Abstract
Tykktarmskreft (CRC) har en av de høyeste forekomst blant alle kreftformer. Flertallet av CRC er sporadisk kreft som oppstår hos personer uten slektshistorier av CRC eller arvet mutasjoner. Dessverre, hel-genom uttrykk studier av sporadiske CRC er begrenset. En fersk studie brukt microarray teknikker for å identifisere en prediktor genet satt veiledende av mottakelighet for tidlig debut CRC. Imidlertid, de molekylære mekanismer av prediktor-genet sett ble ikke fullt ut undersøkt i den tidligere studie. For å forstå de funksjonelle roller prediktor-genet satt, i det foreliggende studiet vi benyttet et subpathway basert statistisk modell for å microarray data fra tidligere studie og identifiserte mekanismer som er rimelig i forbindelse med prediktor-genet settet. Interessant, betydelige subpathways tilhører 2 KEGG baner (brennvidde heft, natural killer celle-mediert cytotoksisitet) ble funnet å være involvert i tidlig debut av CRC pasienter. Vi viste også at de 2 banene var funksjonelt involvert i prediktor-genet satt ved hjelp av en tekst-mining teknikk. Oppføring av en enkelt medlem av prediktor genet sett utløste et samlings vedheft sti, som gir anti-apoptose i tidlig debut av CRC pasienter. Videre intensive inspeksjon av prediktor genet satt i forhold til de 2 banene antydet at noen oppføringer i prediktor genet sett ble innblandet i immunsuppresjon sammen med epitelial-mesenchymale overgang (EMT) i tidlig debut av CRC pasienter. I tillegg har vi sammenlignet med våre subpathway basert statistisk modell med et gen set basert statistisk modell, MIT Gene sett Enrichment Analysis (GSEA). Vår metode viste bedre resultater enn GSEA i den forstand at vår fremgangsmåte var mer i samsvar med en velkjent kreft-relaterte veien set. Dermed blir biologisk forslag generert av vår subpathway basert tilnærming virker ganske rimelig og garanterer en ytterligere eksperimentell studie på tidlig-onset CRC i form av dedifferentiation eller differensiering, som er understreket i EMT og immunsuppresjon
Citation. Nam S, Park T (2012) Pathway basert evaluering i tidlig debut tykktarmskreft Foreslår Focal Heft og Immunsuppresjon sammen med epithelial-Mesenchymale Transition. PLoS ONE 7 (4): e31685. doi: 10,1371 /journal.pone.0031685
Redaktør: Christina Chan, Michigan State University, USA
mottatt: 03.07.2011; Godkjent: 13 januar 2012; Publisert: 09.04.2012
Copyright: © 2012 Nam, Park. 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:. Arbeidet av TP ble støttet av en National Research Foundation of Korea finansiert av Korea regjeringen (MEST) (20080062618). Arbeidet med SN ble støttet av K-10-L05-C01-S13 fra Korea Institute of Science and Technology Information. 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
Familiær adenomatøs polypose (FAP) og arvelig nonpolyposis tykktarmskreft (HNPCC) er autosomal dominant sykdommer som følge av nedarvede genetiske mutasjoner i adenomatøs polypose coli (APC) og mismatch-reparasjonsgener [1]. Men disse sykdommene utgjør bare 25% av det totale antall av kolorektal tilfeller i USA i 2010 [2]. De resterende 75% av kreft er angivelig sporadiske kolorektal kreft (CRC) uten slektshistorier [2] (www.cancer.gov), hvor mekanismen er fortsatt ikke klart [3].
Hong et al. [3] identifisert 7 sterkt oppregulert gener (
CYR61
,
EGR1
,
FOSB
,
FOS
,
VIP
,
UCHL1
,
KRT24
) i tidlig debut sporadisk CRC pasienter som ble brukt som en prediktor gene sett vurderes med en microarray teknikk. For deres eksperimenter ble normale-vises mucosa ved siden av tumoren oppnådd fra CRC pasienter og normale slimhinne ble oppnådd fra friske kontrollpersoner. De har også gitt en diskusjon på signalveier (MAP kinase (MAPK) signal-, NFAT-immune signalering, hypoksi signalering, insulin signalering, PI3K-AKT signalering, Wnt signal, G-protein-koblet reseptor (GPCR) signalering).
i denne studien har vi ytterligere utforsket microarray datasettet for å legge til en potensiell oppstrøms regulator av noen av de som er oppregnet signalveier i tidlig debut av CRC pasienter vurdert i Hong et al. Studien [3]. Spesielt utførte vi avansert statistisk analyse for å forbedre den molekylære forståelse av prediktor genet sett ved hjelp av tekst-mining og vesentlige subpathways knyttet til tidlig debut av CRC tilfeller.
Vår tilnærming innebærer offentlig tekst-mining [4] med en ny statistisk modell som håndterer regulering (f.eks hemming, aktivering) blant biologisk oppføringer, og utfører en permutasjon test for subpathway identifikasjon av en gitt bane. Vi først identifisert statistisk signifikante subpathways knyttet til tidlig debut CRC fra KEGG pathways [5] med modellen, og deretter brukt tekst-mining [4] for å bekrefte litteraturforeninger blant prediktor genet sett og noen representative betydelige subpathways.
Vår foreslåtte modellen tyder på at tidlig debut CRC er involvert i underkomponentene av det sentrale vedheft sti og den naturlige killer (NK) celle-mediert cytotoksisitet veien. NK celle-mediert cytotoksisitet sti særlig hint ved tilstedeværelse av immunceller i de tidlige debut CRC pasienter, noe som innebærer parakrint kommunikasjon mellom immunceller (f.eks, NK-celler, T-celler, NK T-celler) og diverse andre celler [6 ]. I tillegg viser våre resultat at de tidligere rapporterte signalveier (Wnt, PI3K-AKT, MAPK) [3] er sannsynlig kaskade gjennom sin oppstrøms brennvidde heft kinase (FAK), [7] som tilhører det sentrale vedheft veien. Derfor FAK [7], kan være en verdifull terapeutisk mål kandidat for tidlig debut CRC prediktor genet sett diagnose. Videre vårt tekst-mining analyse av de 2 veier sammen med prediktor-genet sett underforstått at enkelte deler av prediktor-genet settet er involvert i celleoverlevelse og epitelial-mesenchymale overgang (EMT) [8], [9], [10] gjennom det sentrale vedheft sti og immunsuppresjon [8], [10], [11].
Resultater
oversikt
de viktigste konseptet av vår statistiske modell var å finne statistisk betydelige subpathways hvis uttrykket (f.eks microarray) avtalt med regulering informasjon (for eksempel aktivering, hemming) (figur 1A) i KEGG veien database. Vår tilnærming er kort beskrevet her.
A. Regler for å matche en fordel av to tilstøtende enheter i KEGG trasé med deres genuttrykk endringer. Gitt en kant, blir genet 1 kalles en kildenode av hvilken kanten går ut, og gen 2 en vask node i hvilken kanten kommer i. B. Skjematisk diagram av den statistiske modell. Gitt en subpathway, ble den lengste segmentet (veldefinert subpathway) fra bladnoden identifisert. En statistikk S for den veldefinerte subpathway ble beregnet. Den null distribusjon av S ble innhentet via 1.000.000 prøve etiketten permutasjoner og p-verdien for den observerte S ble endelig beregnet (se
Materialer og metoder
til informasjon). Røde ovaler er oppregulert i kreftpasienter, og grønne nedregulert.
De ikke-metabolske KEGG trasé ble redusert til lineære subpathways, som beskrevet i
Materialer og metoder
(figur 2). I denne studien er begrepet «lineær subpathway» brukt tilsvarer «subpathway». Vi valgte veldefinerte subpathways hvor genuttrykket avtalt med reguleringen informasjon under bestemte regler (figur 1A) som kandidater for å måle deres statistisk signifikans (se
Materialer og metoder
). En statistikk
S
for hver veldefinert subpathway ble beregnet og dens betydning evaluert ved å beregne den empiriske
p
-verdi via prøven etiketten permutasjoner (Figur 1b).
totalt 90 KEGG trasé ble brutt ned til mer enn 130 millioner omfattende lineære subpathways som anses alle flere genet oppdrag. Blant disse subpathways, ble 4,644 veldefinerte subpathways identifisert og deres betydning evaluert via permutasjon tester. Deretter ble utført tekst-mining forening analyse for de valgte betydelige veldefinerte subpathways; videre diskusjon på sine funksjonelle roller er gitt nedenfor.
Vesentlige veldefinerte subpathways
utført flere sammenligningstester ved å styre den falske funnraten (FDR) [12]. FDR
q
-verdier ble beregnet ved hjelp av
p
-verdier ved å utføre 1 million permutasjon tester (figur S1).
p
-verdi som tilsvarte en FDR på 5% var 0,01386, som ga 1,289 betydelige veldefinerte subpathways. Siden vi har valgt ikke for å gi detaljert biologisk tolkning av alle disse betydelige veldefinerte subpathways, fokuserte vi på undersøkelse av de 30% av disse veldefinerte subpathways å gi en mer detaljert biologisk beskrivelse.
De fleste av de utvalgte subpathways vi drøfter tilhører 6 KEGG baner (Figur S2): Focal heft (KEGG hsa04510), pathways i kreft (KEGG hsa05200), NK celle-mediert cytotoksisitet (KEGG hsa04650), MAPK signalveien (KEGG hsa04010), Wnt signalveien (KEGG hsa04310), og Neutrophin signalveien (KEGG hsa04722). For den funksjonelle diskusjon og visualisering, kartlagt vi funksjonelt interessante veldefinerte subpathways (tabell S1) av 6 KEGG veier inn i KEGG pathway diagrammene (figurene 3 og 4, figurer S3, S4, S5 og S6). Spesielt har vi fokusert på 3 baner (Focal vedheft, NK-celle-mediert cytotoksisitet, Pathways i kreft) som ikke hadde blitt eksplisitt nevnt i forrige Hong et al. studie [3]. Genet oppføringene av veldefinerte subpathways med i funksjons diskusjon og visualisering av de 3 trasé er oppsummert i tabell 1.
Hvis fold-endring av kreftpasientgruppen over friske kontrollgruppen er større enn en genet er rød, ellers grønt. Se tabell 1 og S1 for detaljert informasjon.
Samme beskrivelse som Figur 3.
Validering av den betydelige veldefinert subpathways
Vi validert oppføringene i tabell 1 ved hjelp av en uavhengig MedLine tekst-mining verktøy [4], PubGene. Hensikten med dette var å bekrefte om litteraturen støttet direkte co-forekomster mellom begrepet «kolorektal kreft» og oppføringene i tabell 1. Vi fant at 79% av oppføringene i tabell 1 hadde direkte samhandling i PubGene analysen (tabell S2 ). Dermed konkluderte vi med at våre modellresultater gitt en rimelig avtale med litteraturen undersøkt.
Pathways i kreft (hsa05200)
KEGG pathway hsa05200 (trasé i kreft, figur S3) er selv tydelig. Vekstfaktor signalering, Wnt signalering, og MAPK signalering, som befinner seg i den venstre del av fig S3, ble aktivert i prøvene fra CRC-pasienter. Signalene er felles drivkrefter i løpet av karsinogenese [8], [13]. Tilsynelatende normal slimhinne i CRC pasienter har en iboende potensial for videre transformasjon.
Focal vedheft pathway (hsa04510)
Figur 3 viser det sentrale vedheft veien. Dette resultatet indikerer at den nedre del av veien er sterkt involvert med CRC-pasienter, og FAK (PTK2, tabell 1), er ikke bare en vask node fra dens oppstrøms-reseptorer, men også en kildenode mot dens nedstrøms signale transductions (Wnt, PI3K -AKT /PKB, og MAPK signaler) for å overleve. PTEN (tabell 1) [14.], en tumor suppressor og antagonizer av PI3K-AKT /PKB signalveien, ble nedregulert i fokal adhesjon bane i analysen av CRC pasientprøver, sammenlignet med den til friske kontroller «prøver.
Hong et al. [3] antydet at Wnt signalveien er involvert i CRC-pasienter. Vårt resultat av det sentrale vedheft pathway (figur 3) støtter det syn at GSK-3β (GSK3B, tabell 1) reguleres av PI3K-AKT /PKB signalisering av FAK nedstrøms ble nedregulert i CRC pasienter, og også at β-catenin (CTNNB1 , Tabell 1) ble sterkt uttrykt ved nedregulering av Wnt signal inhibitor GSK-3β i CRC-pasienter. Ved å se nærmere på informasjonen i fig S5, fant vi ut at gen-ekspresjon av forskjellige aktivatorer og inhibitorer i forbindelse med wnt signaleringsaktivering er i overensstemmelse med reguleringen strømmer. En annen vei, MAPK signalering (figur S4) som er oppregulert i CRC-pasienter er også plassert nedstrøms for FAK-(figur 3).
Siden de 3 aktiverte signaler (wnt, PI3K-AKT /PKB, og MAPK signaler ) befinner seg nedstrøms for FAK som hører til fokal adhesjon vei, FAK [7], [15] kan være et terapeutisk mål for tidlig innsettende CRC prediktor-genet sett diagnose. Videre fordi de avgjørende roller Wnt, PI3K-AKT /PKB, og MAPK signale belyse EMT [9], det har blitt gradvis økende betydning plassert på FAK.
Interessant, CYR61, som ble inkludert i den prediktor-genet satt, er et ligand av ITGB5 (αVβ5 integrin, betegnet som ITGB i figur 3), i samsvar med den KEGG BRITE databasen [5]. Figur 3 viser at CYR61 er en av de langt oppstrøms signaler som utløser FAK, noe som tyder på at FAK aktiverer deretter 3 signaler: Wnt, PI3K-AKT /PKB, og MAPK signal. Nylig ble Wnt, PI3K-AKT /PKB og MAPK-signaler er vist å være involvert i EMT [9], og tilsynelatende normal slimhinne i CRC-pasienter kunne gjennomgå fenotypisk transformering av disse 3 signalene via CYR61-FAK akse. Med andre ord, kan enkelte celler i normal-vises mucosa i CRC pasienter være nær atypiske celler ved å benytte EMT. Vi vil beskrive bevis for EMT i form av genuttrykk nivå og utforske alle mulige sammenhengen mellom prediktor genet sett og EMT i
Diskusjon
.
En annen finne relevant for nedstrømsområdet av fokal adhesjon veien er at anti-apoptose protein c-IAP (BIRC3, tabell 1) [16], som er en negativ regulator av kaspaser (f.eks CASP3, CASP8, CASP9), ble også oppregulert i CRC pasienter. Dermed vi videre undersøkt ulike nedstrøms c-tilgangspunkter (mobil hemmer apoptose) i det sentrale vedheft sti, der c-tilgangspunkter sammen med survivin (BIRC5), er også viktige anti-apoptotiske proteiner. Av notatet, har det også blitt vist at c-tilgangspunkter og survivin også hemme nedstrøms caspases av både ytre og indre apoptotiske trasé [16]. Vi har funnet at de fleste c-tilgangspunkter ble oppregulert i CRC-pasienter (tabell 2). Dermed kan fokal adhesjon pathway gi inhibering av kaspase-aktivitet på tumordannelse av potensielle atypiske celler i tilsynelatende normal slimhinne.
NK-celleformidlet cytotoksisitet reaksjonsvei (hsa04650)
statistisk analyse indikerte betydelig overensstemmelse mellom genekspresjon av CRC pasienter, og en del av immunreaksjonsveien (hsa04650, figur 4), noe som impliserer tilstedeværelse av andre immunceller så vel som NK-celler i CRC pasientenes prøver.
FAS i målcellene av NK-celler og dens ligand (FASLG), som er produsert ved hjelp av NK-celler, ble sterkt uttrykt i CRC pasientenes prøver. Høy FASLG uttrykk i CRC pasienter oppfyller tidligere kliniske observasjoner [6], [17] hvor høy FASLG uttrykk ble korrelert med høy forekomst av metastaser og dårlig overlevelse i tykktarmskreft pasienter og i andre karsinom pasienter.
i tilsynelatende normal slimhinne av CRC pasienter kan ulike målceller inkludert potensielt atypiske celler overleve fra FASLG-FAS død reseptor signalisering ved å rømme enten ytre eller indre apoptotisk signalering. Faktisk var de apoptotiske signalene hemmet i CRC pasientene fordi den c-IAP [16] som inhiberte caspaser ble oppregulert i CRC pasienter i form av gen-ekspresjon (tabell 1 og 2). En annen mulighet er at FASLG oppregulering av målceller, inkludert potensielt atypiske celler, kan igangsette brodermord og selvmord blant immuncellene med FAS gunstig for transformasjon av potensielt atypiske celler.
Men eksistensen av høy interferon-gamma ( IFN-γ) uttrykk utskilles av NK-celler eller immunceller i CRC pasienter fortsatt kontroversielt fordi NK-celle cytotoksisitet er tradisjonelt antatt å kontrollere immunosurveillance enn kreft og atypiske celler. Nylig har en signifikant sammenheng mellom anti-tumor immunitet og overlevelse av kreftceller blitt rapportert [6], [18]. Videre er IFN-γ kjent for å være involvert i immunosurveillance mot kreftceller, i flere fenotypiske effekter på somatiske celler (f.eks, cellesyklusprogresjon, proliferasjon, celledifferensiering, transformasjon), og i kreftcellen flukt [11], [18] , [19], [20]. Dermed i
Diskusjoner
beskriver vi andre roller IFN-γ, spesielt i forhold til måten kreftceller eller potensielt atypiske celler i CRC pasienter kunne justere det lokale immunsystemet via immunsuppresjon for å flykte fra immunosurveillance .
Association blant brennvidde heft, NK-celle-mediert cytotoksisitet, og tidlig debut CRC prediktor-genet satt
Som nevnt i teksten over, Hong et al. [3] rapporterte at tidlig debut følsomhet ble tilskrevet oppregulert genet sett kalt «prediktor gen set» i CRC pasienter, som består på
CYR61
,
EGR1
,
FOSB
,
FOS
,
VIP
,
UCHL1
, og
KRT24
. Vi inspisert foreninger blant de genene som er oppført i tabell 1 og prediktor genet satt med tekst-mining verktøy, PubGene [4] (www.pubgene.org) (figur S7). Inngangen i verktøyet bestod av prediktor genet sett, fokale vedheft (FAK, ITGB5), og NK cellemediert cytotoksisitet (INFG, FAS, FASLG). Figur 5 viser en forening nettverk for inngangs gener i CRC. Vi allerede nevnt at β-catenin (CTNNB1, Wnt banen i figur 5) ble regulert av FAK i fokal adhesjon. Den prediktor genet sett, brennvidde heft, og NK celle-mediert cytotoksisitet ble sterkt forbundet med hverandre i CRC.
De tre grønne bokser representerer genet sett (CYR61, FOS, FOSB, UCHL1, VIP, EGR1, KRT24), NK-celle mediert cytotoksisitet (IFNg, FAS, FASLG), og Focal adhesjon (PTK2) fra venstre mot høyre. Alternativene som brukes i nettet er beskrevet i figur S7. De lyseblå fylte bokser representerer Mesh (www.nlm.nih.gov/mesh/~~number=plural) Sykdommer vilkår for genene. Det bemerkes at ITGB5 foreninger ikke vises i PubGene resultat.
Sammenligning av vår metode med Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) av Hong et al. datasett
Vi sammenlignet KEGG trasé som inneholder betydelige veldefinerte subpathways identifisert ved vår metode med de KEGG trasé hentet fra GSEA Java Web Start programmet (standardvalgene med 5000 permutasjoner). I vår metode, signifikansnivået (
p
-verdi) var 0,05 for cutoff av veldefinerte subpathways. Det samme
p
-verdi på 0,05 var brukt til GSEA metoden. Vår metode rapportert 1.966 betydelige veldefinerte subpathways som tilsvarte 78 KEGG veier. Den GSEA program rapportert 2 brede typer betydelige pathway lister: 10 aktiverte trasé og 30 fortrengte trasé i CRC pasienter. Antallet overlappende baner mellom de 2 metoder var 6, som er ikke overraskende når man vurderer forskjellene mellom 2 metoder. Likevel er det interessant at de 2 metoder identifisert 6 vanligste kreftrelatert veier.
For å sammenligne de 78 banene er identifisert av vår metode med de 40 banene identifisert av GSEA, brukte vi kreftrelaterte pathways rapportert av Vogel et al. [13] som en gullstandard. Det vil si, vi inspisert hvilken metode gitt flere veier i samsvar med kreftrelaterte pathways identifisert av Vogel et al. Kreftrelatert trasé fra Vogel et al. Studien ble manuelt kartlagt til sine respektive KEGG trasé fordi KEGG sti identifikatorer som svarer til kreft-relaterte trasé ikke ble nevnt eksplisitt i studien. Vi inspisert da de overlappende trasé mellom Vogelkreftrelaterte KEGG trasé og som var identifisert av 2 metoder. Som vist i Tabell S3, vår metode ga mer konsistente resultater med kreft-relaterte reaksjonsveier er identifisert i Vogelstein et al. enn gjorde GSEA metoden. Ytterligere detaljer om denne delen er beskrevet i vedlegg S1.
Sammenligning mellom veien understellet av Hong et al. datasett og at den andre datasettet
For å finne ut hvor nært veien understellet av Hong datasett lapper med at av en ekstra tykktarms datasett, søkte vi etter en ekstra kolorektal datasett fra Gene Expression Omnibus (GEO). Selv om det er flere datasett for CRC, virker det ingen datasett er tilgjengelige i forbindelse med en sammenlikning av tidlig innsettende pasienter med kolorektal kreft med friske kontroller, som er utført i Hong et al. studere. Heldigvis har vi funnet datasett GSE4183 [21], som sammenligner ulike kolorektal sykdommer (kolorektal kreft, kolorektal adenom, inflammatoriske tarmsykdommer) med normale kontroller i en mer generell innstilling (www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi? acc = GSE4183). Fra GSE4183 datasettet, fikk vi normale, friske kontrollpersoner (
n
= 8) og kolorektal karsinom (
n
= 15). Den GSE4183 datasett ble analysert med vår metode, som avslørte 3,669 veldefinerte subpathways (identifisert fra ~130 millioner subpathways) ved fastsettelse av deres betydning basert på 100.000 prøve permutasjon tester. Videre sammenligning mellom GSE4183 datasettet og datasettet fra Hong et al. (GSE4107) viste at 250 veldefinerte subpathways lappes mellom de 2 datasett. For å finne ut hvor godt disse 2 resultater sammenfalt med hverandre, også utførte vi Fishers eksakte test basert på randomisering modell.
p
-verdi fra den hypergeometriske fordelingen var mindre enn 2.2E-16, noe som tyder på at de 2 resultater sammenfalt godt med hverandre. Dermed konkluderer vi med at våre funn er relevante for Hong sin vei konstruksjonen er godt støttet av våre funn fra andre uavhengige datasett. Ytterligere detaljer om denne delen er beskrevet i vedlegg S1
Diskusjoner
Vår roman analyse antyder følgende resultater:. 1) De undergrupper fra fokus heft, veier i kreft, og NK celle-mediert cytotoksisitet er sterkt involvert tidlig debut av sporadiske CRC pasienter; og 2) overraskende, tekst-mining analyse antydet at molekyl funksjonen av prediktor-genet satt for tidlig innsettende sporadisk CRC er forbundet med fokal adhesjon og NK-celleformidlet cytotoksisitet. I teksten nedenfor diskuterer vi de potensielle molekylære mekanismene for denne foreningen når det gjelder immunsuppresjon og EMT.
Immunsuppresjon
Den nyere litteratur [6], [11], [18], [ ,,,0],19], [22], [23], [24] har satt opp et begrepsapparat der interaksjoner mellom svulst og immunitet er tenkt å bidra til en rekke kreftceller flykte fra immun-raiding ved gjennomgår følgende 3 faser i en lineær eller blandet måte: eliminasjon (immunosurveillance), likevekt (tumor dvalen), og rømme (immunsuppresjon). Spesielt kreftcelle flukt med immunsuppresjon [6], [8], [11], [19], [25], [26] er blitt grundig undersøkt, og 2 typer av immunundertrykkende celler er antatt å ha negativ regulere anti-tumor immun~~POS=TRUNC responsen~~POS=HEADCOMP: regulatoriske T-celler (T
Reg) og myeloide-avledet suppressorceller (MDSCs) [8], [11], [27], [28]. Vi diskuterer under rollene til IFN-γ, andre cytokiner, og prediktor genet sett i forhold til disse 2 typer immunsuppressive celler i tidlig debut av CRC-pasienter.
Det har blitt vist tidligere at IFN-γ kan indusere aktivering og utvidelse av MDSCs i tykktarmskreft [28], og at aktiverte MDSCs ikke bare hemme effektor T-celle aktivitet /spredning, men også indusere immunsuppressive CD4
+ CD25
+ foxp3
+ T
Reg celler fra CD4
+ CD25
– T-celler [6], [11], [28]. T
Reg celler som også uttrykker CTLA-4, PD 1-, og PD-L1 på sine celleoverflater, positivt regulere immundempende cytokiner interleukin (IL) -10 og tumorvekstfaktor-beta (TGF-β), hvilken kan også indusere T
Reg differensiering [6], [11], [29]. Siden T
er Reg celler funnet i tumor infiltrerer lymfocytter (Tīlss) i ulike kreftformer [6], [11.] [29], den tilsynelatende normal slimhinne i CRC pasienter kan ha Tīlss stede med immunsuppressive aktiviteten. ARG1 er også en viktig metabolsk enzym for MDSCs å negativt regulere lymfocytter funksjoner ved å forbruke eller avsette aminosyren arginin som er kritisk for T-celle funksjon. Derfor vi inspisert genuttrykk nivåer av de undersøkte gener (CD4, CD25, foxp3, TGF-beta, IFN-y, IL-10, CTLA-4, PD-1, PD-L1, arg1) i CRC pasienter og bekreftet de var alle oppregulert i kreftpasienter (tabell 3).
å gi genuttrykk nivå bevis for tilstedeværelsen av MDSCs i CRC pasienter, vi inspisert (direkte eller indirekte) flere MDSC overflatemarkører : CD11c (ITGAX), CD11b (ITGAM), CD33, CD34, og CD15 [6]. Av notatet, undersøkte vi FUT4 og FUT9 stedet for CD15 fordi CD15 er ikke et protein, men et antigen syntetisert av FUT4 og FUT9 [30]. Vi fant at alle markørene bortsett FUT4 ble oppregulert i kreftpasienter (tabell 3).
Det er vist tidligere at kreftceller som uttrykker PD-L1 på sin overflate utskille cytokiner immunosuppressive Galectin-1, IL- 6, IL-10 og TGF-β, som kan hemme cytotoksiske CD8
+ T-celler [11]. Videre kan de kreftceller som produserer høyere nivåer av indoleamine 2,3-dioksygenase (IDO) forhindre invasjon av NK-celler og effektor-T-celler ved å tappe tryptofan essensielt for T-cellefunksjonen [6], [11]. I foreliggende studie, bekreftet vi et høyere ekspresjonsnivå av de undersøkte gener (for PD-L1, Galectin-1, IL-6, IL-10, IDO, og TGF-β) på kreftpasienter (tabell 3).
genekspresjonsanalyser vist i Tabell 3 viser at immunsuppressive aktiviteten er sterkt observert i tilsynelatende normal slimhinne. Dette funnet kan gi ytterligere informasjon om en «-feltet change» [31], som refererer til spredning og anti-apoptotiske aktivitet i tilsynelatende normal slimhinne som grenser til svulsten. Med andre ord, kan anti-apoptose av feltet endring også dra nytte av immunsuppresjon ved å rømme immun-raid.
For å se nærmere for funksjonell avgrensning av prediktor genet satt i form av immunsuppresjon, matet vi prediktor genet satt inn i PubGene [4] med mesh (www.nlm.nih.gov/mesh) begrepet «immunsuppresjon» (descriptor ID: D007165). Resultatet (data ikke vist) oppnådd på tidspunktet for manuskriptet forberedelser indikerte at 4 gener (
EGR1
,
FOS
,
UCHL1
, og
VIP
) har en tilknytning til immunsuppresjon i henhold til litteraturen. Basert på en gjennomgang av Ganea et al., Som ble foreslått av PubGene, VIP (en velkjent immunoregulatory nevropeptid) hemmer utskillelsen av proinflammatoriske cytokiner og induserer T
Reg celler [32]. Andre nyere studier støtter også immundempende roller VIP [33], [34] fordi VIP avlaster kollagenindusert artritt og sarkoidose ved å fremkalle CD4
+ CD25
+ foxp3
+ T
Reg celler fra CD4
+ CD25
– T-celler. VIP er også involvert i immun privilegier i øyet ved å hemme T-lymfocytter aktivering og spredning [35]. Dermed kan høy VIP uttrykk i CRC pasienter finne en annen stor immunoregulatory cytokin i våre analyser.
EMT
Vi inspisert også uttrykket nivået av EMT-relaterte gener [9], [36], inkludert matrise proteaser, invasjon molekyler, epitel /mesenchymale markører, og E-cadherin repressors. Vi fant at de fleste av dem ble oppregulert i kreftpasienter (tabell 4). Derfor EMT [9] prosessen kan finne sted i kreftpasienter, i det minste i form av genekspresjon. Dette funnet er uventet i at atypiske eller forstadier celler kan eksistere selv i normal vises slimhinnen etter celle morfologi endringer (f.eks EMT).
Å utforske mulige roller prediktor genet sett, vi inngangs den prediktor genet satt inn PubGene [4] med meSH begrepet «epithelial-Mesenchymale Transition» (descriptor-ID: D058750). På tidspunktet for manuskriptet forberedelser, 3 gener (
EGR1
,
FOS
,
CYR61
) ut av prediktor genet satt ble funnet i litteraturen å ha en forening med EMT.
i særdeleshet, betalte vi oppmerksomhet til genet
CYR61
fordi CYR61 er en ligand som kan utløse en brennvidde heft sti. Monnier et al. [37] viste at CYR61-αVβ5 inte-indusert metastaser var involvert i svulsten sengen effekt etter strålebehandling ved å benytte HCT116 CRC celle derivater i hypoksiske forhold. Andre nylige studier på CYR61-drevet utvikling av celle motilitet i pankreatisk duktus adenokarsinom og i mage-epitelceller [38], [39] angir at CYR61 er en av de viktigste molekyler for EMT som kan konferere metastatisk evne og cellemotilitet til en primærtumor . Dermed kan CYR61 være en av de drivende molekyler for å styrke EMT-relaterte pathways (Wnt og PI3K /AKT signaler) [9.], [40] i tidlig debut av CRC pasienter via CYR61-FAK aksen (figur 3).
Et annet interessant funn vi har gjort ved å undersøke forholdet mellom EMT og prediktor genet sett var VIP, som nylig ble rapportert å indusere EMT ved stimulering av matrix proteaser matriksmetalloproteinase (MMP) -2 og MMP-9 i prostata tumorigenesis [41]. Vi fant at genuttrykk av disse 2 proteaser faktisk ble oppregulert i kreftpasienter (Tabell 4).
Cytokiner vanlig er involvert i både EMT og immunsuppresjon
Fordi vi fant VIP er et cytokin involvert i både EMT og immunsuppresjon, tilsier våre funn parakrint signalering mellom immunceller og ulike målceller er involvert i begge prosessene. Vi har også funnet en ytterligere cytokin som er involvert i de 2 prosesser, ved at immunosuppressiv TGF-β (TGFB1; tabell S5) [22], [29], [36], [42] er et velkjent EMT induser [9], [43]. Faktisk har vi funnet at flertallet av TGF-B og deres reseptorer ble oppregulert i CRC-pasienter.
Konklusjon
Vår genekspresjon dataanalyse tyder på at minst 2 oppføringer (
VIP
,
CYR61
) av prediktor-genet er funksjonelt sett involvert i fenotypisk EMT induksjon av fokal adhesjon nedstrøms (Wnt, PI3K /AKT, MAPK) og immunsuppresjon (figur 6).
