Abstract

A análise comparativa dos dados transcriptomic escala genoma de dois tipos de câncer de pele, melanoma e carcinoma de células basais em comparação com outros tipos de câncer, foi realizado com o objetivo de identificar fatores regulatórios chave que quer causar ou contribuir para a agressividade do melanoma, enquanto o carcinoma basocelular geralmente continua a ser uma doença leve. Múltiplas vias relacionadas com o cancro, como a proliferação celular, apoptose, angiogênese, invasão celular e metástase, são considerados, mas nosso foco está no metabolismo energético, invasão celular e vias de metástase. Nossas descobertas incluem o seguinte. (A) Ambos os tipos de cancros da pele usar ambos glicólise e aumento da fosforilação oxidativa (cadeia de transferência de elétrons) para o seu abastecimento de energia. (B) melanoma avançado mostra substancial sobre-regulação de genes fundamentais envolvidos no metabolismo de ácidos gordos (β-oxidação) e fosforilação oxidativa, com o metabolismo aeróbico sendo muito mais eficiente do que a glicólise anaeróbica, fornecendo uma fonte de as energias necessárias para suportar o crescimento rápido desse tipo de câncer. (C) Enquanto melanoma avançado é semelhante ao câncer de pâncreas em termos do nível de genes envolvidos na promoção da invasão celular e metástase atividade, a principal forma metastática da carcinoma basocelular é substancialmente reduzido nesta actividade, parcialmente explicar por que este tipo de câncer tem sido considerado como muito menos agressivo. O nosso método de usar análises comparativas de dados transcriptomic de vários tipos de câncer focados em vias específicas fornece uma abordagem nova e altamente eficaz para estudos de câncer em geral

Citation:. Xu K, Mao X, Mehta M, Cui J, Zhang C, Xu Y (2012) Um Estudo comparativo de Gene-dados de expressão de Carcinoma basocelular e melanoma revela novos insights sobre os dois tipos de câncer. PLoS ONE 7 (1): e30750. doi: 10.1371 /journal.pone.0030750

editor: Raya Khanin, Memorial Sloan Kettering Cancer Center, Estados Unidos da América

Recebido: 02 de julho de 2011; Aceito: 23 de dezembro de 2011; Publicação: 25 de janeiro de 2012

Direitos de autor: © 2012 Xu 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 em parte pelos Institutos Nacionais de Saúde (1R01GM075331), uma concessão “Distinguished Scholar” da Geórgia Cancer Coalition, e financiamento de sementes da Universidade da Geórgia. 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

a piscina aumentando rapidamente [1], [2] de grande escala de dados transcriptomic para vários tipos de câncer tem proporcionado oportunidades sem precedentes para os biólogos câncer computacionais para estudar as características comuns em vários tipos de cancro, bem como propriedades distintas de cada um tipos de câncer, o que poderia fornecer novos insights sobre diferentes fenótipos de câncer a nível molecular. Aqui apresentamos uma análise comparativa dos dados transcriptomic recolhidos em amostras cancerosas e tecidos de controle de dois tipos de câncer de pele, melanoma e carcinoma de células basais, que têm características muito distintas.

O câncer de pele é um dos tipos de câncer mais comuns nos Estados Unidos. Atualmente, mais de 3,5 milhões de casos de câncer de pele são diagnosticados e notificados anualmente [3]. Estimou-se que três em cada dez caucasianos irá desenvolver cancro da pele durante a sua vida [4]. O cancro de pele mais comum é o carcinoma de células basais (BCC), que se desenvolve na camada de células basais da pele, e ocorre principalmente em pessoas de pele clara. A luz solar é conhecido por ser um fator importante para causar a doença. BCC raramente é fatal, uma vez que geralmente não metastatizam [5]. Em contraste, o melanoma é um tipo raro de câncer de pele, mas está entre as formas mais mortais de câncer [6]. O tumor é derivado a partir de melanócitos, células que produzem o pigmento escuro. Embora o melanoma não é limitada à pele, que geralmente começa a partir da pele. Um certo número de genes ou suas mutações foram encontradas para ser associada com o desenvolvimento de melanoma tais como MC1R [7], CDK4 [8] e CDKN2A [9]. A fase precoce da doença é referida como o

fase de crescimento radial

quando o tumor cresce principalmente na horizontal. O comportamento do tumor muda drasticamente assim que começa a crescer verticalmente, ou seja, entrar no

crescimento vertical fase

. Geralmente começa a invadir tecidos vizinhos quando a sua espessura vai além de 1 mm [10].

Enquanto algumas informações se sabe sobre as causas potenciais dos dois tipos de câncer de pele, como a exposição excessiva à luz solar e desenvolvimento do basal síndrome do nevo -cell sendo as principais causas de carcinoma de células basais e algumas mutações raras nos genes acima mencionados sendo a principal razão para o desenvolvimento de melanoma, uma compreensão detalhada sobre por que os dois tipos de câncer de pele se comportam de maneira tão diferente continua a ser muito limitada.

Através de análises comparativas de dados transcriptomic escala genoma sobre os dois tipos de câncer, nós ganhamos uma série de novos conhecimentos que possam dar novas luzes sobre nossos esforços para compreender os mecanismos detalhados destes dois tipos de câncer de pele bastante diferentes . Para colocar a nossa análise em um contexto maior, sete outros tipos de câncer, também foram incluídos, que variam de câncer de crescimento relativamente lento para o mais rápido crescimento de câncer, ou seja, próstata, mama, rim, cólon, estômago, pulmão e pâncreas. Usando dados transcriptomic recolhidos sobre o câncer de

contra

tecidos de controle e comparando as alterações dos genes envolvidos em diferentes vias associados com o metabolismo energético expressão, descobrimos que: (i) vários genes envolvidos na fosforilação oxidativa são up-regulamentados no tanto melanoma e CBC, que é exclusivo para apenas cancros da pele entre os nove tipos de câncer foram examinados e é incompatível com a tese de Warburg [11]; (Ii) É interessante notar que a enzima-chave na geração de ATP na via de fosforilação oxidativa é sobre-regulada apenas em melanoma avançado, mas não em qualquer forma de BCC; (Iii) o nível e a escala dos genes supra-regulados envolvidas na invasão celular e metástase em melanoma avançado são comparáveis ​​aos de cancro do pâncreas, ao passo que os valores correspondentes no BCC são essencialmente na extremidade mais baixa entre todos os nove tipos de cancro examinados. Acreditamos que os nossos dados transcriptomic análises comparativas de vários tipos de câncer focados em vias específicas relacionadas ao câncer fornecer uma abordagem inovadora e altamente eficaz para estudos de câncer, o que poderia levar a novas descobertas importantes sobre a formação do cancro (quando estão disponíveis os dados relevantes) e progressão.

resultados

a nossa análise foi feita em dois conjuntos de dados de expressão genética. Um conjunto consistiu em 52 amostras de tecido para o estudo de melanoma. Das amostras de tecido 52, 18 foram nevos comum (moles) (CMN), 11 foram nevos displásico (pré-cancerosa) (DN), 8 na fase de crescimento radial (RGP) (fase precoce) e 15 na fase de crescimento vertical (VGP) (fase avançada) [12]. Para este conjunto de dados em particular, os tecidos de nevos comuns foram usadas como controlo definir uma vez que o estudo original não incluem os tecidos normais da pele [12]. O segundo conjunto consistiu de 31 tecidos para o estudo da BCC. Das amostras de tecido 31, 8 estavam na forma superficial (fase inicial), 7, sob a forma morfeia (fase intermédia) e 8, sob a forma nodular (fase avançada), juntamente com 8 pele tecidos epiteliais normais tal como o controlo [13] .

1. genes diferencialmente expressos nos dois tipos de câncer de pele

Neste estudo, um gene é considerado

diferencialmente

expressa numa fase específica de um câncer, se a distribuição de seus níveis de expressão entre os tecidos do cancro em que estádio é considerado como sendo estatisticamente diferente da distribuição dos seus níveis de expressão entre os tecidos de controlo (ver materiais e Métodos). Para BCC, 158, 406 e 494 genes foram encontrados para ser diferencialmente expressos nas formas superficial, morféia e nodular, respectivamente, em comparação com os controles, o que é consistente com nossa observação anterior de que o número de genes aumenta diferencialmente expressos como um avanço do câncer [14], [15]. Usando o mesmo ponto de corte, 123, 326 e 1.647 genes foram consideradas diferencialmente expressas em DN, RGP e VGP melanoma. No nosso estudo anterior, verificou-se que existe uma forte correlação entre o número de genes expressos diferencialmente e a taxa de sobrevivência de cinco anos associado a um cancro particular [14]. Assim, o elevado número de genes diferencialmente expressos em melanoma VGP é consistente com as estatísticas clínicos sobre a taxa de mortalidade de cancro esta. Existe uma possibilidade de que este número possa ser potencialmente subestimado dado que os controlos (moles) para a análise de melanoma não são tecidos moles pele normal e são provavelmente o primeiro passo no sentido de mover o melanoma. As listas detalhadas de genes expressos diferencialmente são dadas na Tabela S1. No geral verificou-se que os números de genes diferencialmente expressos nos dois tipos de cancro são comparáveis ​​nas suas fases iniciais; e um aumento substancial do número de genes diferencialmente expressos em estágio avançado, VGP, de melanoma foi observada.

Uma análise cuidadosa das vias no banco de dados KEGG que são enriquecidos pelos genes diferencialmente expressos entre o câncer tecidos do BCC e melanoma foi realizada com o programa DAVID (ver materiais e Métodos). Para CBC, não foram encontrados caminhos para ser claramente enriquecido na fase inicial, enquanto que 19 e 18 vias foram enriquecidas nas etapas intermediárias e avançada, respectivamente. No melanoma, 1, 8 e 61 vias foram enriquecidas nas formas DN, RGP e VGP, respectivamente. Os nomes destes percursos enriquecidos são dadas na Tabela S2.

Verificou-se que 11 vias enriquecidos são específicos para VGP melanoma, a forma mais letal entre todos os tipos de cancro da pele, incluindo as vias associadas com amino açúcar e açúcar de nucleótido metabolismo, o metabolismo do ácido linoleico e o ácido ciclo citratric (ciclo de TCA). Além disso, algumas vias são significativamente enriquecida em apenas melanoma entre os dois tipos de cancro da pele considerados, tais como o metabolismo de ácido gordo, do ciclo celular, apoptose e a via de sinalização de ErbB. Para BCC, observou-se que o seu câncer em estágio avançado tem três caminhos enriquecido exclusivamente entre todos os tipos de câncer em estudo, incluindo a spliceosome, sinalização de GnRH e vias potenciação de longo prazo.

Temos também verificado se alguns dos os genes proto-oncogene e supressores de tumores anotados (https://www.uniprot.org/keywords/) expressões mostram diferenciais em BCC e melanoma. No geral verificou-se que 2, 5 e 4 oncogenes são sobre-expressos em cedo, uma fase intermédia e avançada de amostras BCC, respectivamente, e genes supressores de 0, 1 e 0 tumorais são, respectivamente, sob-expresso nas três fases. Da mesma forma, para o melanoma, 9, 1 e 32 oncogenes são sobre-expressos em pré-cancerosa, fase precoce e melanoma avançado, respectivamente, e 0, 4 e 4 genes supressores de tumores são, respectivamente, sob-expresso nas três fases.

alguns destes oncogenes regulado para cima têm sido relatados como genes reguladores-chave para alguns dos tipos de cancro da pele. Entre os oncogenes-regulada em melanoma, ABL2, ARN, PDGFC e FGF1 foram relatados para ser oncogenes associados a melanoma [16]. Assim, RAB6B, REL e WHSC1L1, conforme identificado por nossa análise, pode representar oncogenes adicionais para melanoma. Para BCC, HRAS, RRAS e RUNX1 têm sido relatados como oncogenes BCC-associados [17]. Assim, ECT2, PLAG1, RAB6C e SSPN, identificado por nossa análise, pode representar oncogenes adicionais para BCC. É interessante que nove oncogenes exposição sobre-regulação na fase de pré-câncer de melanoma, que pode ser a chave inicial da tumorigênese levando a melanoma. Além disso, o grande aumento do número de oncogenes regulados positivamente em melanomas VGP pode sugerir a agressividade do cancro. Uma lista detalhada de todos os oncogenes identificados e genes supressores de tumores é dado na Figura S1.

2. Diferencialmente expressos genes envolvidos no metabolismo energético

Examinámos expressão fold-alterações de genes envolvidos em vias metabólicas de quatro energia: glicólise, metabolismo de ácidos graxos, o ciclo TCA e fosforilação oxidativa (também chamado de

transferência de elétrons cadeia

) nos dois tipos de câncer de pele e comparou-os com os outros sete tipos de câncer não-pele. A Figura 1 mostra mudanças de nível de expressão de genes envolvidos nos quatro vias de energia dos dois tipos de câncer de pele e os sete outros tipos de câncer. Examinando a figura, as seguintes observações podem ser feitas.

Aumentos substanciais nos níveis de vários genes envolvidos na glicólise expressão são observados em ambas as formas avançadas de os dois tipos de câncer de pele e cinco dos sete tipos de câncer de referência , ou seja, do rim, do cólon, estômago, pulmão e pâncreas, consistente com a tese de Warburg [18].

Dois genes que codificam a enzima envolvidas no metabolismo de ácidos gordos mostra substancial sobre-regulação em ambos BCC e melanoma, em contraste com o cancro da pele não-sete, indicando uma forma única que o cancro de pele obtém energia não só a partir do metabolismo da glicose assim como outros tipos de cancro, mas também a partir do metabolismo do ácido gordo, que é uma via mais eficiente de geração de energia.

moderadamente aumentado os níveis de expressão de genes envolvidos no ciclo TCA também são observados em pacientes com melanoma avançado, juntamente com mama, cólon, estômago e pulmão.

o mais interessante é a constatação de que múltiplos genes envolvidos na fosforilação oxidativa são regulados positivamente no avançado forma de ambos os tipos de cancro da pele, o que sugere fortemente que os dois tipos de cancro da pele obter muita da sua energia através da fosforilação oxidativa, o que produz uma ordem de magnitude mais ATP do que cada um dos outros três vias de energia (por glicose). Isto é muito surpreendente que isso indica os dois tipos de câncer de pele, mesmo em suas formas avançadas, não estão sob condição hipóxica, e, portanto, não mostram o efeito Warburg.

ATP sintase é sobre-regulada apenas em melanoma avançado , para além da proteína responsável por complexo de transferência de electrões, mas não em qualquer forma de BCC, indicando que a síntese de ATP é mais rápido do que em pacientes com melanoma avançado BCC.

Cada linha representa alterações de expressão de um gene em todos os os tipos de câncer em estudo. enzimas limitante da velocidade de cada via são indicados usando *. Cada coluna representa um tipo de cancro. A mudança vezes da expressão do gene é com o vermelho, branco e verde para para cima, não para baixo-regulação codificados por cores.

Uma análise mais aprofundada dos genes diferencialmente expressos em melanoma avançado sugere que o aumento dos níveis de acetil-CoA-redutase, NADH e FADH

2 derivada da oxidação de ácido gordo pode entrar mitocôndrias e submetidos a fosforilação oxidativa. Este processo seria altamente vantajoso para um tumor como β-oxidação de ácidos gordos resulta um maior número de moléculas de acetil-CoA em comparação com a glicólise, e, portanto, tem um maior número de substratos para o ciclo do TCA e subsequente fosforilação oxidativa. A fim de utilizar o aumento do número de acetil-CoA, as células podem precisar de ter um aumento da taxa de fosforilação oxidativa. Acetil-CoA é um inibidor alostérico das enzimas PDH. Como foi observado, PDHA2 é substancialmente regulado negativamente em VGP melanoma, o que pode ser atribuído ao aumento do nível de acetil-CoA. À medida que a actividade diminui PDHA2, piruvato irá, naturalmente, ser desviado para a formação de ácido láctico, o qual é mostrado pelo aumento da regulação do LDHA e transportadores de lactato (proteínas MCT SLC16As 3 6). A Figura 2 apresenta um modelo energético para o melanoma avançado com base nos resultados de nossa análise de dados.

3. Diferencialmente expressos genes envolvidos na invasão tumoral e metástase

Nós estudamos alterações de genes envolvidos no processo metastático de expressão, com o objetivo de identificar possíveis razões pelas quais os dois tipos de câncer de pele têm diferenças substanciais na sua capacidade de metástase. Para isso, o foco foi colocado sobre as famílias de genes pró-metástase, ou seja, a regulação positiva da transição epitelial-mesenquimal (EMT), a regulação negativa de adesão celular, a quimiocina e famílias de MMP, os quais promovem a degradação da matriz extracelular. A Figura 3 mostra as alterações de expressão observados de genes envolvidos nestes processos de os dois tipos de cancro da pele, juntamente com os outros sete tipos de cancro. Nós fizemos as seguintes observações a partir dos dados na Figura 3.

O melanoma VGP tem o maior número de up-regulamentados genes envolvidos na família de genes pró-metástase, tendo ainda mais esses genes do que o câncer de pâncreas; Enquanto contando simplesmente o número de sobre-regulada de genes pode ser uma forma bastante grosseira para avaliar a capacidade de um cancro com metástases, a Figura 4 mostra que existe uma forte correlação (negativa) entre este número e a taxa de sobrevivência de cinco anos, de um cancro.

VGP melanoma é o único tipo de cancro da pele com sobre-regulada genes envolvidos na regulação positiva da transição epitelial-mesenquimal, que é considerado como o programa de desenvolvimento e reguladora crucial para a invasão de células e metástase [19 ], [20]; Além disso, a significativa regulação positiva dos genes envolvidos na degradação das moléculas de adesão célula-célula e o aumento da regulação negativa da adesão celular, as metaloproteinases de matriz e quimiocinas todos sugerem que é altamente metastático VGP [21].

A disseminação linfática representa um importante caminho para a metástase. Notou-se que o número de genes diferencialmente expressos em proliferação de linfócitos é muito maior em VGP melanoma comparação com todos os outros subtipos de cancro da pele em questão (ver Figura S2).

Tem sido relatado que um ritmo circadiano pode caótico levar a crescimento de tumor mais rápido [22]. A partir da figura acima, observamos que genes-chave da via ritmo circadiano são diferencialmente expressos em VGP melanoma, mas apenas de forma muito limitada em outros subtipos de câncer de pele em consideração. Cry2, o gene mais importante controlar o ritmo circadiano celular [23], mostra a regulação negativa apenas em VGP melanoma entre todos os tipos de câncer em consideração. Itens (2) -. (4) acima sugerem que VGP melanoma tem as maiores atividades para células-invasão e metástase

Em contraste, apenas alguns genes de BCC são regulados positivamente nos processos acima mencionados. Entre os dois subtipos BCC diferentes, é a forma morféia não a forma nodular, que tem os genes mais up-regulamentados, o que é consistente com relatos anteriores de que esta forma representa a forma BCC com o maior número de casos de metástases [24]. Observou-se que no morfeia BCC, um número de genes que codificam os colagénios e proteínas envolvidas no anti-metástases são altamente regulado para cima, o que sugere que o cancro está sob o controle do sistema imune na inibição da invasão e metástase em todo o seu desenvolvimento.

o eixo x representa a taxa de sobrevivência de cinco anos, variando de 0 a 100% (a partir de dados utilizados www.cancer.org), e o eixo dos y é o número de diferencialmente genes expressos para cada tipo de câncer.

no geral a nossa análise sugere que VGP melanoma tem a maior capacidade potencial e única para metástase entre os tipos de câncer aqui estudadas, enquanto a capacidade do BCC de metástase é o mais fraco entre os nove tipos de cânceres em consideração.

4. Diferencialmente expressos genes envolvidos em outros processos relacionados com o cancro

4a. Diferencialmente expressos genes envolvidos na proliferação celular.

Auto-suficiência em sinais de crescimento é uma grande capacidade adquirida de qualquer tipo de câncer. A análise de genes diferencialmente expressos envolvidos na regulação positiva de proliferação de células de melanoma indicam que VGP tem substancialmente mais genes regulados positivamente em esta categoria do que todas as outras formas de cancro da pele. Especificamente, observou-se que o número de tais genes supra-regulados é comparável à do cancro do pâncreas com os dados detalhados apresentados na Figura S3. Particularmente digno de nota é que VGP melanoma é o único tipo de câncer entre os nove tipos de câncer, mostrando substancial aumento da regulação dos genes da via de sinalização Jak-STAT, que é uma via fundamental que promove o crescimento celular.

4b . Diferencialmente expressos genes envolvidos na apoptose.

O morfeia BCC, nodular BCC e melanoma VGP todos têm vários números de genes diferencialmente expressos envolvidos na regulação negativa da morte celular, como mostrado na Figura S4. A partir desta figura, podemos ver uma tendência de aumento no número de genes up-regulamentados como o tipo de câncer se torna mais agressivo. Especificamente, verificou-se que este número para VGP é maior do que todos os outros tipos de cancro em questão, excepto para o cancro do pâncreas.

4C. Diferencialmente expressos genes envolvidos na angiogénese.

Nenhum dos tipos de cancro da pele apresentam actividades de angiogénese aumentada, ao contrário da forma avançada de outros cancros, como mostrado na Figura 5. Esta observação é consistente com as nossas anteriores descoberta de que os cancros da pele não são geralmente sob estresse hipóxico e, portanto, provavelmente não tem pressão para activar a via angiogênese.

5. genes assinatura para os dois tipos de câncer de pele

Temos previstos genes de assinatura e grupos de genes para melanoma e CBC, respectivamente, em que um gene

assinatura

(ou

marcador

) ou grupo gene refere-se a genes cujo padrão de expressão é exclusivo para um tipo de câncer específico. Em seguida, testamos o desempenho dos genes assinatura identificados para os dois tipos de câncer, respectivamente, em dois conjuntos de dados, independente dos conjuntos de dados de treinamento utilizado, ou seja, GSE3189 para melanoma e GSE12542 para BCC. Para o melanoma, os cinco principais assinaturas de 1 gene, OAS3 (82,9% na formação e 71,4% no conjunto de teste), RALBP1 (82,9% na formação e 71,4% no conjunto de teste), GLA (80,4% na formação e 71,4% em testes definido), LLGL1 (80,4% na formação e 71,4% no conjunto de teste) e SERPINA6 (80,4% na formação e 71,4% no conjunto de teste), todos têm mais de 80% de precisão classificação entre casos de melanoma e casos de controlo no conjunto de teste. Entre os melhores marcadores, OAS3 SERPINA6 e são previstos para ser secretora sangue pelo nosso programa de previsão de [25], sugerindo, portanto, a viabilidade potencial na identificação de marcadores de diagnóstico para o melanoma através de testes sanguíneos. Da mesma forma, quatro assinaturas 1 de gene com a precisão da classificação melhor do que 71% estão previsto para ser excretor de urina, CCL18 (73,2% na formação e 71,4% no conjunto de teste), HEXB (73,2% na formação e 71,4% no conjunto de teste), IFI30 (73,2% na formação e 71,4% no conjunto de teste) e STC1 (73,2% na formação e 71,4% em testes), usando o nosso programa de previsão [26], sugerindo a viabilidade potencial na identificação de marcadores de diagnóstico para o melanoma através de testes de urina. Entre as principais assinaturas de 2 genes, três pares de alcançar a precisão da classificação melhor do que 85% em ambos a formação e os conjuntos de dados de teste. Três pares, com a formação de classificação precisões melhor do que 90% e precisão da classificação de testes melhor do que 70%, está previsto para ser secretora sangue e apenas 1 par CTSK_RNASE6 (87,8% na formação e 73,0% em conjuntos de teste), com a precisão da classificação de treinamento melhor do que 87% e testando a precisão da classificação melhor do que 70%, está previsto para ser excretor de urina.

para BCC, os dois melhores marcadores 1-gene, CS (90,3% na formação e 87% no conjunto de teste) e TACSTD1 (87,1% na formação e 87% em testes de conjunto de dados), ambos têm, pelo menos, 87% a precisão da classificação tanto na formação e conjuntos de dados de teste. Entre os principais marcadores, EGR1 (87,1% na formação e 81,3% no conjunto de teste) está previsto para ser secretora sangue. Da mesma forma, RAB3D (80,6% na formação e 80% em testes de conjunto de dados) está previsto para ser excretor de urina, com uma precisão de classificação melhor que 80% em ambos os conjuntos, fornecendo marcadores diagnósticos potenciais para melanoma através de testes de urina. Os dois primeiros assinaturas de 2 genes têm classificação de Precisão melhor do que 90% em ambos os conjuntos de treinamento e teste. Além disso, quatro assinaturas de pares, com a precisão da classificação melhor do que 80%, tanto no treinamento e teste conjuntos, estão previstos para codificar proteínas secretoras de sangue. A lista detalhada de todos estes genes marcadores é dada na Tabela S3.

Materiais e Métodos

1. dados de expressão gênica por microarrays para nove tipos de câncer

de dados de expressão de genes Microarray para ambos os tipos de câncer de pele foram baixados da base de dados GEO de NCBI [27]. Os dados melanoma é o conjunto de dados GSE12391 e os dados BCC é o GSE6520 conjunto de dados. Os dados de expressão genética para os sete tipos de cancro utilizadas neste estudo: da mama, cólon, rim, pulmão, pâncreas, próstata e estômago, também são descarregados a partir da base de dados de NCBI GEO. Para cada conjunto de dados utilizado para cada tipo de câncer, temos a certeza de que o conjunto de dados foi gerado usando a mesma plataforma pelo mesmo grupo de pesquisa. Para cada um dos problema de classificação resolvido neste estudo, utilizou-se um conjunto de dados de treinamento e um conjunto de teste separado para cada tipo de câncer. Os detalhes dos dados são apresentados na Tabela S4.

Considerando que os diferentes conjuntos de dados de microarray utilizados no estudo esta tampa diferentes conjuntos de genes, que foram considerados os genes que pertencem a todos os conjuntos de dados de microarray utilizados neste estudo para todos os comparativa análises ao longo deste trabalho, que consiste em 4.401 genes. A lista detalhada destes genes é dada na Tabela S5. Ao mapear genes entre diferentes conjuntos de dados, contamos com os IDs de genes NCBI dos genes, ou seja, dois genes em diferentes conjuntos de dados são considerados os mesmos genes, se os seus IDs são idênticos.

A lista gene do cancro é baixado de site da Cancer Gene Censo, que contém 457 genes do cancro confirmados (https://www.sanger.ac.uk/genetics/CGP/Census/).

2. Identificação de genes diferencialmente expressos

Para cada conjunto de dados utilizado neste estudo, utilizamos os dados de expressão normalizados a partir do estudo original. Compreendemos perfeitamente que os dados de expressão genética em diferentes conjuntos de dados pode não necessariamente directamente comparáveis; por isso, ter comparado as dobrável mudanças entre os tecidos de controle para cada tipo de câncer com dobrável alterações de dados de outro tipo de câncer de expressão doente e. Figura S5 mostra que os globais dobrável mudanças entre dois tipos de câncer são geralmente comparáveis ​​entre os tipos de câncer nove em consideração. Deve-se notar que, ao calcular o fold-change de um gene individual para um tipo de câncer específico, nós não utilizar a informação dos tecidos de controlo de doentes emparelhados, em vez disso, estimou a mudança vezes com base nas distribuições de Gene-expressões do gene em todos os tecidos de câncer em comparação com tecidos de controle, para cada tipo de câncer. Fizemos isso porque alguns dos conjuntos de dados estão emparelhados wile informação outros conjuntos de dados não.

Para cada conjunto de dados, foi aplicado o teste de Mann-Whitney para identificar genes que são diferencialmente expressos em câncer de

contra

amostras de controlo da seguinte forma: dada a hipótese nula de que um gene não é expresso diferencialmente entre o

contra

os grupos de controle do câncer, rejeição desta hipótese significa que o gene é diferencialmente expressos em câncer. Consideramos que um gene como o

-regulada

se a significância estatística,

p -valor

, é inferior a 0,01 e a sua vezes de aumento é, pelo menos, 1,5. A

regulada

gene é definido de forma semelhante.

Para os dados de câncer de pele não-, consideramos apenas os genes com consistente up /down-regulação, tanto a formação e os conjuntos de dados de teste como genes diferencialmente expressos.

3. Análise de Enriquecimento de Caminho de genes diferencialmente expressos

análise de análise e de enriquecimento via funcionais foram realizados utilizando DAVID [28], em que a informação via é baseada na anotação de KEGG (https://www.genome.ad.jp /KEGG /). Um

p -valor

0,05 foi utilizado como o limiar para determinar se um percurso está ou não enriquecido pelos genes diferencialmente expressos identificados. Note-se que as observações efectuadas ao longo deste papel são geralmente estáveis ​​em relação ao p-valor de corte. Observe também toda a análise de enriquecimento via baseia-se nos 4.401 genes que são compartilhados por todos os conjuntos de dados utilizados neste estudo.

4. Predição de genes assinatura

Para derivar genes assinatura ou grupos de genes, foi realizada uma busca exaustiva de todos os k-gene (k = 1, 2) combinações entre os genes diferencialmente expressos, usando um classificador baseado em SVM linear . Usámos validação cruzada cinco vezes para validar cada assinatura identificado. Nós nos referimos o leitor a [29] para o procedimento detalhado utilizado.

Discussão

A nossa análise de dados de expressão genética revelou que ambos os tipos de câncer de pele utilizam fosforilação oxidativa como o metabolismo energético chave, além de glicolise. Todas as evidências reveladas por nosso estudo indica fortemente que os dois tipos de câncer de pele não estão sob estresse hipóxico, portanto, explicando por que os dois tipos de câncer não mostram o efeito Warburg. O metabolismo energético elevado em melanoma, alimentado pelo caminho de energia substancialmente mais eficiente, a fosforilação oxidativa-regulada em comparação com as alternativas, juntamente com sua alta capacidade de metástase, explicou por que o câncer é tão agressivo. Em contraste, CBC, durante a utilização da energia a partir de fosforilação oxidativa, parece ter um bloco óbvio a partir do sistema imunitário, que aparece para evitar a invasão de células e de metástases, tornando, portanto, o cancro um dos cancros menos letais.

A novos insights derivados neste estudo são de natureza global e falta de informações detalhadas mecanismo devido à natureza de baixa resolução dos conjuntos de dados não pareadas utilizados neste estudo. Prevemos que percepções de maior resolução poderia ser derivada usando a mesma abordagem computacional, mas em conjuntos de dados de controle de câncer emparelhados.

Acreditamos que nosso estudo fornece uma nova e altamente eficaz maneira de ganhar novos insights e entendimento sobre determinada única características de diferentes tipos de câncer em sua formação e progressão através de dados de expressão genética em grande escala de mineração em vários tipos de câncer, mas focado na principais vias de câncer relevantes.

Informações de Apoio

Figura S1.

mudanças de nível expressão de genes proto-oncogene e supressores tumorais para dois tipos de câncer de pele

doi:. 10.1371 /journal.pone.0030750.s001

(PDF)

Figura S2.

mudanças de nível Expressão de genes envolvidos na regulação positiva da proliferação de linfócitos por dois tipos de câncer de pele e sete tipos de câncer de pele não-

doi:. 10.1371 /journal.pone.0030750.s002

(PDF)

Figura S3.