrep kan bli globalt forstyrret. Tar uttrykket «celledifferensiering» (GO: 0030154) som et eksempel, ble genene som blir igjen etter fjerning av genene i de fire vesentlige avkom betingelser fortsatt betydelig anriket med hypermethylated gener i datasettet for kolon adenokarsinom (hypergeometriske test,
P
= 7.98e-005). Dette resultatet antydet at «regulering av celledifferensiering» kan være mye forstyrret i denne kreftformen.
På samme måte listene over hypomethylated termer hentet for ulike krefttyper med en FDR på 5% hadde lave prosenter av overlapping (figur 3A ). For eksempel ble kun 6 til 11 av de 21 hypomethylated vilkår hentet fra datasettet for tykktarms adenokarsinom også funnet i datasettene for de andre krefttyper, med PO-score til 28-52%. Men 19 av de 21 hypomethylated vilkårene for kolon adenokarsinom hadde rå berikelse
P
verdier mindre enn 0,05 i alle de fire andre krefttyper, og de to andre begrepene hadde rå berikelse
P
verdier mindre enn 0.05 i det minste ett av de andre krefttyper, alle med POE skårer større enn 90%. I 10.000 randomiserte eksperimenter for hver krefttype (se Materialer og metoder), mindre enn ett av vilkårene i gjennomsnitt hentet for kolon adenokarsinom hadde berikelse
P
verdier mindre enn 0,05 i alle de fire andre krefttyper , som var betydelig færre enn det tilsvarende tallet observert i det opprinnelige datasettet (
P
0,0001). Således er de fleste av hypomethylated betingelser for colon adenokarsinom kan være ikke-tilfeldig befinner seg i datasettene for de fire andre krefttyper. Lignende resultater ble observert for hypomethylated betingelser uttrukne for de fire andre krefttyper (figur 3B). Derfor hypomethylated gener for ulike krefttyper var også svært konsekvent i sin funksjon.
(A) Po score til de hypomethylated gener fra ulike krefttyper. (B) Poe score til de hypomethylated gener fra ulike krefttyper. Hver rad representerer resultatet mellom hypomethylated vilkår for en krefttype og hypomethylated vilkårene for andre krefttyper. En POE score på 1 er vist i rødt og 0 er angitt i blått.
Til slutt, vi identifisert 41 vilkår som konsekvent ble hypomethylated over fem ulike krefttyper (Tabell S2). Hver av disse betingelsene var signifikant i det minste i en krefttype og forsøksvis signifikant (
P
0,05) i alle de andre krefttyper, som var ikke til å bli observert ved en tilfeldighet (binomial test,
P
6.25E-06) (se Materialer og metoder). Disse vilkårene var i hovedsak knyttet til «respons på stimuli» (inkludert «immunrespons», «forsvar svar» og dets avkom begrepene «betennelsesreaksjon», «cellular forsvar svar» og «forsvar reaksjon på bakterien»), og epidermis utvikling (inkludert «keratinocyte differensiering» og dens avkom «keratinization»). Tar begrepet «forsvar svar» som et eksempel, ble genene igjen etter utelukkelse av genene til sine tre betydelige avkom vilkårene fortsatt betydelig beriket med hypomethylated gener i colon adenokarsinom (hypergeometriske test,
P
= 1.30E- 04). Dermed «forsvar svar» kan bli mye hypomethylated i kreft. Som hypometylering av gener i «immunrespons» og «betennelsesreaksjon» kan være forårsaket av infiltrasjon av lymfocytter i kreftvev [23], vi trengte for å evaluere effekten av infiltrerte lymfocytter på epigenetiske forandringer i genene kommentert i disse to begrepene. Her har vi kun analysert datasettet for invasiv brystkreft som data fra lymfocytt infiltrasjon i kreft og tilstøtende normalt vev var tilgjengelig bare for denne krefttypen. Vi fokuserte på å analysere 7 par svulst og nærliggende normalt vev med en lik prosentandel av lymfocytter i hvert par av prøver og fant at hypomethylated gener ble fortsatt betydelig anriket på «immunrespons» (
P
= 2.41E-05 ), men ikke i «inflammatorisk respons» (
P
= 3.74E-01) som kan være på grunn av den lave strøm å detektere hypomethylated gener med et fdr mindre enn 5% av «inflammatoriske respons» [24]. Som den funksjonelle berikelse analyse er ganske robust overfor de falske funn av DM gener [25], valgte vi hypomethylated gener med en FDR 10% og fant at «betennelsesreaksjon» ble også beriket med hypomethylated gener (
P
= 1.92E-02). Disse resultatene tydet på at metylering endringene i «immunrespons» samt i «inflammatorisk respons» ikke kunne forklares ved infiltrasjon av lymfocytter i kreftvevet.
Spesielt, har vi funnet at noen typiske kreft-assosiert funksjoner for eksempel «cellesyklus» og «apoptose» ikke var anriket med hypermethylated gener eller hypomethylated gener. Motsatt, noen av disse funksjonene var betydelig utarmet av både hypermethylated og hypomethylated gener for alle fem krefttyper. For eksempel «cellesyklus» ble betydelig utarmet av både hypermethylated og hypomethylated gener for alle fem krefttyper (alt
P
2.09E-10). Dette resultatet kan være delvis på grunn av den sterke målgenet spesifisiteten av metylering vekslinger [26], [27]. På den annen side har vi fortsatt observert noen gener i disse funksjonene som er gjennomgående ulikt metylert på tvers av de fem krefttyper. For eksempel, 80 gener assosiert med cellesyklusen viste konsistente hypermethylation eller hypometylering endringer på tvers av de fem krefttyper, noe som indikerer at de er også felles mål av metylering vekslinger i disse krefttypene.
Hypermethylation- og Hypomety-lering-spesifikke funksjoner
fra 117 betingelser gående hypermethylated tvers av de fem krefttyper, som er definert vi hypermethylation spesifikke funksjoner som de som ikke var vesentlig beriket med hypomethylated gener i en hvilken som helst av de krefttyper og betydelig utarmet av hypomethylated gener i det minste en cancer type. Uttømming Analysen ble utført ved hjelp av en ensidig hypergeometrisk fordeling test [28]. Vi fant 58 hypermethylation spesifikke funksjoner, hvorav de fleste er relatert til «regulering av biologi prosess» og «utviklingsprosess». Tabell S3 inneholder en fullstendig liste over hypermethylation spesifikke funksjoner.
På samme måte fra de 41 begrepene konsekvent hypomethylated tvers av de fem krefttyper, definert vi hypometylering spesifikke funksjoner som de som ikke var signifikant beriket med hypermethylated gener i en hvilken som helst av krefttyper og betydelig utarmet av hypermethylated gener i det minste en krefttype (tabell S4). Vi fant 24 hypometylering spesifikke funksjoner, hvorav de fleste er relatert til respons på stimuli (inkludert «immunrespons», «svar på sopp», «forsvar respons» og dens avkom «betennelsesreaksjon»), immunsystem prosessen og celledreping (Tabell 2). Tatt i betraktning at immunceller påvirke ondartede celler gjennom produksjon av ulike typer cytokiner, fant vi at celle cytokiner samlet i KEGG databasen ble betydelig hypomethylated i hver av de fem krefttyper (
P
= 3.72E-13, 5.11E-11, 6.60E-08, 2.44E-08 og 5.94e-09 for kolon, nyre, mage, lunge og brystkreft, henholdsvis). Spesielt har vi funnet at hematopoietin,
TNF
,
IL1
,
IL10 Hotell og
IL17
familier av cytokiner hatt en betydelig tendens til å bli hypomethylated i alle fem krefttyper. For eksempel, et gjennomsnitt på 70,0% av genene i
IL10
familie, som fremmer medfødte immunresponser fra vev epitel å begrense skaden forårsaket av infeksjon eller betennelse [29], ble hypomethylated i alle fem krefttyper ( Figur 4).
Denne figuren viser prosentandelen av hypomethylated gener og hypermethylated gener i seks cytokingen familier. X-aksen angir det genfamilien, og y-aksen angir prosentandelen av hypomethylated og hypermethylated gener i hver av disse genfamilier. De lyse og mørke grå områder representerer hypomethylated og hypermethylated gener, henholdsvis.
Vi har merket at hypermethylation- og hypometylering-spesifikke funksjoner er knyttet til ulike typer «respons på stimuli», som vist i Figur 5. hypometylering spesifikke funksjoner er i hovedsak relatert til «immunrespons», «svar på sopp» og «forsvar svar» (inkludert dets avkom «betennelsesreaksjon»), som i hovedsak utføres av immunceller i en organisme i reaksjon på en potensiell trussel (slik som kreftceller og bakterier); i disse prosessene, celler kommuniserer med hverandre ved bruk av signalmolekyler, slik som cytokiner [30]. I motsetning til dette blir de hypermethylation spesifikke funksjoner i hovedsak relatert til «signaltransduksjon» inne i cellen, og «oppførsel» (spesifikke handlinger eller reaksjoner) av en organisme i respons til eksterne eller interne stimuli (figur 5).
(A) hypometylering spesifikke vilkår knyttet til «respons på stimuli». (B) Hypermethylation spesifikke funksjoner relatert til «respons på stimuli». De betydelige begrepene er illustrert med grå.
Diskusjoner
Våre resultater viser at gener med arrangøren hypermethylation og hypometylering i forskjellige krefttyper er svært konsekvente i funksjon, henholdsvis. Selv om forskjellige vev har spesifikke metylering mønstre [31], dette høye nivået av konsistens tyder på at de har lignende denaturert funksjonelle endringer i forskjellige krefttyper. Våre resultater viste også at genet promoter hypermethylation og hypometylering tendens til å målrette ulike biologiske prosesser knyttet til tumorprogresjon. Hypermethylation spesifikke funksjoner er for det meste knyttet til «utviklingsprosess» og «regulering av biologi prosess», mens hypometylering spesifikke funksjoner er hovedsakelig knyttet til «respons på stimuli» (inkludert «immunrespons», «svar på sopp», «betennelsesreaksjon «),» immunsystemprosessen «og» celledreping «. Disse resultatene tyder på at DNA hypermethylation og hypometylering kan være uavhengige prosesser i karsinogenese [8]. I samsvar med tidligere rapporter om at metylering tilstand av gener som kan modifiseres av miljømessige stimuli [32], våre resultater viste at både hypermethylated og hypomethylated funksjoner er relatert til «respons på stimuli». Nærmere bestemt, resultatene videre avslørt at hypermethylation og hypometylering er assosiert med forskjellige typer av «respons på stimuli». Spesielt hvis en funksjon er betydelig beriket med hypomethylated (eller hypermethylated) gener, betyr det at en betydelig del av gener i denne funksjonen er hypomethylated (eller hypermethylated) i kreft, men det betyr ikke at denne funksjonen ikke kan inkludere et lite antall av hypermethylated (eller hypomethylated) gener. For eksempel i hypometylering-spesifikk funksjon «immunrespons»,
IRF4
, noe som negativt regulerer toll-like-reseptor signalisering som er sentrale for aktivering av medfødte og ervervede immunforsvar [33], ble observert bli hypermethylated i alle fem krefttyper. Vi fant også at «G-proteinkoblet reseptor protein signalveien» ble betydelig beriket med både hypermethylated gener og hypomethylated gener på tvers av alle fem krefttyper. Disse resultater kan skyldes den hypometylering av kjemokinreseptorer og hypermethylation av gener relatert til signaler transduksjon i cellen, som begge kan forstyrre trasé som bidrar til kreftutvikling [34].
Selv om våre resultater viser at gener med arrangøren metylering vekslinger i ulike krefttyper er svært konsekvente i sin funksjon, er kreft en svært heterogen sykdom med hensyn til forskjellige DM gener i ulike pasienter. Selv for de samme krefttype, er unike subtyper preget av distinkte epigenetiske alter [35], [36], [37], som bør også være konsekvent i funksjon. For eksempel fant vi at de fire listene over hypermethylated gener for de fire tykktarmskreft undergrupper (CIMP-H, CIMP-L, klynge 3 og klynge 4) rapportert av Hinoue et al [35] var svært konsekvente i funksjon (figur S1) selv om disse subtypene var forskjellig når det gjelder deres hypermethylated gener [35]. Spesielt for de 117 begrepene konsekvent hypermethylated tvers av ulike krefttyper, fant vi at 115 termer ble konsekvent beriket med hypermethylated gener for alle fire undergrupper (hypergeometriske test,
P
0,05) og de to andre begrepene ble også marginalt signifikant for alle fire undergrupper (hypergeometriske test,
P
0,1). Ulike prøver for en bestemt krefttype kan havnen ulike metylering vekslinger som også kan være konsekvent i funksjon.
For å ekstrapolere funksjonell konsekvens av metylering vekslinger av genet arrangører i kreft genomer, forskere ofte undersøke forholdet mellom genet metylering og genuttrykk. Hypermethylation av gen-promotorer er signifikant korrelert med den nedregulering av genekspresjon, men hypometylering av gen-promotorer er ikke eller er bare svakt korrelert med genet oppregulering [38], [39]. Lignende komplekse sammenhenger ble også observert på funksjonelt nivå. For å eksemplifisere dette, analyserte vi 16 av de 20 parene av prøver for invasiv brystkreft som inneholdt både metylering og uttrykk data. De differensielt uttrykte gener ble valgt ved hjelp av SAM (betydning analyse av microarray) algoritme [40] med en FDR 0,05. Deretter, for de 117 begrepene konsekvent hypermethylated tvers av de fem krefttyper, fant vi at 64 termer ble betydelig beriket med nedregulert gener (hypergeometriske test med en FDR 0,05) og 83 termer ble marginalt beriket med nedregulert gener (hypergeometrisk test med
P
0,1). Men for de 41 begrepene som konsekvent ble hypomethylated tvers av de fem krefttyper, fant vi at ingen ble beriket med oppregulert gener. Motsatt, 10 hypomethylated termer (inkludert «betennelsesreaksjon» og «levkocyttmigrasjonen») ble også beriket med nedregulert gener. En mulig forklaring på dette fenomenet er den hypotese at hypometylering av genet promotorer må samarbeide med andre sentrale aktivatorer slik som passende nivåer av transkripsjonelle faktorer [37], [41] for å kontrollere genekspresjon. For eksempel, som inflammatoriske gener tendens til å bli hypomethylated i inflammatoriske sykdommer [42], [43], [44], kunne vi hypotese at hypometylering av inflammatoriske genet promotorer kan skje i forstadier inflammatoriske forstyrrelser, som sammen med aktiveringen av de sammenkoblede aktivatorer kan indusere hyperaktive av betennelsesreaksjon i forstadier til kreft. Under utviklingen av kreft, kan det hypometylering av inflammatoriske gener arves gjennom celledeling, mens de sammenkoblede aktivatorer kan miste funksjon på grunn av genom ustabilitet indusert av pro-tumorigen mikro [45], [46], [47]. Dermed kunne vi observere disse genene «nedregule coexisting med hypometylering i kreft. For å bevise denne hypotesen, må vi overvåke metylering og uttrykk endringer i progresjon fra forstadier betennelse til kreft, som er en vanskelig oppgave, men fortjener fremtidige studier.
Innsikt i de funksjonelle rollene til DNA metylering endringer i kreft genomer kan bidra til å forbedre epigenetisk terapi av kreft. Foreløpig er de fleste epigenetiske narkotika hypomethylating midler som er rettet mot hypermethylated gener i kreft [48]. Men på grunn promoter hypometylering av gener kan også spille en viktig rolle i karsinogenese, midler målrettet mot hypomethylated gener i kreft kan være nyttig for behandling av kreft. For eksempel, reversering av hypometylering status for urokinase (
uPA
) promoter blokker brystkreft vekst og metastasering [49]. Tatt i betraktning den nære koblingen mellom arrangøren hypometylering og immunitet, epigenetisk terapi og immunterapi kan måtte kombineres for behandling av kreft.
Hjelpemiddel Informasjon
Figur S1.
