Extracto
El cáncer se caracteriza por patrones aberrantes de expresión de múltiples genes. Estos grandes cambios en la expresión génica se cree que debido a que no sólo los cambios genéticos sino también epigenéticos. Los cambios epigenéticos se comunican a través de modificaciones químicas, incluyendo modificaciones de las histonas. Sin embargo, no está claro si la unión de las proteínas modificadoras de histonas a regiones genómicas y la colocación de las modificaciones de histonas discrimina eficientemente genes correspondientes de el resto de los genes en el genoma humano. Se realizó el análisis de la expresión génica desmetilasas histonas (HDM) y metiltransferasas de histonas (HMTs), sus genes diana y genes con modificaciones de las histonas relevantes en tejidos normales y tumorales. Sorprendentemente, este análisis reveló la existencia de correlaciones en los niveles de expresión de diferentes HDM y HMTs. El observado
HDM
/
HMT
expresión génica firma era específica para determinados tipos de células normales y cancerosas y altamente correlacionado con la expresión del gen diana y la expresión de genes con modificaciones de las histonas. En particular, se observó que trimethylation en la lisina 4 y lisina 27 separó, preferentemente expresada y genes, lo cual era notablemente diferente en células de cáncer en comparación con las células normales underexpressed. Llegamos a la conclusión de que los cambios en la regulación coordinada de enzimas ejecutoras modificaciones de las histonas pueden ser la base de los cambios epigenéticos que ocurren a nivel mundial en el cáncer
Visto: Islam. ABMMK, Richter WF, Jacobs LA, López-Bigas N, Benevolenskaya EV (2011) CO- La regulación de la histona-enzimas modificadoras de cáncer. PLoS ONE 6 (8): e24023. doi: 10.1371 /journal.pone.0024023
Editor: Mikhail V. Blagosklonny, Roswell Park Cancer Institute, Estados Unidos de América
Recibido: 27 Junio, 2011; Aceptado: 28 Julio 2011; Publicado: 23 Agosto 2011
Derechos de Autor © 2011 Islam et al. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons Attribution License, que permite el uso ilimitado, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que el autor original y la fuente se acreditan
Financiación:. Este proyecto fue financiado por R01CA138631 (EVB) y el número de concesión 115347-RSG-08-271-01-GMC de la Sociedad Americana del cáncer (EVB). N.L.-B. reconoce la financiación del Ministerio de Ciencia y Educación, el número de concesión SAF2009-06954 español. A.B.M.M.K.I. con el apoyo de una beca de la AGAUR de la Generalitat de Cataluña, España. Los donantes no tenía papel en el diseño del estudio, la recogida y análisis de datos, decisión a publicar, o la preparación del manuscrito
Conflicto de intereses:.. Los autores han declarado que no existen intereses en competencia
Introducción
El genoma de cualquier organismo multicelular contiene miles de genes; sin embargo, sólo una proporción relativamente pequeña de estos genes se expresan en un tipo de célula particular. Parte de las características funcionales críticos entre estados activos y reprimidos de la expresión génica se refiere a proteínas que se unen y modifican los residuos de lisina de las histonas. Metilación de histonas lisina se produce predominantemente dentro de las colas amino-terminales de las histonas H3 y H4, en un mono- (ME1), di- estado (me2) o trimethylation (ME3), y está asociada con un resultado transcripcional distinta. Estos residuos metilados diversas están ligados por múltiples proteínas "lector", que a su vez interactúan con los activadores de la transcripción o represores. H3K4me2 /3, H3K36me1 /3, H3K79me1 /2 y H4K20me1 están asociados con la activación transcripcional, mientras que H3K9me2 /3, H3K27me2 /3, H3K79me3 y H4K20me3 están asociadas con la represión transcripcional. Con el reciente descubrimiento de desmetilasas histonas, modificación de los residuos de lisina de la histona se considera actualmente como un proceso más dinámico que se pensaba. Múltiples estudios han demostrado que las enzimas modificadoras de histonas se dirigen a genes específicos, algunos de los cuales participan en procesos biológicos específicos y las vías. Todavía se debate si los objetivos de una enzima histona modificadores de lograr la regulación como un único módulo, lo que permite el cambio coordinado en la expresión en diversos procesos biológicos, incluyendo condiciones de enfermedad, o representan una mezcla de genes expresados diferencialmente.
histona desmetilasas están representados por unos oxidasas amina dependiente de flavina y α-cetoglutarato-Fe (II) dioxigenasas dependientes que se incluyen en una gran superfamilia de las proteínas de dominio JmjC (Tabla S1). metilación de histona también se lleva a cabo por múltiples enzimas, y en la mayoría de los casos consiste en un dominio SET catalítica (Tabla S1) en relación con la levadura y Set1
Drosophila
Trithorax. La misma modificación puede ser ejecutado por varias enzimas, que en la mayoría de los casos son miembros de la misma familia de proteínas, lo que sugiere su especialización funcional a través de los patrones de expresión diferenciales. Histona desmetilasas eliminación de los grupos metilo de H3K4 histonas son codificadas por dos genes autosómicos,
KDM5A /jarid1a /RBP2
y
KDM5B /JARID1B /PLU1
, y dos genes localizados en los cromosomas sexuales,
KDM5C
y
KDM5D
, y la evidencia creciente que apoya papeles individuales y no redundantes dentro de esta familia [1]. Por lo tanto, es concebible que el paisaje epigenético en general depende de la distribución espacial y temporal de las enzimas HDM y HMT correspondiente. KDM5A está ligado directamente a H3K4me3 in vivo [2]. A pesar de la actividad desmetilasa represivo asociado con la función KDM5A en desmetilación en H3K4 histonas, que desempeña un papel tanto en la represión transcripcional y la activación [3]. KDM5A no sólo contiene un dominio enzimático, sino también un dominio lector H3K4me3 altamente específica [4], que, sin duda, podrían afectar a otras modificaciones cercano ya sea cooperativamente o antagónicamente. Consistente con estas observaciones, el análisis chip-on-chip mostró que KDM5A unión a loci genómico altamente correlaciona con promotores transcripcionalmente activas que contienen H3K4me3 y otras modificaciones asociadas con la activación de la transcripción, tales como H3K36me3, H3K79me2 y acetilación en H3K9 y K14, pero no H3K27me3 [5]. Teniendo en cuenta las diversas funciones identificadas para las familias de enzimas como KDM5, será de especial interés para comprender su contribución a la metilación de histonas H3K4 en forma dependiente del tipo de promotor-y celular.
análisis genómico en
Drosophila
y mamíferos mostraron que los genes del grupo Trithorax (TrxG) antagonizan la regulación por grupo Polycomb (PcG) los genes para crear un repertorio de estados alternativos de la expresión génica. La acumulación de pruebas ha demostrado que el reclutamiento de HMTs o los ácaros del polvo de la actividad oponerse a las mismas regiones genómicas que subyace en las decisiones de desarrollo importantes. En particular, el HMTs mLL1 y EZH2 son componentes de la Trithorax y complejos Polycomb, respectivamente, que juegan un papel importante en la regulación de los genes del desarrollo, tanto en
Drosophila Opiniones y vertebrados. Sobre la base de la mejora del fenotipo de las mutaciones trxG y represión del fenotipo de las mutaciones PcG, el
KDM5A
ortolog en Drosophila, el gen
tapa
pertenece al grupo de genes trxG [6]. Los efectos de las mutaciones en los genes del PCG y trxG en
Drosophila
condujeron a la vista paradigmático de homeóticos (
HOX
) la regulación de genes. En los vertebrados,
HOX
genes también son sensibles a la pérdida de la H3K4-específica HMT mLL1 o HDM KDM5A, y H3K27 específica HMT EZH2 [4], [7], [8], [9], [ ,,,0],10]. Al igual que en
Drosophila
, la supresión del dominio SET mLL1 en ratones resulta en un fenotipo homeóticos [11]. Es importante destacar que los reordenamientos de la
mLL1
gen en los seres humanos están implicados en la patogénesis de una variedad de leucemias humanas agresivos. La desregulación de la
HOX
genes de proteínas de fusión mLL1 parece desempeñar un papel central en esta transformación [9]. Tras la elucidación del papel de las translocaciones MLL en la patogénesis de la leucemia vino el descubrimiento de una lesión oncogénica KDM5A leucemia, lo que resulta en la desregulación de los
HOX
y otros genes específicos de linaje [4]. Teniendo en cuenta el requisito de que el nivel adecuado de expresión para cada uno de estos enzimas que participan en la regulación de genes HOX, es concebible que cada estado es el resultado de una actividad combinada de enzimas modificadoras de histonas. Un estudio reciente sugiere que esto explica la dinámica de cada estado, cuando se cambia a un estado diferente depende de los niveles relativos de PCG TrxG y activadores en
cis
-regiones del locus [12]. En particular, la diferenciación de las células madre implica la resolución de la situación aplomado de los "genes" de pluripotencia y genes específicos de linaje a través de un cambio en el equilibrio de los complejos de PcG y trxG. Se encontró que estos genes para ser enriquecido para las marcas bivalentes H3K4Me3 y H3K27me3. En contraste, las células se pueden recuperar las características de células madre a través de la reactivación de los genes pluripotencia y la represión del programa de linaje específico, que se asoció con la resolución de la marca bivalente en la marca correspondiente univalente. La capacidad de las células para mantener los estados poised, reprimida o totalmente activos de estos genes [12] es fundamental para la progresión a un estado canceroso. Se ha planteado la hipótesis de que detrás de estos eventos es un cambio en el equilibrio TrxG /PcG a favor de un complejo en particular [13].
Es algo sorprendente que, a pesar de la gran cantidad de datos de expresión de genes recién generada en tejidos normales o tumorales, no se realizaron estudios de expresión de los objetivos de enzimas modificadoras de histonas en el plano mundial. Uso representativo, internamente consistentes expresión de datos de una variedad de tejidos normales y tumorales y de las líneas celulares, se han identificado los tipos de células y tumores en los que los genes que codifican HDM y HMTs se expresan y underexpressed prominente. Estudios anteriores han demostrado la dependencia de la expresión de determinados genes diana HDM /HMT en el nivel de un HDM o HMT. Aquí analizamos grandes conjuntos de genes regulados epigenetically, incluyendo un conjunto de objetivos directos de KDM5A, un conjunto de objetivos directos de EZH2, y conjuntos de H3K4 y H3K27 trimethylated genes. Sorprendentemente, nuestro análisis reveló que todo el conjunto de genes altamente puede correlacionar en la expresión con el nivel de expresión del gen de la enzima correspondiente. De acuerdo con las actividades de las proteínas y trxG PcG opuestas, este análisis reveló anti-correlación en la expresión de los objetivos KDM5A y EZH2, y de genes caracterizados por modificaciones de las histonas pertinentes. Este estudio permitido la identificación de conjuntos de co-regulado
HDM
y
HMTs
, que comprende un
HDM
/
HMT
gen firma la expresión. Las correlaciones que se observó en los tejidos normales eran diferentes de las correlaciones identificadas en las células cancerosas. Teniendo en cuenta múltiples alteraciones en los genes de HDM y HMT en las células cancerosas, parece que el uso de este enfoque podría producir nuevas conexiones funcionales entre enzimas modificadoras de histonas, lo que podría ser útil en el diseño de una terapia contra el cáncer combinación.
Resultados
Las correlaciones en la expresión de los ácaros del polvo, HMTs, sus objetivos y los genes con H3K4 histonas y metilación H3K27
Las marcas más estudiados de la cromatina activa y reprimidos están en la histona H3 metilado en K4 y en K27, respectivamente. KDM5A se solapa significativamente con las marcas H3K4Me3 en las regiones alrededor de la transcripción empezar sitios, y EZH2 se une a lo largo de las regiones H3K27me3 [14]. Anteriormente puso de manifiesto que consistente con la presencia de la marca H3K4me3 en los genes ocupados por KDM5A en células U937, estas regiones eran altamente transcripcionalmente activo en las células U937 [5]. También hemos descrito, utilizando
z-score
análisis, expresión preferencial de este conjunto de objetivos KDM5A en los tejidos humanos [5]. Esto sugirió que KDM5A genes diana forman un módulo que se caracteriza por una expresión más alta y la presencia de H3K4me3. Si bien en general se supone que ambas funciones dependen de la presencia de enzimas que intervienen en la metilación H3K4, la correlación entre el nivel de expresión de este módulo y la enzima en las mismas células no se ha demostrado.
Dada la expresión diferencial del módulo de KDM5A en tejidos particulares, examinamos si
KDM5A
también se expresa diferencialmente en los mismos tejidos. De hecho, el análisis de
KDM5A
datos de expresión normalizada de la recopilación de muestras de tejidos humanos en GeneAtlas (base de datos BioGPS) demostraron que
KDM5A
es altamente expresado en células derivadas de la médula ósea y la sangre periférica, en donde su objetivo genes se expresan preferentemente (
z-score
& gt; 1,96) (Figura 1 A y B, el cuadro S2 y S3 cuadro). Mediante el coeficiente de correlación de Pearson (PCC) para describir la correlación en la expresión del módulo de KDM5A con el nivel de
KDM5A
, se encontró que la correlación era muy significativa en todos los tejidos (PCC = 0,65 en la Figura 1C y Tabla S4) .
(a) Los absolutos (log
2) los valores de expresión de HDM-H3K4 específicos KDM5A y HMTs-H3K4 específicos en 73 tejidos humanos normales diferentes (base de datos) BioGPS se delinean en un código de colores mapa de calor, donde el rojo indica una mayor expresión de un gen y el verde indica una menor expresión. Los valores de expresión y la anotación de la muestra se presentan en la Tabla S2. Varios genes, incluyendo
KDM5A
y
mLL1
, muestran una mayor expresión en un pequeño conjunto de tipos de células. (B)
Z-score
valores para la expresión preferencial y la disminución en la expresión de los genes diana de KDM5A (células U937), (células ES) EZH2 y genes que muestra H3K4me3 o H3K27me3 (células MCF-7).
Z-score
valores son delineados en un mapa de calor de diferente color, donde el rojo representa la sobreexpresión de objetivos y azul significa disminución en la expresión de los objetivos; gris indica que no hay diferencia significativa de valor esperado. (C) el coeficiente de correlación de Pearson (PCC) del nivel de expresión de
KDM5A
,
EZH2
y de módulos de genes en (B). La expresión del módulo de KDM5A y del módulo de H3K4me3 se correlaciona con la expresión del gen
KDM5A
. Sorprendentemente, la expresión de los dos módulos de muestra correlación negativa con la expresión de módulo EZH2 y el módulo H3K27me3. (D) PCC del perfil de expresión de cualquier par de genes en (A). Se muestra una alta correlación entre el
KDM5A
y el
mLL1
la expresión de genes, lo que puede explicar la correlación general de
KDM5A
y sus objetivos en (C). Los valores de PCC se representan en un mapa de calor con código de color usando un patrón de escala 1 bases, donde el magenta (1) muestra una correlación positiva más alta y verde (-1) muestra mayor anti-correlación. Los valores de PCC para (C) y (D) se proporcionan en las Tablas S4 y S5.
Una cuestión interesante es comparar la expresión de los objetivos de un HDM /HMT con la expresión general de los genes con el correspondiente modificación de las histonas. Dada la unión directa de KDM5A a H3K4me3 [2], analizamos la expresión de genes que muestra H3K4me3 y lo comparó con la expresión de los objetivos KDM5A. Previamente demostramos que si tomamos en nuestro análisis difuso de células U937 linfoma histiocítico o células U937 diferenciadas en monocitos y macrófagos, a pesar de los diferentes conjuntos de objetivos KDM5A, el análisis muestra su expresión preferencial en el mismo conjunto de tejidos [5]. Por lo tanto, en los análisis posteriores se utilizó deliberadamente objetivos de genes obtenidos a partir de diferentes líneas celulares. Continuamos utilizando el conjunto de datos a partir de células U937 KDM5A sino que se utiliza el conjunto de datos H3K4me3 a partir de células MCF7 de adenocarcinoma de mama [15]. El uso de estos conjuntos de datos, se encontró que los tejidos con sobreexpresión de
KDM5A Opiniones y genes diana KDM5A también muestran una expresión preferencial de genes que muestra H3K4me3. La comparación entre los tejidos GeneAtlas mostró que los genes con H3K4me3 se expresó preferentemente en los mismos tejidos en los que se sobreexpresa genes diana KDM5A (PCC = 0,74), lo que sugiere que la sobreexpresión de los genes diana KDM5A es debido a la metilación H3K4.
como H3K4 HMTs podría afectar directamente a la expresión de los objetivos de la HDM KDM5A, nos preguntamos si podríamos identificar un HMT H3K4 cuyo nivel correlacionado con
KDM5A
nivel de expresión, y puede dar cuenta de una mayor expresión del módulo de H3K4me3 en GeneAtlas. Hemos observado la expresión relativamente uniforme para
MLL2
,
MLL3
,
SET1B
y
SET7
a través de diferentes muestras de tejido (Figura 1A y en la Tabla S2). Por el contrario,
mLL1
,
SET1A
,
PRDM9
y
Smyd3
ha demostrado patrones altamente específica de tejido de expresión.
Smyd3
muestra la expresión prominente en el sistema nervioso central. Hubo una mayor expresión de
mLL1 Hoteles en células hematopoyéticas, especialmente en las células CD4
+ y CD8
+ células T, que muestran una expresión preferencial del módulo H3K4me3. En consonancia con estas observaciones, ratón CD4
+ CD8
+ se conocen las células T para expresar el
mLL1
de genes [16] y la metilación H3K4 altamente relacionado con la activación de genes en las células CD4
+ T las células [17]. El uso de PCC para describir la correlación en el nivel de expresión en diferentes pares de genes, encontramos que
KDM5A
y
mLL1
muestra alta correlación de la expresión de (PCC = 0,58 en la Figura 1D y en la Tabla S5). Así como en las células de la sangre,
mLL1
y
KDM5A
muestran altos niveles de expresión en la glándula pineal, y esta correlacionada con la más alta expresión del módulo de H3K4me3. La glándula pineal establece un ritmo circadiano de la hormona melatonina circulante. Varias modificaciones de las histonas asociadas con la transcripción activado se ha demostrado que oscilar en la glándula pineal [18].
mLL1
y
KDM5A
puede contribuir a la diferencia de la transcripción en la glándula pineal, que puede ser tan alto como 100 veces, a través de oscilación de H3K4me3. Estos datos sugieren que los múltiples H3K4 HMTs exhiben patrones altamente específica de tejido de expresión. Hay un patrón consistente de la especificidad tisular en la expresión de mLL1 y KDM5A, dos enzimas modificadoras de histonas implicados en la leucemia. Sus niveles podrían estar ajustando para cumplir con los requisitos en los procesos de H3K4 mediada.
El resultado anterior era consistente con una superposición significativa entre los objetivos y las regiones KDM5A H3K4Me3 en múltiples líneas celulares [14]. Para examinar si el mismo cierto para los objetivos de otras enzimas modificadoras de histonas, analizamos la expresión de genes con H3K27me3 del mismo estudio en las células MCF7 y de los genes diana EZH2 determinados en células ES [19]. Una vez más, hemos encontrado una alta correlación en el nivel de expresión de los dos módulos (Figura 1B y 1C). Unexpectingly, en los mismos tejidos en los que se expresa preferentemente objetivos KDM5A, los objetivos EZH2 se underexpressed significativamente (PCC = -0,68 en la Figura 1C y Tabla S4), que altamente correlacionado con la subexpresión de genes que muestra H3K27 metilación (PCC = -0,82). Los genes diana determinados para EZH2 se underexpressed en las células derivadas de la médula ósea y la sangre periférica (
z-score
& lt; -1,96) (Figura 1B). Sorprendentemente, en los tejidos diferenciados tales como cerebro los genes estados de expresión eran lo contrario, con la sobreexpresión del módulo EZH2 y subexpresión del módulo KDM5A. Sin embargo, el comportamiento anti-correlativa entre el nivel de expresión de ambos módulos se mantuvo en todos los tejidos. Estos datos indican la existencia de una íntima diafonía en el establecimiento de los niveles de expresión de módulo y el módulo KDM5A EZH2. Esto representa una importante observación que sugiere que el paisaje epigenético se puede describir como una simple combinación de módulos que dependen de la expresión HDM /HMT.
HDM
y
HMT
expresión específica de tejido perfiles
Dentro de
JmjC
genes, 12 familias de genes puede ser definido sobre la base de información filogenética y la estructura de dominio general [20]. Muchas de estas familias han experimentado la evolución nacimiento y de la muerte, incluyendo la duplicación de un linaje y la pérdida de otro linaje. El
KDM5
subfamilia, donde los diferentes miembros de genes tienen funciones altamente especializadas, surgió de la duplicación de genes después de la divergencia de los vertebrados de los insectos. De hecho, diferentes
KDM5
genes de la familia muestran expresión específica de tejido, que se refleja no sólo en la expresión específica de un sexo, sino también en la expresión autosómico (Figura 2A). Además, algunos tejidos pueden depender menos de desmetilasas histonas que otros tejidos, y la metilación pueden ser eliminado no por otros mecanismos. Para hacer frente a esto, nos preguntamos si había tejidos que expresan
HMTs
con un nivel indetectable o baja de
HDM
. Se encontró que la próstata es relativamente deficiente en
HDM
mientras que muestra relativa más alta expresión de
HMTs gratis (Figura 2A). Un aumento en la actividad de HMT podría conducir potencialmente a la hipermetilación de histonas en pacientes con carcinoma de próstata. En cambio, la expresión preferencial de
HDM
fue observado en el sistema hematopoyético, mientras que
HMTs
fueron altamente expresado en el hígado. Sorprendentemente, el cerebro era relativamente deficiente tanto en
HDM
y
HMTs
. Para saber si el
HDM /HMT
patrón de expresión se mantiene igual durante la transformación neeoplastic, como primer paso, se realizó un análisis similar de líneas celulares de cáncer de GSK conjunto de datos. El patrón de expresión era drásticamente diferente en líneas celulares de cáncer en comparación con células de tejido normal (Figura 2A y 2B). Mientras que
HDM
generalmente se underexpressed en los tejidos de la próstata y el cerebro de individuos sanos (Figura 2A), se encontró que los ácaros del polvo particulares que se sobreexpresa en células de cáncer de próstata y derivado del cerebro (Figura 2B).
(a) Expresión de
HDM
s y
HMT
s en tejidos humanos normales. la expresión génica valores normalizados (log
2) de 26 y 11 HDM HMTs se presentan durante once tejidos (base de datos) BioGPS. (B) Expresión de
HDM
s y
HMT
s en líneas celulares de cáncer. Gen-normalizado (log
2) los valores de expresión se generaron durante once líneas celulares de GSK conjunto de datos. El nivel de expresión de cada gen se describe en términos de expresión preferente y subexpresión, que mostraron relativa más alta expresión de múltiples
HDM
y
HMT
genes en células de cáncer en comparación con las células normales.
específicas del tipo de cáncer cambios de expresión génica en HDM /HMTs y sus objetivos
Con base en el análisis anterior, la hipótesis de que la regulación coordinada que subyace en las interacciones funcionales entre los cooperantes y actividades HDM y HMT es fundamental para oponerse tumores, así como para el tejido normal, pero que en los tumores que sería detectar distintas correlaciones en la expresión génica. Para probar esta hipótesis, hemos utilizado el conjunto de datos de GSK, la mayor colección de expresión génica de datos disponibles para las líneas celulares de cáncer. Este conjunto de 264 muestras incluye mayormente hematopoyéticas y líneas celulares de cáncer de pulmón derivado, y un número variable de líneas de células de otros tejidos (16 Tabla S6). Se realizó la agrupación jerárquica sin supervisión de muestras con el fin de identificar un
HDM
firma la expresión génica en el cáncer. Este análisis reveló tres grupos grandes (Figura 3A). Sorprendentemente, cuando las líneas celulares se organizan de acuerdo a
HMT
expresión, que mostró una agrupación similar (datos no mostrados), lo que sugiere que la expresión de
HDM
y
HMTs
es interdependiente. Se encontró que las muestras dentro de cada grupo se originó a partir de determinados tipos de cáncer; las líneas celulares de cáncer de pulmón se encontraron en los tres grupos principales, pero se limitaron a subclusters. El grupo principal 1 (en el área del recuadro rojo) mostró líneas celulares hematopoyéticas comprendidas relativamente alta expresión y. Grupo 2 (en el área del recuadro azul) fue formado por la piel, páncreas y de células óseas líneas, que mostraron expresión relativamente baja. Grupo 3 (en el área del recuadro amarillo) mostró expresión intermedia, con mama, colon y líneas celulares de cáncer del sistema nervioso central que forman este grupo.
(A) Agrupación jerárquica sin supervisión de 264 líneas celulares de cáncer de diferentes tipos de tejido 18 (base de datos GSK) para la expresión de
HDM
s (panel izquierdo) muestra tres grupos principales. Log
2 la expresión génica normalizada está representada por un mapa de calor con código de color. El color rojo indica relativa mayor expresión y verde indica la expresión relativa más baja respecto a la media del gen de todas las líneas celulares. Las columnas representan los genes y las filas representan muestras. La expresión normalizada de diferentes
HMT
s se presenta en el panel derecho. La leyenda y la escala son como en la Figura 2. (B) PCC del nivel de expresión de
KDM5A
,
EZH2 Opiniones y del gen módulos en (C) en el grupo 1. Los valores se representan PCC como en la Figura 1. (C) Enriquecimiento análisis, utilizando
z-score
estadísticas, del nivel de expresión de genes de los módulos que se muestran como en la Figura 1 (B). La lista completa de
z-score
valores para cada muestra y el gen se proporcionan en la Tabla S7. En este conjunto de datos, las muestras del mismo tipo de tumor agrupados juntos sobre la base de cualquiera de HDM, HMTs o su expresión del gen diana.
Varias líneas de evidencia apoyan la exactitud de lo revelado
HDM /HMT
gen firmas de expresión. En consonancia con la desregulación de KDM5A en la leucemia [4], este gen se expresa predominantemente en el grupo 1, y el
KDM5A
sobreexpresión visto en líneas celulares de cáncer de pulmón puede ser debido a su carácter CD133 positivas [21]. La expresión de la
KDM5A
homólogo
PLU1 /KDM5B
fue, por el contrario, muy diferente de
KDM5A
expresión.
KDM5B
estuvo ausente del grupo 1 y fue muy altamente expresado en líneas celulares de carcinoma de mama en el grupo 3. Estudios anteriores demostraron
KDM5B
sobreexpresión en líneas de carcinoma de mama y el cáncer de mama avanzado de células [22]. En consonancia con la regulación positiva de EZH2 en cánceres agresivos [23], la agrupación reveló una alta expresión de
EZH2
en el grupo 1, que contenía las muestras de cáncer de la sangre y los pulmones altamente agresivos.
Debido a HDM y HMT se muestra específica del cáncer firma la expresión génica, nos preguntamos si las correlaciones en la expresión del gen diana o en la expresión de genes marcados con metilación de las histonas se pierden en las muestras de cáncer. Hemos adquirido los datos de expresión de los objetivos y metas KDM5A EZH2 del conjunto de datos GSK y aplicamos
z-score
análisis para estudiar la importancia de su regulación a la baja altura o combinados en diferentes líneas celulares de cáncer de muestras. Encontramos que al igual que las células normales, las metas EZH2 están fuertemente sesgadas hacia expresión similar con el módulo H3K27me3 (PCC = 0,86), mientras que el módulo KDM5A muestra el comportamiento anti-correlativa a la expresión del módulo de EZH2 (PCC = -0.67) y el módulo de H3K27me3 ( PCC = -0,73) (Figura 3B). Las muestras con los más altos
z-score
valores de módulo de KDM5A y con los
z-score
valores más bajos para el módulo de EZH2 fueron encontrados en muestras de leucemia del agrupamiento 1 (Figura 3A y en la Tabla S7), que era consistente con la alta expresión de estos módulos en tipos de células sanguíneas normales (Figura 1B). Sin embargo, en contraste con los tejidos normales, no hubo tendencia a que el módulo de H3K4me3 que se sobreexpresa en las mismas muestras de cáncer como el módulo KDM5A (PCC = 0,07) (Figura 3B, 3C y la Tabla S8). Se visualizan incluso las diferencias más llamativas en el grupo 2, donde la mayor parte de los
HDM
y
HMTs
se expresaron inferior. En el grupo 2, no hubo correlaciones significativas en la expresión de cualquiera de los cuatro módulos (Figura 3C). Por lo tanto, el cáncer-específica
HDM
/
es probable que determinen los cambios globales en la metilación de histonas que afectan a la expresión del gen diana HMT
firma la expresión génica.
A medida que las muestras de GSK de la misma tipos de tumores agrupados sobre la base de cualquiera de
HDM
o
HMTs
la expresión génica, nos preguntamos si podríamos revelar ningún caso de
HDM
y /
HMT o
corregulación en el cáncer humano. Hemos calculado las asociaciones por pares entre los
HDM
y
HMTs gratis (Tabla S9), que permite la identificación y visualización de "enriquecimiento" de pares de enlaces (Figura 4). Hemos demostrado una alta correlación entre
KDM5A
y el
mLL1
la expresión de genes, lo que puede explicar la correlación general en la expresión de
KDM5A
y sus objetivos (Figura 1) . Sin embargo, en las células cancerosas no fuimos capaces de detectar la correlación entre los
KDM5A
y
mLL1
expresión, incluso cuando sólo se consideraron las líneas celulares hematopoyéticas (PCC = -0.03). Los valores más altos del PCC, incluyendo la lucha contra la correlación entre los
PKDM10B
y
mLL1 gratis (PCC = -0.62), y la correlación en
KDM5B CD -
ASH1
(PCC = 0,82) y
KDM2A CD -
mLL1 gratis (PCC = 0,74) pares, se dieron a conocer en líneas celulares de cáncer de colon. Encontramos una correlación negativa de
EZH2
y
mLL1
expresión (PCC = -0.56) en el cáncer de colon y la correlación positiva de
EZH2
y
KDM1A
expresión (PCC = 0,65) en el cáncer de pulmón, lo que sugiere la cooperación entre la metilación y desmetilación H3K27 H3K4. En muchos casos, las asociaciones reveladas fueron agrupados por familias de proteínas. Por ejemplo, la expresión de
PKDM10A
,
-B
y
-C
muestran una correlación específica por cáncer de pulmón entre sí y con otros
HDM
s y
HMT
s. Por lo tanto, el nuevo
HDM /HMT
expresión genética puede explicar la falta de correlación entre el módulo y el módulo KDM5A H3K4 en el cáncer (Figura 3B) en comparación con el tejido normal (Figura 1C). El coordinadamente regulada
HMT
s y
HDM
s pueden proporcionar funcionalidad en los procesos altamente específicos, todavía-a-ser-identificados, biológicos. Cuando se combina con el poder de la agrupación jerárquica sin supervisión, análisis PCC puede revelar muchos otros pares correlativos.
Los valores de PCC de perfil de expresión de cualquier par de genes en líneas hematopoyéticas, de pulmón y de células de colon se representan en un mapa de calor con código de color . La leyenda y la escala son como en la Figura 1.
Expresión de los ácaros del polvo y HMTs en tumores humanos primarios
Después de esta evaluación inicial de los patrones de expresión en diversos tumores malignos utilizando datos de la línea celular de cáncer, a continuación inspeccionamos los niveles de transcripción en cientos de muestras de tejido de cáncer. A estos efectos, se utilizó el análisis RT-qPCR, que es un mejor método para la cuantificación de la expresión génica de los estudios de microarrays. Mientras que
KDM5A
y
¿Cuáles son KDM5B un par altamente homóloga de genes, sus patrones de expresión en diferentes líneas celulares de variada (Figura 3A). El análisis qPCR para
KDM5A
y
KDM5B
niveles en una matriz de ADNc que contiene 337 muestras en 17 tipos de tejidos mostraron que el
nivel KDM5A
fue alta en el testículo y baja en linfoide tumores malignos (Figura 5A, Figura S1 y la Tabla S10). Por el contrario, el
KDM5B
nivel era alto en el tejido mamario, glándulas suprarrenales y el cuello uterino (Figura 5A). En consonancia con
KDM5B
sobreexpresión en tumores malignos de mama [22], un gran aumento de la
se observó KDM5B
nivel en muestras de cDNA a partir de los adenocarcinomas ductales de mama primario (Tabla S10).
KDM5B
expresión también se correlacionó con las fases del tumor de pulmón, lo que aumenta en etapas IIB, IIIA y IV. En la Figura 1C, hemos demostrado que la expresión del módulo de KDM5A es predictivo de un nivel de
KDM5A
expresión, que se pierde en el cáncer (Figura 3B).