Abstract

Um número de cromossomos desequilibrada (aneuploidia) está presente na maioria dos tumores malignos e tem sido atribuída a mitótica mis-segregação dos cromossomas. No entanto, estudos recentes demonstraram uma taxa relativamente elevada de cromossómica mis-segregação também em células humanas não-neoplásicas, enquanto que a frequência de células aneuploides permanece baixo durante toda a vida na maioria dos tecidos normais. Isto implica que as células aneuploides recém-formadas são sujeitas a selecção negativa nos tecidos saudáveis ​​e que a atenuação deste selecção poderia contribuir para aneuploidia em cancro. Para testar isso, nós modelamos o crescimento celular como processos em tempo ramificação discretos, durante os quais os ganhos e perdas de cromossomos foram gerados e suas células hospedeiras submetidas a pressões de seleção de várias magnitudes. Em seguida, avaliada experimentalmente a frequência de segregação cromossómica mis-, bem como a prevalência de células aneuploidia em células não neoplásicas humanas e em células cancerosas. Integrando estes dados em nossos modelos permitiu a estimativa da redução da aptidão resultante a partir de uma única cópia cromossoma número de modificação para uma média de ≈30% em células normais. Em comparação, as células cancerosas mostrou uma redução média de fitness de apenas 6% (p = 0,0008), indicativo de tolerância aneuploidia. Simulações com base na presença combinada de cromossômica mis-segregação e tolerância aneuploidia reproduzida distribuições de aberrações cromossómicas em 400 casos de cancro com maior fidelidade do que os modelos baseados em cromossômica sozinho mis-segregação. A engenharia reversa do desenvolvimento de células cancerígenas aneuplóide

in silico

previu que a intolerância aneuploidia é um fator limitante mais forte para a expansão clonal de células aneuplóides do que cromossômica taxa de mis-segregação. Em conclusão, nossos resultados indicam que não apenas uma taxa de mis-segregação cromossômica elevada, mas também uma tolerância generalizada a novos desequilíbrios cromossômicos contribuir para a paisagem genômica dos tumores humanos

Citation:. Valind A, Jin Y, Gisselsson D (2013) Tolerância elevada para Aneuploidia em células de câncer: avaliação dos efeitos da aptidão de alterações número de cromossomos pela

In Silico

Modelação da Somatic Genome Evolution. PLoS ONE 8 (7): e70445. doi: 10.1371 /journal.pone.0070445

editor: Daniela Cimini, Virginia Tech, Estados Unidos da América

Recebido: 21 de março, 2013; Aceito: 18 de junho de 2013; Publicação: 24 de julho de 2013

Direitos de autor: © 2013 Valind et al. Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos da Licença Creative Commons Attribution, que permite uso irrestrito, distribuição e reprodução em qualquer meio, desde que o autor original ea fonte sejam creditados

Financiamento:. Financiamento: Swedish Foundation cancro da infância, Swedish Cancer Society, Conselho de Pesquisa sueco, Gunnar Nilsson Cancer Foundation, eo Programa de Investigação Estratégica BioCare. Os financiadores não tiveram nenhum papel no desenho do estudo, coleta de dados e análise, decisão de publicar ou preparação do manuscrito

CONFLITO DE INTERESSES:.. Os autores declararam que não existem interesses conflitantes

Introdução

Durante a última década, têm sido descritas uma série de mecanismos moleculares causando alterações genômicas em células cancerosas. As aberrações estruturais dos cromossomos, tais como deleções, duplicações e amplificações de genes, são frequentemente causada por disfunção telomérica ou outros gatilhos de DNA rupturas de filamentos duplos, seguido por ciclos de quebra-fusion-ponte mitóticas [1] – [3]. Um número de cromossomas inteiros desequilibrada (aberrações numéricas; aneuploidia), por outro lado, é causada por defeitos do fuso mitótico, como anexos cromossómicas merotelic [4], [5] ou multipolar fuso combinada com insuficiência cytokinetic [6]. Recentemente, foi também mostrado que os cromossomas que mis-segregar podem ser danificadas durante a citocinese, levando a quebras de ADN de cadeia dupla e translocações desequilibradas nas células filhas, implicando assim uma sobreposição entre as rotas levando a aberrações numéricas e estruturais [7]. Um pré-requisito para o estabelecimento de complexos aberrações cromossómicas estruturais é a tolerância ao DNA rupturas de filamentos duplos, mais particularmente a inativação da resposta dependente da p53 [1], [8]. Em geral, uma tolerância de quebras de ADN parece ser uma característica muito comum em células de tumor quando comparada com células não neoplásicas, permitindo que os mecanismos que dão origem a alterações genómicas estabelecer-se em tumores e aumentando a probabilidade de mutações tumorigénicas a ocorrer [9] .

a questão que permanece é se as células cancerosas também reagem a novas alterações no número de cromossomos, como monossomias e trissomias, de forma que os distingue das células normais. Em caso afirmativo, este factor pode ser tão importante como defeitos fuso mitótico para a geração de aneuploidia em cancro. Algumas evidências circunstanciais tem sido apresentado para uma maior tolerância a novos aberrações cromossômicas em células cancerosas. células humanas não-neoplásicas têm mostrado exibir uma taxa significativa de erros cromossoma de segregação na mitose [6]. Uma vez que a prevalência de células aneuploides, no entanto, continua a ser baixa na maioria das células somáticas ao longo da vida humana, isso indica a presença de uma pressão de selecção negativa endógeno contra (reduzida aptidão de) células aneuploidia em tecidos humanos, como tem sido encontrado em vários organismos modelo [10 ], [11]. Esta seleção negativa pode, teoricamente, ser reduzido em câncer para permitir aneuploidia em larga escala. Que as células eucarióticas pode realmente desenvolver essa tolerância contra aneuploidia foi relatado recentemente por um sistema modelo de levedura, onde foram encontradas mutações-tolerando aneuploidia para afetar vias de degradação mais proeminente ubiquitina-proteossomal [12]. Tomados em conjunto, estes dados levantam a perguntas (1) se uma tolerância generalizada para aneuploidia está presente em células cancerosas humanas, (2) o que magnitude seria uma tal tolerância tem em células de câncer em comparação com as células normais, e (3) como seria seletiva forças agindo em aneuploidia afetar a paisagem genômica dos tumores?

Para o nosso conhecimento, poucos ou nenhuns experimentos têm abordado estas questões, utilizando células humanas primárias com comparações com células cancerosas humanas. Uma razão para isto é que é difícil de quantificar simultaneamente instabilidade cromossómica, aneuploidia e parâmetros de proliferação celular em células em crescimento humanos. Uma abordagem alternativa é a de analisar cuidadosamente as taxas de segregação cromossómica mis-, bem como a prevalência exato de células aneuploidia em ambos cancro e as populações de células normais, seguido de incorporação destes dados para um modelo computacional robusta da evolução no nível celular. Usando uma abordagem computacional, investigamos se as células cancerosas têm uma maior tolerância a alterações de todo o cromossomo novos em comparação com células não neoplásicas e em que medida tal tolerância reduzida poderia explicar o padrão global de alterações cromossômicas em neoplasias.

resultados

Construindo Algoritmos para estimar o impacto de aneuploidia em proliferativa celular Survival

o principal objetivo do presente estudo foi estimar as consequências da aneuploidia na sobrevivência celular a longo prazo em um sistema humano, incluindo ambas as células normais e cancerosas. Para alcançar este objectivo, construiu-se um algoritmo que simulou o crescimento de uma população multicelular de uma única célula como um tempo discreto processo de mitoses consecutivos de ramificação, cada um com uma probabilidade de erro constante cromossoma de distribuição (Figuras 1 e 2). O algoritmo principal foi implementado como o software Chiron (Figura S1; Protocolo S1; Software S1 e S2), onde os seguintes parâmetros podem ser definidos arbitrariamente: (1) a frequência de erros de segregação cromossômica inteiras por cromossoma por mitose; (2) o impacto na sobrevivência proliferativa de qualquer autossômica toda aberrações cromossómicas (monossomia, trissomia, tetrassomia etc.), exceto para nullisomy (0 cópias de um autosome). nullisomy autossômica completa foi invariavelmente considerada letal, porque este tipo de aberração é observada muito raramente em células humanas vivas. As consequências negativas da aneuploidia foram especificados pelo parâmetro selecção 0 ≤

s

≤ 1, em relação à sobrevivência média proliferativa de células diplóides normais. Se

S = 0 para um

aberrações cromossómicas específicas, em seguida, a sobrevivência de uma célula proliferativa transportando esta aberração (

ie

sendo aneusomic) seria igual à das células diplóides circundantes, como simulado uma probabilidade igual de sofrer mitose outro. Se

s =

1, implicando a seleção negativa máxima, a célula aneuplóide seriam excluídos de todas as futuras gerações mitóticas. Os valores de

s

abaixo de 1, mas maior do que 0 significa uma redução relativa de sobrevivência proliferativa. Por exemplo,

s

= 0,4 equivale a uma probabilidade de 40% de sair permanentemente do ciclo mitótico antes da divisão celular ao lado, uma vez que a probabilidade de outra mitose de células diplóides é 100%,

ou seja

uma redução de 60% de sobrevivência proliferativa.

com base em dados experimentais anteriores [6] mis-segregação foi simulado como resultante de não-disjunção de cromátide irmã resultando em um monosomic e uma célula filha trisomic (painel superior) e chromatid ficando resultando em monossomia em um núcleo filha (painel inferior). Cada um desses eventos foi de, aproximadamente em freqüência, em todos resultando em uma média de células filhas aneuplóide 75% (fundo vermelho e verde) por evento mis-segregação.

Aneuploidia é gerado em uma taxa específica (

p

) de mitótico mis-segregação, onde trisomic (círculos vermelhos) e as células monosomic (círculos verdes) têm certas probabilites (

s

t e

s

m respectivamente) de prisão permanente proliferativa /death (barras horizontais pretas) em cada ciclo mitótico. Dois ou mais aneusomies vai resultar no aumento de probabilidades de detenção /morte como exemplificado por células marcadas ++ e + -.

Para monitorar as propriedades inerentes a este modelo, foi realizada a primeira simulações com a taxa de erros de segregação mitóticas fixado à ordem de grandeza encontrada em células humanas não neoplásicas. Em um estudo anterior [6], que relataram uma taxa mediana mis-segregação de 4 × 10

-4 /cromossomo /mitose (intervalo 3,3-4,1 × 10

-4) em células humanas primárias de fibroblastos de baixa passagem , com uma relação de 02:01 entre nondisjunction simétrica de chromatids e chromatid atrasada (Figura 1). Esta taxa de mis-segregação foi semelhante em magnitude à taxas previamente referidas para linhas celulares humanas imortalizadas não neoplásicas, derivadas a partir de fibroblastos e /ou epitélios fetal ou pós-natal [4], [13], [14]. Usando uma taxa de erros de segregação constante de 4 × 10

-4 /cromossoma /mitose, a prevalência de células aneusomic foi estudada como uma função de diferentes graus de selecção negativa contra aneusomy para qualquer cromossoma numa população de células expandida para 500 gerações . Como esperado, a prevalência de células com aneusomy foi inversamente proporcional ao grau de selecção negativa. Depois de aproximadamente 25 gerações simulações com

s

≥ 10% atingido um patamar, indicando que um estado de equilíbrio dinâmico tinha sido alcançado entre a geração de células aneusomic e sua eliminação por seleção negativa (Figura 3A). Porque 25 gerações pós-zigóticos irá gerar um máximo de 3,36 x 10

7 células (não contando a morte celular e a formação de tecidos extra-embrionárias), por sua vez corresponde a uma biomassa sólida na gama de apenas 18-140 uL ( assumindo que uma gama de diâmetros de células de 10-100 uM), o equilíbrio dinâmico pode ser assumida para ter apresentado bem antes do nascimento para níveis de selecção ≥ 10%. Assim, para uma linhagem de células somáticas com um nível razoavelmente constante do cromossoma mis-segregação, a sua frequência de células aneusomic podem ser usadas para estimar o grau de selecção negativa dependente de aneusomy para um determinado cromossoma, a menos que este valor selecção é muito pequeno (Figura 3B ).

(simulação baseada em Chiron a) (20 pistas paralelas) de uma população de células que cresce com uma taxa de mis-segregação de 4 × 10

-4, onde diferentes graus de selecção (

s

) contra células aneuplóides são impostas. Os valores médios resultantes de prevalência de células aneusomic (não-disomic) para um determinado cromossoma são dadas como índices aneusomy (AI) no eixo dos y. AI é reduzido com

s

valores mais elevados e atinge um equilíbrio dinâmico em torno de 25 gerações, mesmo em valores de seleção tão baixas quanto 10%. (B) Relação da média AI para um determinado cromossomo e seleção negativa agindo sobre as células com aneusomy para este cromossomo. As linhas vermelhas correspondem a estimativas de selecção feita a partir de dados experimentais para os cromossomas 1 e 17 em F1 e F2. As barras de erro correspondem a desvios-padrão em 20 simulações. (C) de fluorescência

in situ

hibridação (FISH) foi utilizado para estimar AI em fibroblastos humanos normais, exemplificadas pelas células F1 disomic (2 N) e trisomic (3N) para o cromossomo 17 (vermelho, sinal da sonda braço q; azul, sinal de centromérico). (D) Prevalência de células monosomic e trisomic, bem como AI global estimado por FISH nas duas linhas de fibroblastos F1 e F2. (E) estimativas do grau de seleção negativa agindo sobre as células aneusomic para cromossomas 2 e 17 em F1 e F2 Chiron based, deduzida por comparação Peixe-dados (AI) com a modelagem da AI em função do

s

(Figura 3B). Os valores máximo e mínimo de corresponder a ± 2 desvios-padrão.

estimar os níveis de Aneuploidy e tolerância Aneuploidia em células normais

Para estimar o grau de aptidão reduzida resultante da aneusomy autossômica no correio normal células humanas -Natal por modelagem probabilística, que, em seguida, determinaram a prevalência de células aneusomic em populações de fibroblastos de dois indivíduos pré-púberes (F1 e F2), onde as taxas de mis-segregação tinha sido previamente estimados [6]. Estudos anteriores de prevalência de aneuploidia em células humanas de tecidos saudáveis ​​têm mostrado resultados muito diferentes, mesmo dentro do mesmo tipo de célula [15] – [19]. Estas variações podem em certa medida ser atribuído ao relativamente elevado fundo de falsos positivos para o tipo de análise utilizado (hibridização fluorescente in situ, FISH), quando se emprega uma única sonda para avaliar um cromossoma para que aneusomy está presente apenas num número pequeno de células. Para separar o presumivelmente baixo nível de aneusomy em células normais de fundo causada por hibridação inespecífica, foram utilizadas duas sondas FISH marcados diferencialmente para cada cromossomo investigada em F1 e F2, visando o centrômero e um braço cromossomo, respectivamente. Esta abordagem permitiu não só a identificação de falsos positivos devido ao cross-hibridação de uma única sonda, mas também subtração de níveis de fundo resultantes da hibridação errôneo de duas sondas diferentemente marcados (duplas falsos positivos; Figura S2). Para controlar as potenciais diferenças de impacto entre aneusomies para cromossomas com diferentes tamanhos e conteúdo genético [15], optamos cromossomas 2 (≈243 Mb; 10,496 alinhamentos transcrição) e 17 (≈81 Mb; 6.330 alinhamentos transcrição) como cromossomos índice de avaliação por interfase FISH (Figura 2C).

a estimativa da prevalência de células aneusomic para cromossomas 2 e 17 em F1 e F2 por esta abordagem resultou em uma prevalência média de células aneusomic de 1,5 × 10

-3 por cromossomo par após a subtração de fundo (Figura 2D). Isto correspondeu a uma prevalência de células aneuploides de cerca de 3%, quando extrapolado para todos os cromossomas (= pares de 23 de cromossomas). Não houve diferença significativa na prevalência aneusomy entre as populações de fibroblastos ou entre os dois cromossomas de índice. Os aneusomies observados foram restritos a monossomias e trissomias, em que os primeiros foram pelo menos duas vezes mais comum do que o último. Isto estava em conformidade com estudos anteriores [6] mostrando que mitóticas mis-segregação em células normais consistem principalmente de não disjunção irmã cromatídeos (3-1 segregação) e ficando cromatídeos (2-1 segregação), em geral resultando na geração de um relativamente mais elevada proporção de monossomias trissomias do que a uma razão aproximada 02:01. A dupla abordagem cor FISH resultou em uma estimativa de prevalência consideravelmente menor de aneusomy que estudos anteriores PEIXES-sonda única, mostrando taxas aneusomy de 1-20% ao par de cromossomas [16] – [19], indicando que a nossa abordagem reduziu a taxa de falsa positivos. As nossas estimativas foram da mesma ordem de grandeza que os primeiros estudos realizados por bandas cromossoma em linfócitos e amniócitos [20]. Para validar ainda mais a nossa abordagem foi realizada citogenética análises em várias culturas de fibroblastos humanos primários, incluindo a F1 e F2 (Tabelas S1 e S2), todos mostrando uma prevalência aneusomy de aproximadamente 1 × 10

-3. Em contraste, as estimativas-sonda única da prevalência de células aneusomic em F1 e F2 foram, em média, nove vezes superior. Tomados em conjunto, descobrimos que a maioria dos estudos anteriores apresentaram superestimativa da prevalência de aneuploidia em células humanas não neoplásicas, enquanto uma abordagem cor dupla forneceu uma avaliação mais robusta.

A prevalência de aneusomies em F1 e F2 foram em seguida, em comparação com os dados gerados Chiron para deduzir o grau de aptidão selecção redução /negativa para células monosomic trisomic e em comparação com as células diplóides (Figura 3B). Simulando expansão monoclonal com uma taxa normal de mis-segregação (4 × 10

-4), a seleção negativa resultante da monossomia foi encontrado para ser, em média, 28% e que a partir de trissomia 31%, sem diferenças significativas entre eles (Figura S3). Nem houve diferenças significativas entre os dois cromossomos índice. Para estimar a maior margem possível de erro para estes cálculos, que, em seguida, também levou em conta (1) a variabilidade na estimativa de fibroblastos taxa de mis-segregação de 3,3-4,1 × 10

-4 e (2) o fato de que as variações existiu para os cromossomos de índice. Isto resultou em um período de selecção negativa, de 19% a 50% (reflectindo médios ± 2 desvios-padrão). O grau máximo de selecção negativa nestas estimativas era invariavelmente muito abaixo de 100%, o que implica que a eliminação de células aneuploides partir de uma população de células normais de crescimento é tipicamente um processo em várias gerações mitóticas. Porque não houve diferença significativa entre trissomia e monossomia, estimou-se a selecção negativa geral contra aneusomy usando Chiron, resultando em uma média de 29% em uma escala relativa (Figura 3B, E). Isto significa que em uma população em expansão contínua com 100% de probabilidade de mitose entrar re-para células diplóides, uma célula aneuplóide recém-gerado teria a menor chance de cerca de 49% para a sobrevivência proliferativa até duas gerações, mas apenas 3% de chance de sobrevivência até 10 gerações.

células cancerosas humanas podem ter uma maior tolerância ao aneuploidia

para fazer uma avaliação semelhante do grau de redução da aptidão celular resultante de aneuploidia em células cancerosas, usamos quatro células de câncer linhas (LoVo, DLD1 e SW480 derivada de carcinoma colorretal, CRC; WiT49 derivado do tumor de Wilms, WT) em que tínhamos anteriormente estimada a taxa de cromossomo mis-segregação [6]. Enquanto DLD1 e WiT49 tinham taxas de mis-segregação próximos dos fibroblastos, LoVo e SW480 apresentaram um elevado grau de instabilidade mitótica (Tabela 1). Enquanto o stemline de DLD1 foi pseudo-diplóide, as outras linhas exibiu aneuploidia substancial com um número de cópias ≠ 2 durante vários cromossomas na stemline [3], [21]. Para estimar a prevalência de células aneuplóides nestas linhas, FISH análises com subtração de fundo foram novamente realizados. Porque o nosso objetivo era estudar a formação e eliminação de aneusomies em curso, o índice aneusomy em linhas celulares de cancro foi definida como a prevalência de células com um número de cópias não-modal para o cromossomo alvo [22]. Para ser capaz de monitorar possíveis diferenças de seleção negativa entre células variáveis ​​número de cópias entre dissomia e aqueles mudança do número de cópias de um estado pré-existente de aneusomy stemline, foram selecionados sondas para cobrir cromossomos mostrando dissomia, trissomia e tetrassomia nas stemlines dos diferentes linhas de células (Tabela 1).

Como esperado, a prevalência de células com números de cromossomos não-modal foi consideravelmente (≈10-300 vezes) maior nas linhas de células cancerosas com cromossômicas elevados mis-segregação taxas (LoVo e SW480) do que nas células normais anteriormente investigados. No entanto, também nas populações de células de cancro com um fim a taxa de erros de segregação normal (DLD1 e WiT49), a prevalência de células com números de cópias não-modal foi pelo menos 10 vezes maior do que o valor médio de fibroblastos (Tabela 1). Isto forneceu evidências indiretas para atenuação da seleção negativa dependente de aneuploidia em células cancerosas em comparação com células humanas normais. No entanto, a análise não fez

valores relativos per se

rendimento de sobrevivência proliferativa que possam ser comparados entre células normais e células cancerosas. Para obter isto, a taxa incorporada cromossómicas mis-segregação para cada linha celular para o algoritmo usado e Chiron uma escala crescente de selecção negativa contra novos aneusomies de um modo semelhante à análise de fibroblastos. Isto foi feito sob a suposição de que os diferentes cromossomos variam pouco em relação às suas taxas individuais mis-segregação, o que é consistente com dados anteriores [4], [6]. valores de seleção negativos para as linhas celulares de cancro foram estimados para cada cromossomo, combinando seu nível aneusomy a um ponto de equilíbrio dinâmico entre mis-segregação e eliminação pela seleção (Figura 4). Exceto para WiT49, o equilíbrio dinâmico foi atingido antes de 500 gerações mitóticas. Daí pontos de equilíbrio de 500 gerações foram utilizados para a estimativa da seleção negativa. WiT49 não atingir o equilíbrio até ≈1800 gerações para valores 0,5% e, portanto, pontos de equilíbrio em 2000 gerações foram utilizadas para a estimativa da seleção negativa. Uma população de células de tumor monoclonal derivada de uma população de células estaminais de regeneração contínua pode ser estimado ter sofrido, pelo menos, 2000 gerações antes de detecção [23]. Assim, é razoável supor que as células WiT49, representando uma linha celular estabelecida sub-cultivadas de forma contínua, tenham sido submetidos a pelo menos 2000 gerações anteriores às análises realizadas aqui.

(A-B) Um equilíbrio dinâmico com respeito para aneusomy índice (AI) for atingido antes 500 gerações, mesmo com muito baixas pressões de seleção negativos em populações de células cancerosas com uma taxa de mis-segregação baixa (exemplificado por 1% para DLD1 tendo uma taxa de mis-segregação quase normal). Ambos os lotes são de simulação roda individuais. (C-F) Em todos os quatro analisados ​​celulares de cancro linhas simulações previu uma relação quase linear negativa entre anusomy índice (AI) e do grau de seleção negativa (

s

) em uma escala logarítmica. linhas completas indicam valores AI médios e linhas quebradas Os valores mínimos e máximos para cada simulação de AI para um determinado

s

. linhas cinzentas correspondem a AI simulado para fibroblastos normais e círculos cinza indicam AI quantificada por FISH para cromossomas 2 e 17 em fibroblastos. linhas coloridas correspondem a simulado AIs para os cromossomos de números diferentes modais e círculos coloridos os valores AI estima-peixe para os cromossomos analisados ​​nas linhas celulares de cancro. Excepto para um cromossoma em LoVo, as pressões de selecção negativa em células que actuam aneusomic são mais baixos nas linhas celulares de cancro. Os dados completos calculados a partir destes AI

s

estimativas são apresentados na Tabela 1 e resumidos na Figura 5.

A estimativa das pressões de seleção negativas contra células aneusomic romance da célula cancerosa populações revelou que LoVo exibiu uma variação intercromossômicas maior tolerância em aneuploidia do que as outras três linhas de células, com uma tendência para a sobreposição com as células normais (Figuras 4 e 5; Tabela 1). Os outros três populações de células cancerosas expostas a diversidade menos com um máximo de 30 vezes a selecção negativa inferior dependente de aneuploidia do que as células normais. Tomadas em conjunto, as células cancerosas mostrou um risco significativo de morte /paragem de um recém-aneusomy sustentada de apenas 5,8% (p = 0,0008 comparado com os fibroblastos normais), indicativo de tolerância aneuploidia. Notavelmente, verificou-se não apenas em WiT49 e SW480, tendo enorme aneuploidia stemline, mas também em DLD1 com um stemline pseudo-diplóide e presente aneuploidia apenas no nível subclonal [3]. Estes dados indicam que a diversidade intercelular no número de cromossomos nas células cancerosas é dependente não só em uma taxa de mis-segregação elevado de cromossomos, mas também em uma tolerância elevada para aberrações recém-adquiridas.

Média aneusomy dependente seleção negativa (

s

) estimado pela Chiron-simulações. A única estrela denota p 0,05 e estrelas duplas p . 0.001 (Estudante de

t

-teste) na comparação entre cada linha de células cancerosas e fibroblastos normais (F1 + F2)

combinado Instabilidade mitótico e tolerância aneuploidia prever o cenário de aneuploidia em cancros humanos

os nossos resultados sugerem que alterações cromossômicas numéricas no cancro pode resultar de uma combinação do aumento da taxa de erro mitótico com uma maior tolerância aneuploidia. Em contraste, a grande maioria dos modelos anteriores de aneuploidia em cancro tenham incorporado apenas instabilidade genómica causada pela elevada taxa de mis-segregação [3], [4], [6], [7], [22]. Para testar se o nosso modelo combinado explicou o cenário epidemiológico de aberrações cromossómicas no cancro melhor do que os modelos baseados sozinho na instabilidade cromossômica, analisamos as distribuições de mudanças numéricas nos tipos de tumores para os quais tinham sido obtidos nossos dados experimentais de câncer,

ie

. CRC e WT. Tais distribuições globais de aberrações cromossómicas foram previamente mostrado ser altamente informativo em relação a padrões temporais de evolução clonal e seus mecanismos subjacentes [24] – [27]

Para explorar especificamente a distribuição de aberrações numéricas em CRC. e WT, dados citogenéticos foram importados do banco Mitelman de aberrações cromossómicas e Gene Fusions em Câncer (https://cgap.nci.nih.gov/Chromosomes/Mitelman), compreendendo 346 e 463 casos com cariótipo anormal, respectivamente. Depois de filtrar cariótipo com informação incompleta ou ambígua citogenética (marcadores, cromossomos em anel, cariótipo incompletos, e os casos diplóides), restava cariótipo de 151 CRCs e 269 STV. Traçando as frequências relativas dos casos de tumores de acordo com o seu número total de aberrações numéricas revelou uma distribuição log-linear altamente semelhante (Figura 6A) para ambos os tipos de tumores, onde a prevalência dos casos com um certo número de aberrações foi inversamente proporcional ao número de aberrações. A distribuição foi distintamente diferente do anteriormente relatado relação log-log global de aberrações, incluindo mudanças estruturais [27]. Isso indica que nenhum dos dois modelos teóricos sugeridos antes para a acumulação de aberrações cromossômicas no câncer (flutuação multiplicativo e apego preferencial [27]) pode explicar o padrão de aberrações numéricas /aneuploidia no CRC ou WT.

( a) Relatado dados citogenéticos do banco de dados Mitelman de aberrações cromossómicas e Gene Fusions em Câncer mostram uma relação log-linear entre a prevalência relativa eo número de aberrações numéricas por tumor (Nnapt), com distribuições altamente semelhantes para tumor de Wilms (WT) e câncer colorretal (CRC). (B) Modelação de um certo número de stemlines cancerosa surgindo no mesmo número de pacientes. Cada stemline é assumida para derivar de uma célula diplóide (tendo aberrações numéricas 0) e é deixada a proliferar durante um máximo de 2000 gerações (G), quando a distribuição geral de aberrações numéricas é amostrado. Stemlines acumular aberrações numéricas em uma determinada taxa mis-segregação (

p

) e estão sujeitos a seleção dependente de aneuploidia em um certo grau (

s

), que pode, por sua vez, resultam no encerramento da o stemline (haltere horizontal), correspondente ao fim da expansão clonal. Uma vez que isto pode resultar na regressão da tumorigénese numa fase inicial, os casos em que foram assim stemlines terminados foram removidos a partir de amostragem. (C) distribuição simulada dos casos de tumor com um certo número de aberrações numéricas como a coorte tumor é amostrado em gerações 1-2000 em um ambiente onde tumores abrigam uma taxa de mis-segregação elevada na ausência de seleção negativa contra células aneuplóides (veja principal texto para detalhes). Isto irá resultar numa distribuição binomial do tipo já após 100 gerações, o valor de modal, que aumenta com o tempo, em contraste com a distribuição real em tumores humanos (comparar com 6A).

Na busca de outros modelos explicativos, montamos um algoritmo que imitou a evolução paralela de 500 cariótipos stemline tumor (casos de câncer) mais de 2000 gerações [23], cada um começando com um genoma diplóide normal, ao qual foram aplicadas diferentes condições de instabilidade mitótico e seleção ( A Figura 6B). Nós primeiro testou o modelo padrão da instabilidade cromossómica em câncer, que não leva a seleção contra células aneuplóides recém-formados em conta, enquanto a taxa de mitótico do cromossomo mis-segregação é frequentemente elevados. Uma vez que a taxa mitótica mis-segregação é conhecido para variar amplamente entre tumores, cada stemline tumores virtual foi atribuído um débito de mis-segregação aleatória abrangendo desde normal (4 × 10

-4 /cromossoma /mitose) para o valor mais elevado registado ( 36 × 10

-4 [6]). O único critério de seleção imposta era extermínio obrigatório de stemlines tendo nullisomies obtidos, com base no fato de que tumores com ausência completa de material de um autosome foram relatados muito raramente (https://cgap.nci.nih.gov/Chromosomes/Mitelman) . Estas condições resultaram em um aumento contínuo do número total de aberrações cromossómicas na população de amostra com o aumento da geração de mitose (Figuras 6C e S4A), resultando numa distribuição binomial semelhante com um modo de 15 aberrações após 2000 gerações (Figura 7A). Várias variações na distribuição das taxas de mis-segregação também foram testados, com resultados semelhantes de uma distribuição binomial-like.

As distribuições esperado de acordo com diferentes condições de cromossômicas mis-segregação e seleção foram previstos por simulações como descrito na Figura 6. em cada gráfico, os dados relatados para tumor de Wilms (WT, círculos pretos) e cancro colorectal (CRC, círculos vermelhos) estão incluídos para comparação. (A) A distribuição esperada (abertas círculos azuis) de mudanças numéricas em um ambiente com instabilidade cromossômica (CIN), na ausência de seleção negativa dependente de aneuploidia (

s

) é binomial-like com um número alto modal