Extracto
Un análisis comparativo de los datos transcriptomic escala del genoma de dos tipos de cánceres de piel, el melanoma y el carcinoma de células basales en comparación con otros tipos de cáncer, se llevó a cabo con el objetivo de identificar los factores clave de la reglamentación que sea causar o contribuir a la agresividad de melanoma, mientras que el carcinoma de células basales en general sigue siendo una enfermedad leve. vías relacionadas con el cáncer múltiples, tales como la proliferación celular, la apoptosis, la angiogénesis, la invasión y la metástasis de células, se consideran, pero nuestra atención se centra en el metabolismo energético, la invasión celular y las vías de metástasis. Nuestros resultados son los siguientes. (A) Los dos tipos de cáncer de piel utilizan tanto la glucólisis y el aumento de la fosforilación oxidativa (cadena de transferencia de electrones) para su abastecimiento de energía. (B) El melanoma avanzado muestra sustancial sobre regulación de los genes clave implicados en el metabolismo de ácidos grasos (β-oxidación) y la fosforilación oxidativa, con el metabolismo aeróbico de ser mucho más eficiente que la glucólisis anaeróbica, proporcionando una fuente de la energética necesarios para apoyar el rápido crecimiento de este cáncer. (C) Si bien el melanoma avanzado es similar al cáncer de páncreas en términos del nivel de actividad de los genes que participan en la promoción de la invasión celular y la metástasis, la principal forma de metástasis de carcinoma de células basales se reduce sustancialmente en esta actividad, explicando en parte por qué este tipo de cáncer ha sido considerado como mucho menos agresivo. Nuestro método de utilización de los análisis comparativos de transcriptomic datos de múltiples tipos de cáncer se centraron en las vías específicas proporciona un nuevo y altamente eficaz enfoque de los estudios de cáncer en general
Visto:. Xu K, Mao X, M Mehta, Cui J, Zhang C, Xu y (2012) Estudio comparativo de los datos de expresión génica de carcinoma basocelular y melanoma revela nuevas perspectivas sobre los dos tipos de cáncer. PLoS ONE 7 (1): e30750. doi: 10.1371 /journal.pone.0030750
Editor: Raya Khanin, Memorial Sloan Kettering Cancer Center, Estados Unidos de América
Recibido: 2 Julio, 2011; Aceptado: December 23, 2011; Publicado: 25 Enero 2012
Derechos de Autor © 2012 Xu 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 trabajo fue apoyado en parte por los Institutos nacionales de Salud (1R01GM075331), una subvención "Académico Distinguido" de la Coalición de cáncer de Georgia y financiación inicial de la Universidad de Georgia. 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
La piscina rápido aumento [1], [2] de datos a gran escala de transcriptómica para varios tipos de cáncer ha proporcionado oportunidades sin precedentes para los biólogos del cáncer computacionales para estudiar las características comunes a través de múltiples tipos de cáncer, así como propiedades distintas de la persona tipos de cáncer, lo que podría proporcionar nuevos conocimientos sobre los diferentes fenotipos de cáncer a nivel molecular. Aquí presentamos un análisis comparativo de los datos recogidos de transcriptómica en muestras de cáncer y tejido de control de dos tipos de cáncer de piel, el melanoma y el carcinoma de células basales, que tienen características muy distintas.
El cáncer de piel es uno de los cánceres más comunes en los EE.UU. Actualmente más de 3,5 millones de casos de cáncer de piel son diagnosticados y reportados anualmente [3]. Se ha estimado que tres de cada diez caucásicos desarrollará cáncer de piel durante su vida [4]. El cáncer de piel más común es el carcinoma de células basales (BCC), que se desarrolla en la capa de células basales de la piel, y se presenta principalmente en personas de piel clara. La luz del sol es conocido por ser un factor importante para causar la enfermedad. BCC rara vez es mortal, ya que generalmente no produce metástasis [5]. Por el contrario, el melanoma es un tipo raro de cáncer de piel, pero es una de las formas más letales de cáncer [6]. El tumor se deriva de los melanocitos, las células que producen el pigmento oscuro. Mientras melanoma no se limita a la piel, por lo general comienza a partir de la piel. Se han encontrado un número de genes o sus mutaciones que se asocia con el desarrollo de melanoma tales como MC1R [7], CDK4 [8] y CDKN2A [9]. La etapa temprana de la enfermedad se conoce como el
fase de crecimiento radial
cuando el tumor crece sobre todo horizontalmente. El comportamiento del tumor cambia drásticamente tan pronto como comienza a crecer verticalmente, es decir, entrar en el
crecimiento vertical fase
. Por lo general, se inicia la invasión de los tejidos vecinos cuando su espesor va más allá de 1 mm [10]
.
Mientras que algunos datos se sabe acerca de las posibles causas de los dos tipos de cáncer de piel, como la exposición excesiva a la luz solar y el desarrollo de la basal el síndrome del nevus células beta siendo las principales causas de carcinoma de células basales y unas pocas mutaciones raras en los genes mencionados siendo la razón principal para el desarrollo del melanoma, un conocimiento detallado acerca de por qué los dos tipos de cáncer de piel se comportan de manera tan diferente sigue siendo muy limitada.
a través de un análisis comparativo de los datos transcriptomic escala del genoma en los dos tipos de cáncer, que han ganado una serie de nuevos conocimientos que puedan arrojar nuevas luces en nuestros esfuerzos para entender los mecanismos detallados de estos dos tipos de cáncer de piel en lugar diferentes . Para poner nuestro análisis en un contexto más amplio, otros siete tipos de cáncer también se han incluido, que van desde el cáncer de crecimiento relativamente lento a la de más rápido crecimiento de cáncer, es decir, de próstata, de mama, riñón, colon, estómago, pulmón y páncreas. Mediante el uso de los datos recogidos sobre el cáncer de transcriptómica
frente
tejidos de control y la comparación de los cambios de expresión de los genes implicados en diferentes vías asociadas con el metabolismo de la energía, encontramos que: (i) varios genes implicados en la fosforilación oxidativa están regulados en tanto el melanoma y el BCC, que es exclusivo de sólo los cánceres de piel entre los nueve tipos de cáncer se examinaron y es incompatible con la tesis de Warburg [11]; (Ii) Curiosamente, la enzima clave en la generación de ATP en la vía de la fosforilación oxidativa está regulado sólo en melanoma avanzado, pero no en cualquier forma de BCC; (Iii) el nivel y la escala de los genes regulados hasta implicados en la invasión celular y la metástasis de melanoma avanzado son comparables a los del cáncer de páncreas, mientras que los valores correspondientes en BCC son esencialmente en el extremo inferior entre todos los nueve tipos de cáncer que examinamos. Creemos que nuestros datos transcriptómica análisis comparativos de varios tipos de cáncer se centraron en las vías específicas relacionadas con el cáncer proporcionar un enfoque novedoso y altamente eficaz para estudios de cáncer, lo que podría conducir a nuevos conocimientos sustanciales sobre la formación del cáncer (cuando se dispone de los datos pertinentes) y la progresión.
resultados
Nuestro análisis se realizó en dos conjuntos de datos de expresión génica. Un conjunto consistió en 52 muestras de tejido para el estudio de melanoma. De las muestras de tejido 52, 18 eran nevos común (moles) (CMN), 11 eran nevos displásicos (pre-cancerosos) (DN), 8 en la fase de crecimiento radial (RGP) (fase temprana) y 15 en la fase de crecimiento vertical (VGP) (etapa avanzada) [12]. Para este conjunto de datos en particular, los tejidos nevos comunes fueron utilizados como control establecido desde el estudio original no incluía tejidos de la piel normales [12]. El segundo grupo consistió de 31 tejidos para el estudio de la BCC. De las muestras de tejido 31, 8 estaban en la forma superficial (fase temprana), 7 en forma morfea (etapa intermedia) y 8 en forma nodular (etapa avanzada), junto con 8 tejidos epiteliales normales de la piel como el control [13] .
1. genes expresados diferencialmente en los dos tipos de cáncer de piel
En este estudio, se considera un gen
diferencialmente
ha expresado en una etapa específica de un cáncer si la distribución de sus niveles de expresión entre los tejidos de cáncer en ese etapa se considera que es estadísticamente diferente de la distribución de sus niveles de expresión entre los tejidos de control (ver material y Métodos). Para BCC, 158, se encontraron 406 y 494 genes que se expresó diferencialmente en las formas superficial, morfea y nodulares, respectivamente, en comparación con los controles, lo cual es coherente con nuestra observación anterior de que el número de genes aumenta expresados diferencialmente como avances de cáncer [14], [15]. Utilizando el mismo punto de corte, 123, 326 y 1.647 se consideraron los genes que se expresan en forma diferente DN, RGP y el melanoma VGP. En nuestro estudio anterior, encontramos que existe una fuerte correlación entre el número de genes expresados diferencialmente y la tasa de supervivencia a cinco años asociado a un determinado tipo de cáncer [14]. Por lo tanto, el gran número de genes expresados diferencialmente en melanoma VGP es consistente con las estadísticas clínicos en relación con la tasa de mortalidad de este cáncer. Hay una posibilidad de que este número podría ser potencialmente subestimado ya que los controles (moles) para el análisis de melanoma no son tejidos y moles de piel normales son probablemente la primera etapa de movimiento hacia melanoma. Las listas detalladas de los genes expresados diferencialmente se dan en la Tabla S1. En general, se encontró que el número de genes expresados diferencialmente en los dos tipos de cáncer son comparables en sus primeras etapas; y un aumento sustancial en el número de genes expresados diferencialmente en la etapa avanzada, VGP, del melanoma se observó.
Un análisis cuidadoso de las vías en la base de datos KEGG que están enriquecidos por los genes expresados diferencialmente entre el cáncer tejidos de BCC y el melanoma se llevó a cabo con el programa DAVID (ver material y Métodos). Para BCC, no se han encontrado vías para ser enriquecido con claridad en la primera etapa, mientras que las vías 19 y 18 fueron enriquecidos en las fases intermedia y avanzada, respectivamente. Para melanoma, 1, 8 y 61 vías fueron enriquecidos en las formas DN, RGP y VGP, respectivamente. Los nombres de estas vías enriquecidos se dan en la Tabla S2.
Se observó que 11 vías enriquecidos son específicos para VGP melanoma, la forma más mortal entre todos los tipos de cáncer de piel, incluyendo vías asociadas con el azúcar amino y el azúcar nucleótido el metabolismo, el metabolismo del ácido linoleico y el (ciclo de Krebs) ciclo del ácido citratric. Además, algunas vías se enriquecen de manera significativa en solamente melanoma entre los dos tipos de cáncer de piel consideradas, tales como metabolismo de ácidos grasos, el ciclo celular, la apoptosis y la vía de señalización de ErbB. Para BCC, se observó que su cáncer avanzado estado tiene tres vías enriquecido de forma única entre todos los tipos de cáncer bajo consideración, incluyendo el spliceosome, la señalización de las vías de GnRH y la potenciación a largo plazo.
También hemos comprobado que algunos de los genes proto-oncogén y supresores de tumores anotados (http://www.uniprot.org/keywords/) muestran expresiones diferenciales en BCC y el melanoma. En general, se encontró que 2, 5 y 4 oncogenes son sobre-expresado en la primera, etapa intermedia y avanzada de muestras BCC, respectivamente, y los genes supresores de 0, 1 y 0 tumorales son, respectivamente, bajo-expresado en las tres etapas. Del mismo modo, para el melanoma, 9, 1 y 32 oncogenes están expresados sobre en la etapa precancerosa, temprano y melanoma avanzado, respectivamente, y 0, 4 y 4 genes supresores de tumores son, respectivamente, bajo-expresado en las tres etapas.
algunos de estos oncogenes hasta reguladas han sido reportados como genes reguladores clave para algunos de los tipos de cáncer de piel. Entre los oncogenes hasta reguladas en el melanoma, ABL2, las ANR, PDGFC y FGF1 se han notificado a ser oncogenes asociados al melanoma [16]. Por lo tanto, RAB6B, REL y WHSC1L1, identificados por nuestro análisis, pueden representar oncogenes adicionales para el melanoma. Para BCC, HRAS, RRAS y RUNX1 se han reportado como oncogenes asociados-BCC [17]. Por lo tanto, ECT2, PLAG1, RAB6C y SSPN, identificados por nuestro análisis, puede representar oncogenes adicionales para BCC. Es interesante que nueve oncogenes exhibición sobre regulación en la etapa de pre-cáncer del melanoma, que puede ser el cambio inicial de la tumorigénesis dando lugar a melanoma. Por otra parte, el gran aumento en el número de oncogenes hasta reguladas en VGP melanoma puede sugerir la agresividad del cáncer. Una lista detallada de todos los oncogenes identificados y genes supresores de tumores se da en la figura S1.
2. Diferencialmente expresado genes implicados en el metabolismo energético
Hemos examinado la expresión de los factores de cambio de los genes implicados en las vías metabólicas de energía de cuatro: la glucólisis, el metabolismo de los ácidos grasos, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa (también llamado el
transferencia de electrones cadena
) en los dos tipos de cáncer de piel y los comparó con los otros siete tipos de cáncer no cutáneo. La Figura 1 muestra los cambios de nivel de la expresión de genes implicados en los cuatro caminos de la energía de los dos tipos de cáncer de piel y los otros siete tipos de cáncer. Mediante el examen de la figura, las siguientes observaciones se pueden hacer.
El aumento sustancial de los niveles de expresión de varios genes implicados en la glicólisis se observan tanto en las formas avanzadas de los dos tipos de cáncer de piel y cinco de los siete tipos de cáncer referencia , es decir, riñón, colon, estómago, pulmón y de páncreas, de acuerdo con la tesis de Warburg [18].
dos genes enzima de codificación implicados en el metabolismo de ácidos grasos muestran sustancial sobre regulación en tanto BCC y melanoma, a diferencia de los siete cáncer no cutáneo, lo que indica una manera única que el cáncer de piel obtiene energía no sólo de metabolismo de la glucosa como otros tipos de cáncer, sino también de metabolismo de ácidos grasos, que es una vía más eficiente generación de energía.
Moderadamente aumento de los niveles de expresión de los genes implicados en el ciclo del TCA también se observan en el melanoma avanzado, junto con los cánceres de mama, colon, estómago y pulmón.
lo más interesante es el hallazgo de que múltiples genes involucrados en la fosforilación oxidativa están reguladas en la avanzada forma de ambos tipos de cáncer de piel, lo que sugiere fuertemente que los dos tipos de cáncer de piel obtienen gran parte de su energía a través de la fosforilación oxidativa, que produce un orden de magnitud más ATPs que cada uno de los otros tres vías de energía (por glucosa). Esto es muy sorprendente, ya que esto indica que los dos tipos de cáncer de piel, incluso en sus formas avanzadas, no están bajo condiciones hipóxicas, y por lo tanto no muestran el efecto Warburg.
ATP sintasa está regulado sólo en melanoma avanzado , además de la proteína complejo responsable de la transferencia de electrones, pero no en cualquier forma de BCC, lo que indica que la síntesis de ATP es más rápido en el melanoma avanzado que BCC.
Cada fila representa los cambios de expresión de un gen a través de todos los tipos de cáncer en estudio. enzimas limitante de la velocidad en cada vía se indican mediante *. Cada columna representa un tipo de cáncer. El factor de cambio de la expresión génica es un código de colores con rojo, blanco y verde para arriba, no y baja regulación.
Un análisis más detallado de los genes expresados diferencialmente en melanoma avanzado sugiere que el aumento de los niveles de acetil-CoA, NADH y FADH
2 derivado de la oxidación de ácidos grasos puede entrar en la mitocondria y someterse a la fosforilación oxidativa. Este proceso sería muy ventajoso para un tumor como β-oxidación de los ácidos grasos se obtiene un mayor número de moléculas de acetil-CoA reductasa en comparación con la glicólisis, y por lo tanto tiene un mayor número de sustratos para el ciclo de TCA y la posterior fosforilación oxidativa. A fin de utilizar el mayor número de acetil-CoA, las células pueden necesitar tener una mayor tasa de fosforilación oxidativa. Acetil-CoA es un inhibidor alostérico de las enzimas de la PDH. Como hemos observado, PDHA2 es sustancialmente las reguladas en VGP el melanoma, que se puede atribuir al aumento del nivel de acetil-CoA. A medida que disminuye la actividad PDHA2, piruvato, naturalmente, se desviará a la formación de ácido láctico, que se muestra por la sobre regulación de LDHA y transportadores de lactato (proteínas MCT SLC16As 3 & amp; 6). La figura 2 muestra un modelo energético para el melanoma avanzado basado en los resultados de nuestro análisis de datos.
3. Diferencialmente expresado genes implicados en la invasión tumoral y la metástasis
Hemos estudiado los cambios de expresión de genes implicados en el proceso metastásico, con el objetivo de identificar posibles razones por las que los dos tipos de cáncer de piel tienen diferencias sustanciales en su capacidad de hacer metástasis. Para esto, se colocó el foco en las familias de genes pro-metástasis, es decir, la regulación positiva de la transición epitelial-mesenquimal (EMT), la regulación negativa de la adhesión celular, la quimiocina y familias de MMP, los cuales promueven la degradación de matrices extracelulares. La Figura 3 muestra la expresión observados cambios de genes implicados en estos procesos de los dos tipos de cáncer de piel, junto con los otros siete tipos de cáncer. Hemos hecho las siguientes observaciones de los datos en la Figura 3.
El melanoma VGP tiene el mayor número de hasta reguladas genes implicados en la familia de genes pro-metástasis, que tienen aún más este tipo de genes que el cáncer de páncreas; Si bien simplemente contando el número de hasta reguladas genes pueden ser una manera bastante crudo para evaluar la capacidad de un cáncer a la metástasis, la Figura 4 muestra que hay una fuerte correlación (negativa) entre este número y la tasa de supervivencia de cinco años de una cáncer.
melanoma VGP es el único tipo de cáncer de piel con hasta reguladas genes implicados en la regulación positiva de la transición epitelial-mesenquimal, que se considera ser el programa de desarrollo y regulador crucial para la invasión celular y la metástasis [19 ], [20]; Además, la significativa sobre regulación de genes implicados en la degradación de las moléculas de adhesión célula-célula y el aumento de la regulación negativa de la adhesión celular, las metaloproteinasas de la matriz y quimiocinas sugieren que todos los VGP es altamente metastásico [21].
La diseminación linfática representa una manera importante para la metástasis. Hemos observado que el número de genes expresados diferencialmente en la proliferación de linfocitos es mucho mayor en VGP melanoma en comparación con todos los otros subtipos de cáncer de piel en estudio (véase la figura S2).
Se ha informado de que un ritmo circadiano puede caótica conducir a un crecimiento más rápido del tumor [22]. En la figura anterior, hemos observado que los genes clave de la vía ritmo circadiano se expresan diferencialmente en VGP melanoma, pero sólo en una medida muy limitada en otros subtipos de cáncer de piel en consideración. CRY2, el gen más importante que controla el ritmo circadiano celular [23], muestra baja regulación sólo en VGP melanoma entre todos los tipos de cáncer que se examinan. Artículos (2) -. (4) anteriores sugieren que el melanoma VGP tiene las mayores actividades de células invasión y metástasis
Por el contrario, sólo unos pocos genes de BCC están regulados en los procesos antes mencionados. Entre los dos subtipos BCC diferentes, no es la forma morfea la forma nodular, que tiene los genes más regulados up-, que es coherente con los informes anteriores que esta forma representa la forma BCC con el mayor número de casos de metástasis [24]. Hemos observado que en la morfea BCC, un número de genes que codifican los colágenos y proteínas implicadas en anti-metástasis son altamente regulados hasta, lo que sugiere que el cáncer está bajo el control del sistema inmune en la inhibición de la invasión y la metástasis a lo largo de su desarrollo.
el eje x es la tasa de supervivencia de cinco años que van de 0 a 100% (datos utilizados desde www.cancer.org), y el eje y es el número de diferencialmente genes que se expresan para cada tipo de cáncer.
en general, nuestro análisis sugiere que VGP el melanoma tiene el mayor potencial y habilidad única para hacer metástasis entre los tipos de cáncer estudiados en el presente documento, mientras que la capacidad de la BCC a la metástasis es la más débil entre el nueve tipos de cánceres que se trate.
4. Diferencialmente expresado genes implicados en otros procesos relacionados con el cáncer
4a. Diferencialmente expresado genes implicados en la proliferación celular.
La autosuficiencia en las señales de crecimiento es una capacidad adquirida importante de cualquier tipo de cáncer. Nuestro análisis de los genes expresados diferencialmente implicadas en la regulación positiva de la proliferación celular indica que el melanoma VGP tiene sustancialmente más genes regulados hasta en esta categoría que todas las otras formas de cáncer de piel. En concreto, hemos observado que el número de estos genes regulados es comparable a la del cáncer de páncreas con los datos detallados dados en la Figura S3. Especialmente digno de mención es que VGP melanoma es el único tipo de cáncer entre los nueve tipos de cáncer que muestran sustancial sobre regulación de los genes de la vía de señalización Jak-STAT, que es una vía fundamental que promueve el crecimiento celular.
4b . Diferencialmente expresado genes implicados en la apoptosis.
La morfea BCC, nodular BCC y melanoma VGP todos tienen numerosos números de genes expresados diferencialmente implicados en la regulación negativa de la muerte celular, como se muestra en la figura S4. A partir de esta figura podemos ver una tendencia creciente en el número de genes regulados como el tipo de cáncer se vuelve más agresivo. En concreto se observó que este número para VGP es superior a todos los otros tipos de cáncer que se trate, excepto para el cáncer de páncreas.
4c. Genes expresados diferencialmente implicados en la angiogénesis.
Ninguno de los tipos de cáncer de piel Mostrar Actividades de la angiogénesis se incrementó, a diferencia de la forma avanzada de los otros tipos de cáncer, como se muestra en la Figura 5. Esta observación es consistente con nuestra anterior constatación de que los cánceres de piel son por lo general no están bajo estrés hipóxico y por lo tanto probablemente no tienen presión para activar la vía de la angiogénesis.
5. firma genes para los dos tipos de cáncer de piel
Nosotros hemos predicho firma genes y grupos de genes para el melanoma y el BCC, respectivamente, donde un gen
firma gratis (o
marcador de
) o grupo de genes se refiere a genes cuya expresión patrón es único para un tipo específico de cáncer. A continuación, prueba el rendimiento de los genes identificados firma para los dos tipos de cáncer, respectivamente, en dos conjuntos de datos, independiente de los conjuntos de datos de entrenamiento utilizado, es decir, GSE3189 para el melanoma y GSE12542 para BCC. Para el melanoma, las cinco primeras firmas 1-gen, OAS3 (82,9% en la formación y el 71,4% en el conjunto de prueba), RALBP1 (82,9% en la formación y el 71,4% en el conjunto de prueba), GLA (80,4% en la formación y el 71,4% en las pruebas set), LLGL1 (80,4% en la formación y el 71,4% en el conjunto de prueba) y SERPINA6 (80,4% en la formación y el 71,4% en el conjunto de prueba), todos tienen mejor que el 80% de precisión de clasificación entre los casos de melanoma y casos de control en el equipo de prueba. Entre los marcadores principales, OAS3 y SERPINA6 se prevé que sean secretora sangre por nuestro programa de predicción [25], por lo tanto, lo que sugiere la posibilidad potencial en la identificación de marcadores de diagnóstico para el melanoma a través de análisis de sangre. Del mismo modo, cuatro firmas 1-gen con la precisión de clasificación mejor que el 71% se prevé que sean de excreción de orina, CCL18 (73,2% en la formación y el 71,4% en el conjunto de prueba), HEXB (73,2% en la formación y el 71,4% en el conjunto de prueba), IFI30 (73,2% en la formación y el 71,4% en el conjunto de prueba) y STC1 (73,2% en la formación y el 71,4% en las pruebas), a través de nuestro programa de predicción [26], lo que sugiere la viabilidad potencial en la identificación de marcadores de diagnóstico para el melanoma a través de los análisis de orina. Entre las principales firmas de 2 genes, tres pares alcanzan la precisión de clasificación superior al 85% tanto en la formación y los conjuntos de datos de prueba. Tres pares, con formación de clasificación precisiones mejor que el 90% y precisión de la clasificación de pruebas mejor que el 70%, se prevé que sean de secreción de sangre y sólo 1 par CTSK_RNASE6 (87,8% en la formación y el 73,0% en conjuntos de prueba), con la clasificación de la formación de precisión mejor que 87% y probar la precisión de clasificación mejor que el 70%, se prevé que sean de excreción de orina.
para BCC, los dos marcadores de genes top-1, CS (90,3% en la formación y el 87% en el conjunto de prueba) y TACSTD1 (87,1% en la formación y el 87% en el conjunto de datos de prueba), ambos tienen al menos un 87% de precisión de clasificación tanto en la formación y conjuntos de datos de prueba. Entre los marcadores superiores, EGR1 (87,1% en la formación y el 81,3% en el conjunto de prueba) se prevé que sea de secreción de sangre. Del mismo modo, RAB3D (80,6% en la formación y el 80% en el conjunto de datos de prueba) se prevé que sea de excreción de orina, con una precisión de clasificación mejor que el 80% en ambos conjuntos, proporcionando potenciales marcadores de diagnóstico para el melanoma a través de los análisis de orina. Los dos mejores firmas de 2 genes tienen precisiones de clasificación superior al 90% tanto en la formación y las pruebas conjuntos. Además, cuatro firmas pares, con precisión de clasificación superior al 80%, tanto en la formación y las pruebas conjuntos, se prevé que codifican proteínas de secreción de sangre. La lista detallada de todos estos genes marcadores se da en la Tabla S3.
Materiales y Métodos
1. Microarrays de expresión génica de datos para nueve tipos de cáncer
de datos de microarrays de expresión génica para los dos tipos de cáncer de piel fueron descargados de la base de datos NCBI GEO [27]. Los datos de melanoma es el conjunto de datos GSE12391 y los datos BCC es el conjunto de datos GSE6520. Los datos de expresión de genes para los siete tipos de cáncer utilizados en este estudio: de mama, colon, riñón, pulmón, páncreas, próstata y estómago, también se descargan de la base de datos GEO del NCBI. Para cada conjunto de datos utilizados para cada tipo de cáncer, nos hemos asegurado de que el conjunto de datos se ha generado utilizando la misma plataforma por el mismo grupo de investigación. Para cada uno de la clasificación problema resuelto en este estudio, hemos utilizado un conjunto de datos de entrenamiento y un conjunto de pruebas independiente para cada tipo de cáncer. Los detalles de los datos se dan en la Tabla S4.
Teniendo en cuenta que los diferentes conjuntos de datos de microarrays utilizados en este estudio cubren diferentes conjuntos de genes, se han considerado los genes que pertenecen a todos los microarrays de datos utilizados en este estudio para toda la comparativa analiza lo largo de este documento, que consta de 4.401 genes. La lista detallada de estos genes se da en la Tabla S5. Hacer el mapa de genes a través de diferentes bases de datos, nos basamos en los de identificación de genes NCBI de los genes, es decir, dos genes en diferentes conjuntos de datos son considerados como los mismos genes si sus identificadores son idénticos.
La lista de genes del cáncer se haya descargado desde el sitio web gen del cáncer de censo, que contiene 457 genes del cáncer confirmados (http://www.sanger.ac.uk/genetics/CGP/Census/).
2. La identificación de genes expresados diferencialmente
Para cada conjunto de datos utilizados en este estudio, hemos utilizado los datos de expresión normalizada del estudio original. Somos plenamente conscientes de que los datos de expresión de genes a través de diferentes conjuntos de datos no necesariamente directamente comparables; por lo que hemos comparado los factores de cambio entre el enfermo y los tejidos de control para cada tipo de cáncer con los factores de cambio de los datos de expresión de otro tipo de cáncer. Figura S5 muestra que los factores de cambio globales entre los dos tipos de cáncer son generalmente comparables entre los nueve tipos de cáncer en consideración. Cabe señalar que en el cálculo del factor de cambio de un gen individual para un tipo específico de cáncer, no hicimos uso de la información de los tejidos de control enfermas pareados, en cambio se estimó el factor de cambio basado en la distribución de genes de expresión de la génica a través de todos los tejidos de cáncer en comparación con los tejidos de control, para cada tipo de cáncer. Lo hicimos porque algunos de los conjuntos de datos han emparejado Wile información de otras bases de datos no lo hacen.
Para cada conjunto de datos, se aplicó la prueba de Mann-Whitney para identificar los genes que son expresados diferencialmente en el cáncer de
frente
muestras de control de la siguiente manera: dada la hipótesis nula de que un gen no se expresa diferencialmente entre el cáncer
frente
los grupos de control, el rechazo de esta hipótesis significa que el gen se expresa diferencialmente en el cáncer. Consideramos un gen como
hasta reguladas
si la significación estadística,
p-valor
, es inferior a 0,01 y su plegable aumento es al menos 1,5. Un
las reguladas
gen se define de manera similar.
Para los datos sobre el cáncer no cutáneo, sólo tenemos en cuenta los genes con constante hacia arriba /abajo-regulación, tanto en la formación y los conjuntos de datos de prueba como los genes expresados diferencialmente.
3. Pathway análisis enriquecimiento de los genes expresados diferencialmente
Análisis de análisis y enriquecimiento vía funcional se llevaron a cabo utilizando DAVID [28], donde la vía de la información se basa en la anotación de KEGG (http://www.genome.ad.jp /KEGG /). A
p
-valor & lt; 0,05 se usó como el umbral para determinar si una ruta está enriquecido o no por los genes expresados diferencialmente identificados. Tenga en cuenta que las observaciones realizadas a lo largo de este trabajo son generalmente estables con respecto a la p-valor de corte. También tenga en cuenta toda la vía de análisis de enriquecimiento se basa en los 4.401 genes que son compartidos por todos los conjuntos de datos utilizados en este estudio.
4. Predicción de la firma genes
Para derivan firma genes o grupos de genes, se realizó una búsqueda exhaustiva de todos los k-gen (k = 1, 2) combinaciones entre los genes expresados diferencialmente, usando un clasificador basado en SVM lineal . Hemos usado 5 veces la validación cruzada para validar cada firma identificada. Remitimos al lector a [29] para el procedimiento detallado que se utiliza.
Discusión
Nuestro análisis de datos de expresión de genes reveló que los dos tipos de cáncer de piel utilizan la fosforilación oxidativa como el metabolismo de la energía, además de clave glucólisis. Toda la evidencia revelada por nuestro estudio indica fuertemente que los dos tipos de cáncer de piel no están bajo estrés hipóxico, por lo tanto, que explica por qué los dos tipos de cáncer no muestran el efecto Warburg. El alto metabolismo de la energía en el melanoma, impulsado por la vía de energía sustancialmente más eficiente, la fosforilación oxidativa-up regulado en comparación con las alternativas, junto con su alta capacidad de metástasis, explicado por qué el cáncer es tan agresivo. Por el contrario, BCC, durante el uso de la energía de la fosforilación oxidativa, parece tener un bloque obvio por el sistema inmune, que parece prevenir la invasión de células y la metástasis, por lo tanto haciendo que el cáncer de uno de los cánceres menos mortales.
La nuevos conocimientos derivados de este estudio son de naturaleza global y la falta de información detallada mecanismo debido a la naturaleza de baja resolución de los conjuntos de datos no apareados utilizados en este estudio. Anticipamos que las percepciones de mayor resolución podrían derivarse utilizando el mismo método de cálculo, sino en pareados conjuntos de datos de control del cáncer.
Creemos que nuestro estudio proporciona una forma nueva y altamente eficaz para obtener nuevos conocimientos y la comprensión de ciertos única características de los diferentes tipos de cáncer en su formación y progresión a través de la gran minería de datos de expresión de genes a través de múltiples tipos de cáncer, pero se centraron en las principales vías de cáncer pertinentes.
Apoyo a la Información
Figura S1.
cambios en el nivel de expresión de los genes proto-oncogén y supresores de tumores para dos tipos de cáncer de piel
doi:. 10.1371 /journal.pone.0030750.s001 gratis (PDF)
figura S2.
cambios en el nivel de expresión de genes implicados en la regulación positiva de la proliferación de linfocitos por dos tipos de cáncer de piel y siete tipos de cáncer de piel no
doi:. 10.1371 /journal.pone.0030750.s002 gratis (PDF)
Figura S3.