Abstract
Uma pesquisa recente revelou vários marcadores moleculares no câncer de pulmão. No entanto, os princípios organizacionais subjacentes às suas redes de regulação gênica ainda aguardam investigação. Aqui realizamos Rede Análise de Componentes (NCA) e Pathway Analysis Crosstalk (PCA) para construir uma rede de regulação no cancro do pulmão humano (A549) células que foram tratadas com 50 uM motexafin gadolínio (DMG), um medicamento quimioterápico catiónica metálica contendo para 4 , 12 e 24 horas. Nós identificamos um conjunto de FT-chave, genes alvo conhecidas para essas TFs e vias de sinalização envolvidos em redes regulatórias. O nosso trabalho mostrou que as interacções putativas entre estes TFs (tais como ESR1 /SP1, E2F1 /SP1, c-myc-VHS, Smad3 /c-Myc, e NFKB1 /RELA), entre TF e os seus genes-alvo (tais como BMP41 /Est1 , TSC2 /Myc, APE1 /Sp1 /p53, RARA /HOXA1, e SP1 /USF2), e entre as vias de sinalização (tal como a via de sinalização do PPAR e Adipocitocinas via de sinalização). Estes resultados fornecem insights sobre o mecanismo de regulação das células de câncer de pulmão humanos tratados com MGd
Citation:. Shao L, Wang L, Wei Z, Xiong Y, Wang Y, Tang K, et al. (2012) rede dinâmica de Transcrição e Pathway Crosstalk para revelar mecanismo molecular da MGD-trataram células do cancro do pulmão humano. PLoS ONE 7 (5): e31984. doi: 10.1371 /journal.pone.0031984
editor: Yidong Bai, da Universidade do Texas Health Science Center em San Antonio, Estados Unidos da América
Recebido: 18 setembro de 2011; Aceito: 16 de janeiro de 2012; Publicado em: 31 de maio de 2012
Direitos de autor: © 2012 Shao 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:. Este trabalho foi apoiado pelo Programa 973 (2010CB529600), o Programa 863 (2009AA022701), o National Nature Science Foundation da China (81.121.001), a Comissão Municipal de Shanghai do Programa de Ciência e Tecnologia (09DJ1400601), o National Key Technology Research Programa devolopment (2006BAI05A09), ea principal Academic Projeto Disciplina Xangai (B205). 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
O cancro do pulmão é a principal causa mundial de morte relacionada ao câncer com uma taxa de sobrevida em 5 anos inferior a 15% [1]. Vários marcadores moleculares associados com a progressão do câncer de pulmão foram identificados, incluindo TGF, MET, TP53, HIF1A, APC, KRAS e EGFR [2].
Os fatores de transcrição (TFS) e as vias desempenham papéis críticos na etiologias da câncer de pulmão. Por exemplo, o factor de transcrição E2F-1 é sobre-expressa em células do cancro do pulmão, e o nível é reforçado por desregulada circuitos PRB-p53-MDM2 [3]. análise de regulação da transcrição tem mostrado que o nível de actividade do promotor de Sp1 e expressão são regulados pela ETS-1 nas células de cancro do pulmão A549. A análise funcional de dois locais Ets-1 de ligação ao promotor de Sp1 sugere que apenas um local Ets-ligação -413 a -404 está envolvida na activação do promotor de Sp1 [4]. também tem sido bem documentado que a expressão de cPLA2 é crítica para o crescimento transformado de cancro do pulmão e de forbol via de transdução de sinal -activated 12-miristato 13-acetato (PMA) que está envolvida na activação enzimática da cPLA2. Estudos revelaram que c-Jun /nucleolina e complexos de proteína c-Jun /Sp1 desempenhar um papel importante na expressão do gene regulado PMA-cPLA2a [5]. Além disso, várias vias envolvidas na progressão do cancro do pulmão têm sido demonstrados, tais como PI3K /AKT, via de sinalização de TGF-beta, Wnt via, via JAK /STAT, e MAPK via /ERK [6], [7], [8 ], [9].
técnicas de alto rendimento em biologia, como microarray, geraram uma grande quantidade de dados que podem potencialmente fornecer informações em nível de sistemas sobre a dinâmica mecanismos subjacentes [10]. Para extrair informações significativas (TFS e as vias de informação) a partir de dados de expressão de alto rendimento, foram empregados NCA e PCA para construir e analisar a rede de regulação dinâmica em células de câncer de pulmão humanos tratados com MGd.
NCA, desenvolvido por James Liao [10], é uma estrutura orientada por estrutura de rede para deduzir dinâmica do sinal de regulação. modelos NCA a expressão de um gene como uma combinação linear da actividade de cada factor de transcrio que controla a expressão do gene. NCA faz uso da estrutura de conectividade de redes reguladoras da transcrição e um conjunto de dados de expressão de genes para inferir a dinâmica das actividades do factor de transcrição. NCA tem sido aplicado com êxito em inferir uma rede reguladora da transcrição dos genes relacionados com a citocinese [11] e os elementos de controlo específicos de fase do seu ciclo celular em leveduras [12]. Neste estudo, nós construímos um modelo dinâmico integrado do cancro do pulmão humano em resposta a DGM, que consistia das atividades fatores de transcrição calculados, influências reguladoras fatores de transcrição de cada gene.
Dada a natureza complexa dos sistemas biológicos , mais do que uma via pode ser envolvido em qualquer doença complexa. Dois ou várias vias podem interagir uns com os outros para provocar a doença. Isto é muito provavelmente porque as proteínas importantes funcionais podem estar envolvidos em várias vias [13]. Portanto, além da identificação de percursos específicos, nós também dar mais um passo, explorando a interação e crosstalk entre as vias que relacionadas ao câncer de pulmão tratados MGd. Neste estudo, utilizou-se uma abordagem computacional para detectar interferências entre vias com base em uma rede de interacção proteína-proteína (PPI), o significado de co-expresso de cada par de genes, e um esquema de pontuação que é usado para definir uma função [14] .
Nós definimos a rede regulamentado dinâmico usando NCA que requer duas entradas: um conjunto de perfis de expressão gênica e uma matriz pré-definido contendo a influência de cada fator de transcrição em seus genes-alvo estimada ou identificados. Duas saídas de NCA (atividades fator previu e influências reguladoras) adicionou insights adicionais para dados de expressão gênica, onde a estrutura da rede de regulamentação subjacente é parcialmente conhecidos. Para interpretar actividades fator de transcrição e força Regulamento (influências), a correção entre as atividades TF e expressão, agrupamento hierárquico foram calculados. Finalmente, as redes reguladas dinâmicas foram construídos. Ao lado, o PCA foi utilizado para detectar a relação entre as vias.
Em resumo, nosso estudo tem como objetivo revelar mecanismo molecular das células de câncer de pulmão humanos tratados com MGd a partir de uma perspectiva dinâmica e sistemática pelo PCA e NCA. Nossos resultados devem fornecer novos caminhos para a investigação mais avançada no papel biológico do TFS e as vias em células de câncer de pulmão humanos tratados com MGd.
Métodos
cancro do pulmão humano células (A549) [15] foram tratados com 50 uM de metal gadolínio contendo catião quimioterapêutico motexafin droga (DMG) de 4, 12, ou 24 horas. Os perfis de expressão foram comparados com os das células de controlo tratadas com manitol a 5% com o mesmo tempo de incubação. O detalhe das amostras foi mostrado na Tabela 1. O método limma [16] foi usado para identificar genes expressos diferencialmente (degs) no perfil de expressão (GSE2189). 0,05 foram seleccionados para posterior análise, a degs com mudança vezes 1,5 e valor de p & lt. Cada ° seleccionada deve ser diferente expresso em mais do que uma fase. Além disso, 6328 relações reguladoras entre 250 TFs e 2255 genes alvo foram coletadas de TRED [17] e TRANSFAC [18].
Para adicionar mais relações de regulação entre genes TF e de destino, um total de 250 TFs e 144 degs foram selecionados para ser hierarquicamente agrupados por hcluster da linguagem R. Para cada par de TF e do seu gene alvo, apenas o gene alvo na sub-árvore da TF-nó com um coeficiente maior que 0,8 (limiar