Abstract
Kreft er preget av avvikende mønstre av uttrykket av flere gener. Disse større endringer i genekspresjon antas å skyldes ikke bare genetiske men også epigenetiske endringer. De epigenetiske endringene er formidlet gjennom kjemiske modifikasjoner, inkludert histonmodifikasjonene. Det er imidlertid uklart hvorvidt binding av histon-modifiserende proteiner til genomiske regioner og plassering av histonmodifikasjonene diskriminerer tilsvarende gener fra resten av genene i det humane genom effektivt. Vi utførte genuttrykk analyse av histone demethylases (HDMS) og histone metyltransferaser (HMTs), deres mål gener og gener med relevante histonmodifikasjonene i normale og tumorvev. Overraskende, denne analysen avslørte eksistensen av korrelasjoner i uttrykket nivåer av forskjellige HDMS og HMTs. Den observerte
HDM Twitter /
HMT
genekspresjon signatur var spesifikke for bestemte normal og kreft celletyper og høyt korrelert med target genekspresjon og uttrykket av gener med histonmodifikasjonene. Spesielt, observerte vi at trimethylation på lysin 4 og lysin 27 separerte fortrinnsvis uttrykt og underexpressed gener, som var påfallende forskjellig i kreftceller sammenlignet med normale celler. Vi konkluderer med at endringene i koordinert regulering av enzymer som utfører histonmodifikasjonene kan ligge til grunn for globale epigenetiske endringer som skjer i kreft
Citation:. Islam ABMMK, Richter WF, Jacobs LA, Lopez-Bigas N, Benevolenskaya EV (2011) Samlokalisering regulering av Histone modifiserende enzymer i Cancer. PLoS ONE 6 (8): e24023. doi: 10,1371 /journal.pone.0024023
Redaktør: Mikhail V. Blagosklonny, Roswell Park Cancer Institute, USA
mottatt: 27 juni 2011; Godkjent: 28 juli 2011; Publisert: 23 august 2011
Copyright: © 2011 Islam 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 prosjektet ble finansiert av R01CA138631 (EVB) og stipend nummer 115347-RSG-08-271-01-GMC fra American Cancer Society (EVB). N.L.-B. erkjenner midler fra det spanske departementet for vitenskap og utdanning, stipend nummer SAF2009-06954. A.B.M.M.K.I. er støttet av et fellesskap fra AGAUR av den katalanske regjeringen, Spania. 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
genomet til enhver flercellet organisme inneholder tusenvis av gener; imidlertid, er bare en forholdsvis liten andel av disse genene er uttrykt i en bestemt celletype. En del av de kritiske funksjonelle egenskaper mellom aktive og fortrengte tilstander av genuttrykk knyttet til proteiner som binder seg til og endre histone lysinresidier. Histon lysin metylering forekommer hovedsakelig i løpet av de amino-terminale hale av histoner H3 og H4, i et mono- (me1), di- (Me2) eller trimethylation (ME3) tilstand, og er assosiert med en distinkt transkripsjonen resultat. Disse forskjellige metylerte rester er bundet av flere «Reader» proteiner, som i sin tur interagerer med transkripsjonelle aktivatorer eller repressorer. H3K4me2 /3, H3K36me1 /3, H3K79me1 /2 og H4K20me1 er forbundet med transkripsjonen aktivering, mens H3K9me2 /3, H3K27me2 /3, er H3K79me3 og H4K20me3 forbundet med transkripsjonen undertrykkelse. Med den nylige oppdagelsen av histone demethylases, er modifikasjon av histon lysinresidier nå sett på som en mer dynamisk prosess enn tidligere antatt. Flere studier har vist at histone modifiserende enzymer målrette bestemte gener, noen som deltar i bestemte biologiske prosesser og veier. Det er fortsatt under debatt om målene for en histon-modifiserende enzym oppnå regulering som en enkelt modul, slik koordinert endring i uttrykk i ulike biologiske prosesser, herunder syke tilstander, eller representerer en blanding av forskjellig uttrykt gener.
Histone demethylases er representert ved et par Flavin-avhengige aminoksydaser og α-ketoglutarat-Fe (II) -avhengige dioxygenases som inngår i en stor superfamilie av de JmjC domeneproteiner (Tabell S1). Histone metylering er også oppnås ved flere enzymer, og i de fleste tilfeller innebærer en katalytisk SET domene (tabell S1) knyttet til gjær Set1 og
Drosophila
Trithorax. Den samme endringen kan utføres av flere enzymer, som i de fleste tilfeller er medlemmer av det samme proteinet familie, noe som tyder funksjonell spesialisering gjennom differensial uttrykk mønstre. Histone demethylases fjerne metylgrupper fra histone H3K4 er kodet av to autosomal gener,
KDM5A /JARID1A /RBP2 Hotell og
KDM5B /JARID1B /PLU1
, og to gener som ligger på kjønnskromosomene,
KDM5C Hotell og
KDM5D
, og økende bevis støtter individuelle og nonredundant roller i denne familien [1]. Derfor er det tenkelig at den samlede epigenetisk landskapet er avhengig av den romlige og tidsmessige fordeling av tilsvarende HDM og HMT enzymer. KDM5A er direkte bundet til H3K4me3 in vivo [2]. Til tross for den undertrykkende demetylase aktivitet knyttet KDM5A funksjon i demetylering på histon H3K4, spiller det en rolle i både transkripsjonen undertrykkelse og aktivering [3]. KDM5A inneholder ikke bare en enzymatisk domene, men også en svært spesifikk H3K4me3 leseren domene [4], som uten tvil kunne påvirke andre modifikasjoner i nærheten enten samarbeide eller antagonistisk. I samsvar med disse observasjonene, vår ChIP-on-chip analyse viste at KDM5A binding til genomisk loci svært korrelerer med transcriptionally aktive arrangører som inneholder H3K4me3 og andre endringer i forbindelse med transcriptional aktivering, for eksempel H3K36me3, H3K79me2 og acetylering på H3K9 og K14, men ikke H3K27me3 [5]. Tatt i betraktning de ulike funksjonene som er identifisert for familier av enzymer som KDM5, vil det være av særlig interesse for å forstå deres bidrag til histon H3K4 metylering i promoter og celletype avhengig måte.
Genomisk analyser i
Drosophila
og pattedyr viste at Trithorax gruppe (TrxG) gener motvirke regulering av Polycomb gruppe (PCG) gener for å lage et repertoar av alternative tilstander av genuttrykk. Samle bevis har vist at rekruttering av HMTs eller HDMS av motstridende aktivitet til de samme genomiske regioner ligger til grunn for viktige utviklings beslutninger. Spesielt HMTs MLL1 og EZH2 er komponenter av Trithorax og Polycomb komplekser, henholdsvis som spiller en viktig rolle i reguleringen av utviklings gener i både
Drosophila Hotell og virveldyr. Basert på forbedring av fenotype av trxG mutasjoner og undertrykkelse av fenotype av PCG mutasjoner,
KDM5A
ortolog i Drosophila, genet
lokket
tilhører trxG gruppen genet [6]. Effekten av mutasjoner i GF og TrxG gener i
Drosophila
førte til paradigmatiske visning homeotiske tran (
HOX
) genregulering. I vertebrater,
HOX
gener er også følsomme for tap av H3K4 spesifikke HMT MLL1 eller HDM KDM5A, og H3K27-spesifikke HMT EZH2 [4], [7], [8], [9], [ ,,,0],10]. Som i
Drosophila
, sletting av MLL1 SET domenet i mus resulterer i en homeotiske tran fenotype [11]. Viktigere er rearrangements av
MLL1
genet hos mennesker involvert i patogenesen av en rekke aggressive human leukemi. Den disregulation av
HOX
gener ved MLL1 fusjonsproteiner ser ut til å spille en sentral rolle i denne transformasjonen [9]. Etter klarlegging av den rollen MLL trans i patogenesen av leukemi kom oppdagelsen av en KDM5A leukemi onkogene lesjon, som resulterer i dereguleringen av
HOX Hotell og andre avstamning-spesifikke gener [4]. Med tanke på kravet til riktig nivå av ekspresjon for hver av disse enzymer involvert i HOX genregulering, er det tenkelig at hver tilstand er et resultat av en kombinert aktivitet av histon modifiserende enzymer. En fersk studie antydet at dette forklarer dynamikken i hver stat, når du bytter til en annen stat er avhengig av de relative nivåer av PCG, TrxG og aktivatorer i
cis
-regions av locus [12]. Spesielt differensiering av stamceller innebærer oppløsning av den rustet tilstand av «pluripotency gener» og avstamning-spesifikke gener gjennom en forandring i balansen av GF og TrxG komplekser. Disse genene ble funnet å bli beriket for toverdige H3K4me3 og H3K27me3 merker. I kontrast, kan cellene gjenvinne stamcelleegenskaper gjennom reaktivering av pluripotency gener og undertrykkelse av avstamning-spesifikke program, som ble assosiert med oppløsning på bivalent merke til den tilsvarende univalent mark. Evnen til cellene til å opprettholde klar, undertrykt eller fullt aktive tilstander av disse genene [12] er avgjørende for progresjon til en cancerous tilstand. Det er blitt antatt at den underliggende disse hendelsene er en endring i den TrxG /GF balansen til fordel for en spesiell kompleks [13].
Det er noe overraskende at til tross for den store mengden av nylig genererte gen-ekspresjon data i normale eller tumorvev, var det ingen uttrykk studier av målene for histone modifisering enzymer på globalt nivå. Ved hjelp av representative, internt konsistent uttrykk datasett fra en rekke vanlige og tumorvev og fra cellelinjer, har vi identifisert celletyper og svulster hvor genene som koder HDMS og HMTs er tydelig uttrykt og underexpressed. Tidligere studier har vist avhengighet av ekspresjon av bestemte HDM /HMT målgener på nivået av en HDM eller HMT. Her analyserte vi stort sett med epigenetiske regulerte gener, inkludert et sett med direkte mål for KDM5A, et sett med direkte mål for EZH2, og sett av H3K4 og H3K27 trimetylert gener. Påfallende, vår analyse viste at hele settet av gener kan sterkt korrelert i uttrykk med nivået av genekspresjon av det tilsvarende enzym. I samsvar med motstridende aktiviteter TrxG og PCG proteiner, denne analysen avslørte anti-korrelasjon i uttrykket av KDM5A og EZH2 mål, og av gener preget av relevante histonmodifikasjonene. Denne studien aktivert identifisering av settene med co-regulert
HDMS Hotell og
HMTs
, bestående av en
HDM Twitter /
HMT
genuttrykk signatur. Korrelasjonene at vi observert i normale vev var forskjellig fra korrelasjoner som er identifisert i kreftceller. Vurderer flere endringer i HDM og HMT gener i kreftceller, virker det som å bruke denne tilnærmingen kan gi nye funksjonelle forbindelser mellom histone modifiserende enzymer, som kan være nyttig i å utforme en kombinasjon kreftbehandling.
Resultater
Korrelasjoner i uttrykket av HDMS, HMTs, sine mål og gener med histon H3K4 og H3K27 metylering
De mest studerte merker for aktive og undertrykt kromatin er på histon H3 metylert ved K4 og K27, henholdsvis. KDM5A lapper betydelig med H3K4me3 merker på regionene rundt transkripsjon starte nettsteder, og EZH2 binder hele H3K27me3 regioner [14]. Vi har tidligere vist at i overensstemmelse med tilstedeværelsen av H3K4me3 merke i de genene okkupert av KDM5A i U937-celler, disse regionene var meget transkripsjonelt aktive i U937-celler [5]. Vi har også beskrevet, ved hjelp av
z
-score analyse, fortrinnsrett uttrykk for dette settet med KDM5A mål i menneskelig vev [5]. Dette antydet at KDM5A målgener danne en modul preget av høyere uttrykk og tilstedeværelse av H3K4me3. Selv om det er generelt antatt at begge funksjonene er avhengig av tilstedeværelse av enzymer involvert i H3K4 metylering har korrelasjonen mellom nivået av ekspresjon av denne modul, og enzymet i de samme cellene ikke blitt vist.
Gitt den differensielle ekspresjonen av KDM5A modul i spesielle vev, undersøkte vi om
KDM5A
er også forskjellig uttrykt i samme vev. Faktisk analyse av
KDM5A
normaliserte uttrykk data fra kompendiet av menneskelige vevsprøver i GeneAtlas (BioGPS database) viste at
KDM5A
er sterkt uttrykt i celler avledet fra benmarg og perifert blod, hvor sine mål gener er fortrinnsvis uttrykt (
z
-score 1,96) (figur 1A og B, tabell S2 og Tabell S3). Ved hjelp av Pearsons korrelasjonskoeffisient (PCC) for å beskrive sammenhengen i uttrykket av KDM5A modul med nivået på
KDM5A
, fant vi at korrelasjonen var svært viktig i alle vev (PCC = 0,65 i figur 1C og tabell S4) .
(A) De absolutte (log
2) uttrykk verdier av H3K4 spesifikke HDM KDM5A og H3K4 spesifikke HMTs i 73 forskjellige normale menneskelige vev (BioGPS database) er avgrenset i et fargekodet heatmap, hvor rødt indikerer høyere uttrykk av et gen og grønn indikerer lavere uttrykk. Uttrykket verdier og prøve merknad er presentert i Tabell S2. Flere gener, inkludert
KDM5A Hotell og
MLL1
, viser høyere uttrykk i et lite sett med celletyper. (B)
Z
-score verdier for fortrinnsrett uttrykk og underexpression av målgener av KDM5A (U937 celler), EZH2 (ES-celler) og gener viser H3K4me3 eller H3K27me3 (MCF-7 celler).
Z
-score verdier er avgrenset i en annen farget heatmap, hvor rødt betyr overekspresjon av mål og blå betyr underexpression av mål; grå indikerer ingen signifikant forskjell fra forventet verdi. (C) Pearson korrelasjonskoeffisient (PCC) av ekspresjonsnivået av
KDM5A
,
EZH2
og av genet moduler i (B). Uttrykk for KDM5A modul og H3K4me3 modul korrelerer med uttrykk av
KDM5A
genet. Påfallende, viser uttrykk for begge modulene negativ korrelasjon med uttrykk for EZH2 modul og H3K27me3 modul. (D) PCC av ekspresjonsprofilen av hvilket som helst par av gener i (A). En høy korrelasjon vises mellom
KDM5A Hotell og
MLL1
genekspresjon, noe som kan forklare den generelle korrelasjon av
KDM5A Hotell og sine mål i (C). Grunnfondsbevis verdier er avbildet i en fargekodet heatmap ved hjelp av en standard 1 baser skala, hvor magenta (1) viser høyere positiv korrelasjon og grønt (-1) viser høyere anti-sammenheng. Grunnfondsbevis verdier for (C) og (D) er gitt i tabell S4 og S5.
Et interessant spørsmål er å sammenligne uttrykk for målene for en HDM /HMT med generelle uttrykket av gener med relevant histone modifisering. Gitt den direkte binding av KDM5A til H3K4me3 [2], analyserte vi uttrykket av gener som viser H3K4me3 og sammenlignet det til uttrykk av KDM5A mål. Tidligere har vi vist at dersom vi tar i vår analyse diffus histiocytisk lymfom U937-celler eller U937-celler differensiert i monocytter og makrofager, til tross for forskjellige sett med KDM5A mål, viser analysen deres preferanse uttrykk i det samme sett av vev [5]. Derfor, i de påfølgende analyser vi bevisst brukt gene mål oppnådd fra forskjellige cellelinjer. Vi fortsatte å bruke KDM5A datasett fra U937 celler, men brukes H3K4me3 datasett fra bryst adenokarsinom MCF7 celler [15]. Ved hjelp av disse datasettene, fant vi at vev med overekspresjon av
KDM5A Hotell og KDM5A målgener vise også fortrinnsrett uttrykket av gener som viser H3K4me3. Sammenligning over GeneAtlas vev viste at gener med H3K4me3 ble fortrinnsvis uttrykt i samme vev der KDM5A målgener ble overuttrykt (PCC = 0,74), noe som tyder på at overekspresjon av KDM5A målgener skyldes H3K4 metylering.
som H3K4 HMTs kan direkte påvirke uttrykket av målene i HDM KDM5A, vi spurte om vi kunne identifisere en H3K4 HMT hvis nivå korrelert med
KDM5A
uttrykk nivå, og kan forklare høyere uttrykk av H3K4me3 modul i GeneAtlas. Vi observerte relativt ensartet uttrykk for
MLL2
,
MLL3
,
SET1B Hotell og
SET7
tvers av ulike vevsprøver (figur 1A og tabell S2). I kontrast,
MLL1
,
SET1A
,
PRDM9 Hotell og
SMYD3
demonstrert svært vevsspesifikke mønstre av uttrykk.
SMYD3
vises fremtredende uttrykk i det sentrale nervesystemet. Det var høyere uttrykk for
MLL1
i hematopoetiske celler, spesielt i CD4
+ og CD8
+ T-celler, viser fortrinnsrett uttrykk for H3K4me3 modul. I samsvar med disse observasjonene, mus CD4
+ CD8
+ T-celler er kjent for å uttrykke
MLL1
genet [16] og H3K4 metylering korrelerer sterkt med genaktivering i CD4
+ T celler [17]. Ved hjelp av PCC å beskrive sammenhengen i uttrykket nivå i ulike genpar, fant vi at
KDM5A Hotell og
MLL1
vises høy korrelasjon av uttrykk for (PCC = 0,58 i Figur 1D og tabell S5). Så vel som i blodceller,
MLL1
og
KDM5A
viser høye ekspresjonsnivåer i pinealkjertelen, og dette korrelert med høyere ekspresjon av H3K4me3 modul. Pinealkjertelen etablerer en døgnrytme for sirkulerende hormonet melatonin. Flere histonmodifikasjonene forbundet med aktivert transkripsjons har vist seg å oscillere i pinealkjertelen [18].
MLL1 Hotell og
KDM5A
kan bidra til forskjells transkripsjon i pinealkjertelen, som kan være så høyt som 100 ganger, gjennom svinging av H3K4me3. Disse dataene antyder at flere H3K4 HMTs utstillingen svært vevsspesifikke mønstre av uttrykk. Det er et konsistent mønster av vev-spesifisitet i uttrykket av MLL1 og KDM5A, to histon-modifiserende enzymer som er involvert i leukemi. Deres nivåer kan justere for å oppfylle kravene i H3K4-mediert prosesser.
Resultatet ovenfor var forenlig med en betydelig overlapping mellom KDM5A mål og H3K4me3 regioner i flere cellelinjer [14]. For å undersøke om det samme gjelder for målene for andre histone modifisering enzymer, analyserte vi uttrykket av gener med H3K27me3 fra samme studie i MCF7 celler og EZH2 målgener fastsatt i ES-celler [19]. Igjen fant vi høy korrelasjon i nivået av ekspresjon av begge moduler (figur 1B og 1C). Unexpectingly, i samme vev der KDM5A målene ble fortrinnsvis uttrykt, de EZH2 målene ble betydelig underexpressed (PCC = -0,68 i figur 1C og tabell S4), som sterkt korrelert med underexpression av gener viser H3K27 metylering (PCC = -0,82). Målgener fastsatt for EZH2 ble underexpressed i celler avledet fra benmarg og perifert blod (
z
-score -1,96) (figur 1B). Påfallende, i differensierte vev som hjerne genuttrykket statene var det motsatte, med overekspresjon av EZH2 modul og underexpression av KDM5A modulen. Imidlertid er anti-korrelerende oppførsel mellom nivået av ekspresjon av begge modulene forble i alle vev. Disse data tyder på at det foreligger en intim crosstalk i å etablere uttrykk nivåer av KDM5A modul og EZH2 modul. Dette er en viktig observasjon som tyder på at epigenetisk landskapet kan beskrives som en enkel kombinasjon av moduler avhengig HDM /HMT uttrykk.
HDM Hotell og
HMT
vev-spesifikke uttrykk profiler
i
JmjC
gener, 12 genfamiliene kan defineres på grunnlag av fylogenetisk informasjon og generelle domene struktur [20]. Mange av disse familiene har opplevd fødsel og død evolusjon, inkludert duplisering i en avstamning og tap i en annen avstamning.
KDM5
underfamilien, der ulike genet medlemmer har høyt spesialiserte funksjoner, dukket opp fra genet duplisering hendelser etter divergens av virveldyr fra insekter. Faktisk forskjellig
KDM5
familie gener vise vev-spesifikke uttrykk, gjenspeiles ikke bare i sex-spesifikke uttrykk, men også i autosomal uttrykk (Figur 2A). I tillegg kan noen vev avhenger mindre av histon demethylases enn andre vev, og metylering kan i stedet fjernes ved andre mekanismer. For å løse dette, spurte vi om det var vev uttrykker
HMTs
med en undetectable eller lavt nivå av
HDMS
. Vi fant at prostata var relativt mangelfull i
HDMS
mens viser relativ høyere uttrykk av
HMTs plakater (Figur 2A). En økning i HMT aktivitet kan potensielt føre til histon hypermethylation i prostata karsinom pasienter. I motsetning til dette foretrukket uttrykk for
HDMS
ble observert i det hematopoetiske system, mens
HMTs
ble sterkt uttrykt i leveren. Overraskende, hjernen var relativt mangelfull i både
HDMS Hotell og
HMTs
. For å finne ut om den
HDM /HMT
uttrykk mønster forblir den samme under neeoplastic transformasjon, som første trinn utførte vi tilsvarende analyse av kreft cellelinjer fra GSK datasett. Uttrykket mønsteret drastisk forskjellig i cancercellelinjer sammenlignet med celler fra normalt vev (figur 2A og 2B). Mens
HDMS
ble generelt underexpressed i prostata og hjernen vev av friske individer (figur 2A), bestemte HDMS ble funnet å være overuttrykt i prostata og hjernekreft avledet celler (figur 2B).
(A) uttrykk for
HDM
s og
HMT
s i normale menneskelige vev. Gene-normalisert uttrykk verdier (log
2) av 26 HDMS og 11 HMTs presenteres for elleve vev (BioGPS database). (B) Uttrykk for
HDM
s og
HMT
s kreftcellelinjer. Gene-normalisert (log
2) uttrykk verdier ble generert for elleve cellelinjer fra GSK datasett. Expression nivå for hvert gen ble beskrevet i form av fortrinnsrett uttrykk og underexpression, som viste relativt høyere uttrykk av flere
HDM Hotell og
HMT
gener i kreftceller sammenlignet med normale celler.
Kreft typespesifikke genuttrykk endringer i HDMS /HMTs og deres mål
Basert på analysen ovenfor, hypoteser vi at koordinert regulering underliggende funksjonelle interaksjoner mellom samarbeidende og motstridende HDM og HMT aktiviteter er avgjørende for svulster samt for normalt vev, men som i tumorer ville vi påvise forskjellige sammenhenger i genekspresjon. For å teste denne hypotesen, brukte vi GSK datasettet, den største samlingen av genuttrykk data tilgjengelig for kreftcellelinjer. Dette settet av 264 sampler omfatter for det meste hematopoetiske og lungecancercellelinjer utvunnet, og varierende antall cellelinjer fra 16 andre vev (tabell S6). Vi utførte unsupervised hierarkisk clustering av prøver for å identifisere en
HDM
genuttrykk signatur i kreft. Denne analysen viste tre store grupper (figur 3A). Overraskende, når cellelinjene ble arrangert i henhold til
HMT
uttrykk, det viste en lignende gruppering (data ikke vist), noe som tyder på at uttrykk for
HDMS Hotell og
HMTs
er avhengige av hverandre. Vi fant at prøvene innenfor hver klynge stammer fra bestemte kreftformer; de lungekreftcellelinjer ble funnet i alle de tre store klynger, men ble begrenset til subclusters. Hoved cluster 1 (i rød eske området) viste relativt høy uttrykk og består blodkreft cellelinjer. Cluster 2 (i det blå området eske) ble dannet av hud, bukspyttkjertel og bein-cellelinjer, som viste relativt lav ekspresjon. Klynge 3 (i det gule området eske) viste mellomliggende uttrykk, med bryst, tykktarm og sentralnervøse system cancercellelinjer som danner denne gruppe.
(A) Unsupervised hierarkisk gruppering av 264 forskjellige kreftcellelinjer av 18 vevstyper (GSK database) for uttrykket av
HDM
s (venstre panel) viser tre store klynger. Logg
2 normalisert genuttrykk er representert med et fargekodet heatmap. Rødt indikerer relativ høyere uttrykk og grønn indikerer relativt lavere uttrykk fra genets gjennomsnittet av alle cellelinjer. Kolonner representerer gener og rader representerer prøver. Den normaliserte uttrykk for forskjellig
HMT
s er presentert i panelet til høyre. Legenden og skalaen er som i figur 2. (B) PCC av uttrykket nivået av
KDM5A
,
EZH2 Hotell og av genet moduler i (C) i klyngen 1. grunnfondsbevis verdier er avbildet som i figur 1. (C) Enrichment analyse, ved hjelp av
z
-score statistikk, av ekspresjonsnivået av genet vist moduler som i figur 1 (B). Den fullstendige listen over
z
-score verdier for hver prøve og genet er gitt i tabell S7. I dette datasettet, prøvene fra samme tumor type gruppert sammen på grunnlag av enten HDMS, HMTs eller deres mål genuttrykk.
Flere linjer av bevis støtte nøyaktigheten av avslørt
HDM /HMT
genekspresjonssignaturer. I samsvar med deregulering av KDM5A i leukemi [4], ble dette genet prevalently uttrykt i klynge 1 og
KDM5A
overekspresjon sett i lungekreftcellelinjer kan skyldes deres CD133-positive tegn [21]. Uttrykk for
KDM5A
homolog
PLU1 /KDM5B
var derimot svært forskjellig fra
KDM5A
uttrykk.
KDM5B
var fraværende fra klynge 1 og var veldig sterkt uttrykt i brystkreft cellelinjer i klynge 3. Tidligere studier viste
KDM5B
overekspresjon i avansert brystkreft, og brystkreft cellelinjer [22]. I samsvar med oppregulering av EZH2 i aggressive kreftformer [23], clustering avslørte høy uttrykk for
EZH2
i klynge 1, som inneholdt prøver fra svært aggressive blod og lunge kreft.
Fordi HDM og HMT vises kreft-spesifikke genuttrykk signatur, spurte vi om sammenhenger i sitt mål genekspresjon eller i uttrykket av gener som er merket med histone metylering er tapt i kreftprøver. Vi kjøpte uttrykk data for KDM5A mål og EZH2 mål fra GSK datasett og anvendt
z
-score analyse for å studere betydningen av deres samlede opp- eller nedregulering i ulike kreftcellelinjer prøver. Vi fant ut at i likhet med normale celler, er EZH2 målene sterkt partisk mot lignende uttrykk med H3K27me3 modul (PCC = 0,86), mens KDM5A modulen vises anti-samsvarende adferd til uttrykk av EZH2 modul (PCC = -0,67) og H3K27me3 modul ( PCC = -0,73) (figur 3B). Prøver med høyest
z
-score verdier for KDM5A modul og med lavest
z
-score verdier for EZH2 modul ble funnet i leukemi prøver av cluster 1 (figur 3A og tabell S7), som var i overensstemmelse med høy ekspresjon av disse modulene i normale blodcelletyper (figur 1B). Men i motsetning til normale vev, det var ingen tendens til at H3K4me3 modulen som skal overuttrykt i de samme kreftprøvene som KDM5A modulen (PCC = 0,07) (figur 3B, 3C og Tabell S8). Enda mer slående forskjeller ble vist i klynge 2, hvor de fleste av
HDMS Hotell og
HMTs
ble uttrykt lavere. I cluster 2, var det ingen signifikante sammenhenger i uttrykket av noen av de fire moduler (Figur 3C). Derfor kreftspesifikk
HDM Twitter /
HMT
genuttrykk signatur er sannsynlig å diktere globale endringer i histone metylering påvirker målet genuttrykk.
Som GSK prøver fra samme tumortyper gruppert sammen på grunnlag av enten
HDMS
eller
HMTs
genekspresjon, vi spurte om vi kunne avdekke eventuelle tilfeller av
HDM Hotell og /eller
HMT
co-regulering i kreft hos mennesker. Vi beregnet parvise foreninger blant
HDMS Hotell og
HMTs plakater (tabell S9), slik at identifisering og visualisering av «berikelse» av koblede par (figur 4). Vi har vist en høy korrelasjon mellom
KDM5A Hotell og
MLL1
genekspresjon, noe som kan forklare den generelle korrelasjon i uttrykket av
KDM5A Hotell og sine mål (figur 1) . Men i kreftceller har vi ikke kunnet påvise sammenheng mellom
KDM5A Hotell og
MLL1
uttrykk, selv når bare blodkreft cellelinjer ble vurdert (PCC = -0,03). De høyeste PCC verdier, inkludert anti-korrelasjon mellom
PKDM10B Hotell og
MLL1 plakater (PCC = -0,62), og sammenhengen i
KDM5B Anmeldelser –
ASH1
(PCC = 0,82) og
KDM2A Anmeldelser –
MLL1 plakater (PCC = 0,74) parene, ble avslørt i tykktarm kreft cellelinjer. Vi fant en negativ korrelasjon på
EZH2 Hotell og
MLL1
uttrykk (PCC = -0,56) i tykktarmskreft og positiv korrelasjon av
EZH2 Hotell og
KDM1A
uttrykk (PCC = 0,65) i lungekreft, noe som tyder på samarbeid mellom H3K27 metylering og H3K4 demetylering. I mange tilfeller ble de avslørt foreninger gruppert etter protein familier. For eksempel uttrykk for
PKDM10A
,
-B Hotell og
C
vises en kreftspesifikk korrelasjon lunge mellom hverandre og med andre
HDM
s og
HMT
s. Derfor er den nye
HDM /HMT
genuttrykk signatur kan forklare mangelen på korrelasjon mellom KDM5A modul og H3K4 modul i kreft (figur 3B) sammenlignet med normalt vev (figur 1C). Den coordinately regulert
HMT
s og
HDM
s kan gi funksjonalitet i svært spesifikke, ennå-å-være-identifisert, biologiske prosesser. Når det kombineres med kraften av unsupervised hierarkisk clustering, kan PCC analyse avdekke mange andre samkjøre par.
Grunnfondsbevis verdier av en hvilken som helst gen par uttrykk profil i blodkreft, lunge og tykktarm cellelinjer er avbildet i et fargekodet heatmap . Legenden og skalaen er som i figur 1.
Uttrykk for HDMS og HMTs i primære humane svulster
Etter denne innledende vurdering av uttrykk mønstre i ulike maligniteter bruker kreftcellelinje data, vi neste kartlagt transkripsjonsnivåer i hundrevis av kreft vevsprøver. For disse formål, har vi brukt RT-qPCR-analyse, noe som er en bedre metode for kvantifisering av genekspresjon enn microarray studier. Mens
KDM5A Hotell og
KDM5B
er en meget homolog genpar, deres uttrykk mønstre i ulike cellelinjer variert (figur 3A). qPCR analyse for
KDM5A Hotell og
KDM5B
nivåer på en cDNA array som inneholder 337 prøvene over 17 vevstyper viste at
KDM5A
nivået var høyt i testikkel og lav i lymfoid maligniteter (Figur 5A, Figur S1 og Tabell S10). I kontrast til
KDM5B
nivået var høyt i brystvev, binyrene og livmorhalsen (figur 5A). I samsvar med
KDM5B
overekspresjon i maligne brystsvulster [22], en svært øke i
KDM5B
nivå ble observert i cDNA prøver fra primær duktale bryst adenokarsinomer (Tabell S10).
KDM5B
uttrykk også korrelert med lunge svulst etapper, øker i etapper IIB, IIIA og IV. I figur 1C, viste vi at uttrykk for KDM5A modulen er prediktiv av et nivå av
KDM5A
uttrykk, som er tapt i kreft (figur 3B).
