Krooninen sairaus

tiivistelmä

Background

Aberrant DNA: n metylaatio on merkittäviä rooleja karsinogeneesissä. Kuitenkin toiminnallinen merkitys genominlaajuisten hypermetylaation ja hypometylaatio geenin promoottorit karsinogeneesis- nykyisin jäävät epäselviksi.

Keskeiset havainnot

Perustuu genominlaajuisten metylaatio tiedot viiden syöpätyyppejä, osoitimme, että geenejä promoottori hypermetylaation olivat erittäin yhdenmukaisia ​​toiminto eri syöpätyyppejä, ja niin olivat geenien promoottori hypometylaatio. Liittyvät toiminnot ”kehitysprosesseja” ja ”sääntelyn biologian prosessien” merkittävästi rikastettu hypermetyloitunut geenejä vaan depletoitiin of hypometyloidut geenejä. Sen sijaan, liittyvät toiminnot ”solu tappaminen” ja ”vastauksena ärsyke”, kuten immuuni- ja tulehdusvasteen liittyi rikastuminen hypometyloidut geenien ja ehtyminen hypermetyloitunut geenejä. Havaitsimme myös, että joitakin perheitä sytokiinejä, joita immuunijärjestelmän solut, kuten IL 10-perheen sytokiinien ja kemokiinien, oli taipumus hypometyloidut eri syöpätyypeissä. Nämä tulokset tarjoavat uusia vihjeitä ymmärtämiseen erillisten toiminnallisten roolien genominlaajuisten hypermetylaation ja hypometylaatio geenin promoottorit karsinogeneesissä.

Johtopäätökset

Geenit kanssa promoottori hypermetylaation ja hypometylaatio ovat erittäin tasainen toiminnaltaan eri syöpätyyppejä, vastaavasti, mutta nämä kaksi ryhmää geenejä yleensä rikastettu eri toimintoihin liittyvät syöpään. Erityisesti olemme spekuloida että hypometylaatio geenin promoottorit voivat pelata rooleja immuniteetin ja tulehdus häiriöt esisyöpäsairaudentiloille, jotka voivat tarjota vihjeitä parantamiseksi epigeneettisellä hoitoa ja syövän immunoterapiassa.

Citation: Shen X, hän Z, Li H, Yao C, Zhang Y, hän L, et ai. (2012) Erilliset Toiminnallinen Patterns of Gene Promoottori hypometylaatio ja hypermetylaation in Cancer Genomes. PLoS ONE 7 (9): e44822. doi: 10,1371 /journal.pone.0044822

Editor: Amanda Ewart Toland, Ohio State University Medical Center, Yhdysvallat

vastaanotettu: 1 maaliskuu 2012; Hyväksytty: 14 elokuu 2012; Julkaistu: 07 syyskuu 2012

Copyright: © Shen et al. Tämä on avoin pääsy artikkeli jaettu ehdoilla Creative Commons Nimeä lisenssi, joka sallii rajoittamattoman käytön, jakelun ja lisääntymiselle millä tahansa välineellä edellyttäen, että alkuperäinen kirjoittaja ja lähde hyvitetään.

Rahoitus: Tämä työ tuettiin osittain National Natural Science Foundation of China (30970668, 31100901, 81071646 ja 91029717), Erinomainen Youth Foundation Heilongjiangin maakunnassa (JC200808): https://www.nsfc.gov.cn/and http: //jj .hljkj.cn /. Rahoittajat ollut mitään roolia tutkimuksen suunnittelu, tiedonkeruu ja analyysi, päätös julkaista tai valmistamista käsikirjoituksen.

Kilpailevat edut: Kirjoittajat ovat ilmoittaneet, etteivät ole kilpailevia intressejä ole.

Johdanto

DNA hypermetylaation ja hypometylaatio on tärkeä rooli aloittamisesta, etenemisen ja etäpesäkkeiden syövän [1], [2]. On yleisesti uskotaan, että DNA hypermetylaation ja hypometylaatio ovat riippumattomia prosesseja sovelletaan erilaisia ​​mekanismeja, ja ne näyttävät pelata erillisiä rooleja syövän etenemistä [3], [4]. Erityisesti DNA hypermetylaation syövän genomien esiintyy yleensä promoottorialueiden tuumorisuppressorigeeneille, mikä voi johtaa hiljentäminen kasvainten synnyssä [5]. Sen sijaan, DNA hypometylaatio usein kohdistuu DNA toistot, jotka voivat aiheuttaa genomin epästabiilisuuden ja mutaation tapahtumista syövän genomien [6], [7], [8], [9]. On näyttöä siitä, että promoottori hypometylaatio joidenkin geenien voi liittyä syövän kehittymiseen säätelemällä geenien [10] ja että promoottori hypometylaatio immuniteetin liittyviä geenejä voi edistää syövän syntymistä [11], [12]. Esimerkiksi, promoottori hypometylaatio sytokiinin

IL-10

voi aktivoida sen ilmentyminen estää sukupolven immuunivasteen rintasyövän [11], ja promoottori hypometylaatio

SPAN-Xb

, immunogeeninen antigeeni, voi aiheuttaa de novo B-soluvasteen myeloomasolujen [12]. Kuitenkin biologinen merkitys promoottorin hypometylaatio syövässä on edelleen huonosti [13].

Tässä työssä selvitimme erilliset tehtävät geenien kanssa promoottorin hypermetylaation ja hypometylaatio syövän (jäljempänä hypermetyloitunut ja hypometyloidut geenejä yksinkertaisuuden vuoksi) käyttäen promoottoria metylaatio profiilit viiden syöpätyyppeihin. Ensin arvioitiin johdonmukaisuutta toimintojen rikastettu hypermetyloitunut (tai hypometyloidut) geenien eri syöpätyyppejä. Sitten tunnistimme hypermetylaation erityisiä (tai hypometylaatio-spesifinen) toimintoja merkittävästi rikastettu hypermetyloitunut geenejä (tai hypometyloidut geenit) ja huomattavasti tyhjentynyt hypometyloidut geenien (tai hypermetyloitunut geenejä). Lopuksi keskustella mahdollisista yhteyksistä hypometyloidut geenien syövän ja immuunijärjestelmän ja tulehdusreaktio häiriöiden esisyöpäsairaudentiloille.

Materiaalit ja menetelmät

Metylointi Data

Promoottori metylointi aineistot viisi syöpätyyppeihin poimittiin Gene Expression Omnibus (GEO) ja The Cancer Genome Atlas (TCGA) tietokanta (https://tcga-data.nci.nih.gov/tcga), kuten on kuvattu taulukossa 1. jokaisen aineisto, The tiedot olivat peräisin pariksi näytteitä tuumorin ja viereisen normaalin kudosten saman elimen päällä, ja prosenttiosuus kasvainsolujen kunkin kasvaimen näyte TCGA oli suurempi kuin 70% [14]. Lisätietoja valmistamiseksi kudoksissa voidaan löytyy TCGA asiakirjassa (https://rcb.cancer.gov/rcb-internet/appl/rfp/07013/SOWAttachmentNo3-BCR-3-10.pdf). Jotta vältettäisiin mahdollinen erän vaikutus [15], valitsimme erän kanssa suurin näytteen koko eri syöpätyypin analysoitavaksi. Kaikki tiedot kerättiin kanssa Illumina HumanMethylation27 alustan, joka havaitaan metylaatio arvo 27578 CpG loci sijaitsevat läheisimmän promoottorialueet transkription aloituspaikat 14495 geenejä.

Käytimme taso_1 tietoja denaturoidulla signaalin intensiteettiä (M) ja metyloitumattomat signaalin voimakkuus (U). Metylointi taso (beeta-arvo) jokaista CpG lokuksen laskettiin max (M, 0) /(| U | + | M | +100), ja vakio 100 lisättiin laillistamiseksi beeta-arvo kun sekä U ja M-arvot olivat pieniä [16]. Sitten, beeta-arvo välillä 0 (metyloitumaton) ja 1 (täysin metyloitu) oli kullekin CpG lokukseen kussakin näytteessä. Kunkin aineisto, havaitseminen

P

arvo ilmoittamat BeadStudio (Illumina) käytettiin laadunvalvontatoimenpide anturin suorituskyky. Me sulkea pois näytteet, jotka koostuivat 5% antureilla tunnistus

P

arvot 0,05 ja koettimia, jotka muodostuivat 10% näytteistä, joissa tunnistus

P

arvot 0,05. Kaikkiaan 1092 CpG loci kuluessa edistäjiä 605 sukupuolikromosomi geenit jätettiin pois analyysistä poistamaan sukupuoleen liittyvien bias.

Sytokiini Data

Sytokiini tiedot olivat peräisin Kioton Encyclopedia of geenit ja Genomit (Kegg) reitin tietokannasta (ko04052: sytokiinit) [17] ladataan 8. maaliskuuta 2011. aineistossa 230 sytokiinien 8 luokkaan: luokka I sytokiinien (hematopoietiiniresepto- perhe), luokka II sytokiinien (interferoni /IL-10 perheen ), PDGF perhe, TNF-, IL-1 perhe, IL-17-perheen, TGF-beeta-perheen ja kemokiinit.

valinta Differentially Metyloidut Genes

epäparametrinen Mann-Whitney U testi levitettiin valita differentiaalisesti metyloitu (DM) CpG lokusten ympäri promoottorialueet geenien [18] vertaamalla beeta-arvot kunkin CpG-lokuksen välillä normaalin ja syövän näytteitä. Väärä löytö määrä (FDR) valvoi Benjamin ja Hochberg menettely [19]. Jos promoottori geenin oli sekä hypermetyloitunut ja hypometyloidut CpG loci, tämän geenin jätettiin myöhemmin analyysit [20]. Geenit vähintään yhdellä DM CpG lokuksen olivat kutsutaan DM geenejä. Vertaamalla keskimääräinen beeta-arvot DEM CpG loci välillä normaalin ja syövän näytteet, me luokitellaan DM geenejä hypermetyloitunut ja hypometyloidut geenejä.

Toiminnalliset rikastus ja johdonmukaisuus Analysis

käyttäminen GO toiminto algoritmi [ ,,,0],21], jossa on FDR 0,05, valitsimme GO termejä (biologiset prosessit) [22], joita on huomattavasti rikastettu hypermetyloitunut (tai hypometyloidut) geenejä kullekin syöpätyypin, ja sitten käsiteltiin paikallisen irtisanominen. Hoidettaessa paikallisten irtisanomisen, kun sekä esi-isä ja sen jälkeläiset termi (t) havaittiin olevan tilastollisesti merkitsevä, GO toiminto uuttaa vain esi termi olevan asiaan onko olemassa näyttöä siitä, että jäljellä olevat geenit kantaisä aikavälillä olivat kuitenkin todennäköistä olevan merkitystä taudin poistamisen jälkeen geenien merkittävistä jälkeläisistä termi (t), [21]; muuten vain jälkeläisten termi pidettiin.

Jos oli N merkittävästi hypermetyloitunut termejä aineisto 1, joista K

1 suhteen todettiin myös merkittävästi hypermetyloitunut aineisto 2 PO (prosenttiosuus päällekkäisyyksiä ) pisteet kahden aikavälin luettelot (havaintojoukon 1 aineisto 2) laskettiin K

1 /N. Sitten ehdotimme pisteet, merkitään kuten POE (prosenttiosuus päällekkäisyyksiä laajennettu) pisteet, johdonmukaisuus näiden kahden luettelon merkittävistä GO termejä. Jotta hypermetyloitunut GO termi uutettu aineisto 1, jos sen raaka P arvo väkevöimisen hypermetyloitunut geenejä aineisto 2 oli pienempi kuin 0,05, niin se määriteltiin olevan alustavasti merkittävä aineisto 2. Jos K

2 N hypermetyloitunut ehdot uutettu aineisto 1 olivat merkittäviä tai alustavasti merkittävä aineisto 2 POE pisteet kahden aikavälin luettelot (havaintojoukon 1 aineisto 2) laskettiin K

2 /N. Lopuksi suoritetaan satunnainen kokeita sen osoittamiseksi, että havaittu POE pistemäärä oli todennäköisesti tuotetaan sattumalta. Havaintojoukon 2, me satunnaisesti uutettiin geenejä ”hypermetyloitunut geenit”, jolla on sama määrä hypermetyloitunut geenien uutetaan aineisto 2, ja sitten suoritetaan funktionaalisen analyysin ja lasketaan satunnainen POE tulokset. Tämä prosessi toistettiin 10000 kertaa, ja P-arvo havaitun Pisteet aineisto 1 aineisto 2 laskettiin prosenttiosuutena satunnainen tulokset ylittävät havaitun pisteet. Sama analyysi tehtiin varten hypometyloidut termejä.

Tulokset

Laaja hypermetylaation ja hypometylaatio Gene Promoottorit vuonna Syövät

Valitsimme DM geenejä käyttämällä Mann-Whitney

U

testi, jonka FDR 5%. Kuten on esitetty kuviossa 1, on noin kolmasosa kaikista mitattu geenit kunkin aineisto todettiin differentiaalisesti metyloituja. Keskimäärin 56% DM geenien hypometyloidut viidessä syövän tyypit (kuva 1).

Tämä kuvio havainnollistaa määrä DM geenien aineistot kaikkien viiden syöpätyyppeihin. X-akseli osoittaa syövän tyypin, ja y-akseli kuvaa prosenttiosuutta DM geenien kaikki havaitut geenit. Vaalean harmaa ja tummanharmaa alueet edustavat hypometyloidut ja hypermetyloitunut geenejä, tässä järjestyksessä.

toiminnallinen johdonmukaisuus Metylointi muutostyöt eri syöpätyyppien

Kunkin aineisto, jossa FDR 5%, GO-toiminto algoritmi [21] käytettiin tunnistamaan GO termejä, joita on huomattavasti rikastettu hypermetyloitunut geenejä, kutsutaan hypermetyloitunut termejä. Hypermetyloitunut ehdot uutetaan eri aineistoja näytti olevan pieni PO tulokset (kuvio 2A). Esimerkiksi vain 22- 24 43 hypermetyloitunut termejä poimitaan aineisto munuaisen karsinooma voisi löytyä aineistot muiden syöpätyyppeihin, jossa PO tulokset 51-55%. Kuitenkin jopa saman syövän tyyppiä, merkittävää hypermetyloitunut (tai hypometyloidut) ehdot uutetaan eri aineistoja yleensä on alhainen PO tulokset johtuvat rajoituksensa tilastollisen päätöksen [21]. Tämän ongelman, ehdotimme POE pisteet arvioida toiminnallinen johdonmukaisuus hypermetyloitunut ehtojen uutetaan eri aineistojen (katso materiaalit ja menetelmät). Esimerkiksi 41-43 ja 43 hypermetyloitunut ehdot uutetaan munuaiskarsinooma oli raaka rikastamiseen

P

arvot alle 0,05 kaikissa aineistot muiden syöpätyyppeihin, jossa POE tulokset 95-100%. Kuitenkin keskimäärin alle kaksi ehtojen uuttaa munuaisen karsinooma oli rikastamiseen

P

arvo alle 0,05 10000 satunnaistettiin aineistoja jokaiselle muulle syöpätyyppeihin (katso materiaalit ja menetelmät), mikä on huomattavasti vähemmän kuin määrä havaittiin alkuperäisessä aineisto (

P

0,0001). Nämä tulokset viittaavat siihen, että uudelleen esiintyminen muissa neljässä syöpätyyppeihin ei ollut satunnainen, että suurin osa hypermetyloitunut ehdot munuaisen karsinooma. Samanlaisia ​​tuloksia havaittiin hypermetyloitunut termejä uutetaan neljä muuta syöpätyyppeihin (kuvio 2B). Siten hypermetyloitunut geenit eri syövän tyypit ovat erittäin yhdenmukaisia ​​niiden toiminta.

(EN) PO tulokset on hypermetyloitunut geenien eri syöpätyyppejä. (B) PoE tulokset on hypermetyloitunut geenien eri syöpätyyppejä. Kukin rivi edustaa pisteiden väliin hypermetyloitunut ehdot yhden syövän tyypistä ja hypermetyloitunut ehdot muiden syöpätyyppeihin. PoE pisteet 1 näkyy punaisena ja 0 näkyy sinisenä.

Kun FDR 0,05 tunnistimme 117 termejä, jotka olivat johdonmukaisesti hypermetyloitunut kaikissa viidessä syöpätyyppeihin. Kukin näistä ehdoista oli merkittävä vähintään yhdellä syöpätyypin ja alustavasti merkittävä (

P

0,05) kaikissa muissa neljä syöpätyyppeihin, mikä oli todennäköisesti noudatettava sattumalta (binomisen testi,

P

6.25E-06). Kuten taulukosta S1, nämä termit liittyvät pääasiassa ”kehitysprosessiin” (mukaan lukien ”solujen erilaistumista” ja ”solu kehitys”), ”liikenne” (mukaan lukien ”kalsiumionin liikenne” ja ”välittäjäaine liikenne”), ”vastauksena ärsyke ”(mukaan lukien” vastauksena kemiallisen ärsyke ”ja” käyttäytyminen ”) ja” sääntelyn biologisen prosessin ”(mukaan lukien” transkription säätely, DNA-riippuvainen ”ja” sääntelyn signalointi ”). Erityisesti kun termi ja yksi sen jälkeläisiä termejä molemmat havaitaan olevan merkittäviä, tutkijat ovat usein kiinnostuneita erityisiä jälkeläisten termi, olettaen että erityiset GO termejä voisi olla biologisesti relevantti [21]. Kuitenkin joissakin tapauksissa, yleisen vanhempi termi voitaisiin maailmanlaajuisesti häiritä. Kun termi ”solujen erilaistumisen” (GO: 0030154) esimerkkinä, geenit, joista on poistettu geenien sen neljä merkittävää jälkeläisten ehtoja edelleen merkittävästi rikastettu hypermetyloitunut geenien aineisto paksusuolen adenokarsinooma (hypergeometrisen testi,

P

= 7.98e-005). Tämä tulos viittaa siihen, että ”sääntelyn solujen erilaistumisen” voisi olla laajalti häiriintynyt tähän syöpään.

Samalla luettelot hypometyloidut ehdoista uutetaan eri syöpätyyppejä, jonka FDR 5% oli alhainen prosenttiosuudet päällekkäisyyttä (kuva 3A ). Esimerkiksi vain 6 ja 11 21 hypometyloidut termejä poimitaan aineisto paksusuolen adenokarsinooman löydettiin myös aineistojen muiden syöpätyyppeihin, jossa PO tulokset 28-52%. Kuitenkin 19 21 hypometyloidut ehdot koolonadenokarsinooma oli raaka rikastamiseen

P

arvot alle 0,05 kaikissa muissa neljä syöpätyyppeihin, ja kaksi muuta termejä ollut raaka rikastamiseen

P

arvot alle 0,05 vähintään yksi muista syövän tyyppejä, joissa kaikissa on POE tulokset yli 90%. 10000 satunnaistettiin kokeissa kullekin syövän tyyppi (katso materiaalit ja menetelmät), vähemmän kuin yksi ehdoista, keskimäärin uutetaan paksusuolen adenokarsinooman oli rikastamiseen

P

arvot alle 0,05 kaikissa muissa neljä syöpätyyppeihin , mikä oli huomattavasti vähemmän kuin vastaava määrä havaittiin alkuperäisessä aineisto (

P

0,0001). Siten suurin osa hypometyloidut ehdot koolonadenokarsinooma voisi olla ei-satunnaisesti löytyy aineistoja muut neljä syöpätyyppeihin. Samanlaisia ​​tuloksia havaittiin hypometyloidut termejä uutetaan neljä muuta syöpätyyppeihin (kuvio 3B). Siksi hypometyloidut geenit eri syöpätyyppejä olivat myös erittäin tasainen niiden toiminta.

(EN) PO tulokset on hypometyloidut geenien eri syöpätyyppejä. (B) PoE tulokset on hypometyloidut geenien eri syöpätyyppejä. Kukin rivi edustaa pisteiden väliin hypometyloidut ehdot yhden syövän tyypistä ja hypometyloidut ehdot muiden syöpätyyppeihin. PoE pisteet 1 näkyy punaisena ja 0 näkyy sinisenä.

Lisäksi tunnistimme 41 termejä, jotka olivat johdonmukaisesti hypometyloidut kaikissa viidessä eri syöpätyyppejä (taulukko S2). Kukin näistä ehdoista oli merkittävä vähintään yhdellä syöpätyypin ja alustavasti merkittävä (

P

0,05) kaikissa muissa syöpätyyppeihin, mikä oli todennäköisesti noudatettava sattumalta (binomisen testi,

P

6.25E-06) (katso materiaalit ja menetelmät). Nämä ehdot liittyivät pääasiassa ”vastauksena ärsyke” (mukaan lukien ”immuunivaste”, ”puolustus vastaus” ja sen jälkeläiset termejä ”tulehdusreaktio”, ”solun puolustus vastaus” ja ”puolustus vastauksena bakteeri”), ja orvaskesi kehitys (mukaan lukien ”keratinosyyttien erilaistuminen” ja sen jälkeläiset ”keratinization”). Kun termi ”puolustus vastaus” esimerkkinä, geenit jälkeen jäljellä poissulkeminen geenien sen kolme merkittävää jälkeläisten ehtoja edelleen merkittävästi rikastettu hypometyloidut geenien koolonadenokarsinooma (hypergeometrisen testi,

P

= 1.30E- 04). Siten ”puolustus vastaus” voidaan laajalti hypometyloidut syövän. Koska hypometylaatio geenien ”immuunivaste” ja ”tulehdusreaktiota” voisi saada aikaan tunkeutuminen lymfosyyttien syöpäkudoksessa [23], meidän piti arvioida vaikutuksia soluttautunut lymfosyyttien on epigeneettiset muutokset geenien selityksin näissä kahdessa kannalta. Täällä me vain analysoitiin aineisto varten invasiivisen rintasyövän, kun signaali lymfosyyttien tunkeutuminen syövän ja viereisten normaaleissa kudoksissa oli saatavilla vain tämän syöpätyypin. Keskityimme analysointiin 7 paria kasvain ja viereisten normaaleissa kudoksissa, joissa saman prosenttiosuuden lymfosyyttien kunkin parin näytteitä ja havaitsi, että hypometyloidut geenit olivat vielä merkittävästi rikastuneet ”immuunivaste” (

P

= 2.41E-05 ), mutta ei ”tulehdusvasteen” (

P

= 3.74E-01), mikä voi johtua pienen tehon havaitsemiseksi hypometyloidut geenien kanssa FDR 5% ”tulehdusvasteen” [24]. Koska toiminnallinen rikastamiseen analyysi on melko vankka väärille löytöjä DEM geenien [25], valitsimme hypometyloidut geenien kanssa FDR 10% ja totesi, että ”tulehdusreaktiota” oli myös rikastunut hypometyloidut geenien (

P

= 1.92E-02). Nämä tulokset osoittivat, että metylaatio muutokset ”immuunivaste” sekä ”tulehdusvasteen” ei voitu selittää tunkeutumisen lymfosyyttien syöpäkudoksessa.

Erityisesti olemme havainneet, että joitakin tyypillisiä syöpään liittyvien toimintojen kuten ”solukierron” ja ”apoptoosi” ei rikastunut hypermetyloitunut geenien tai hypometyloidut geenejä. Vastakkaisesti, jotkin näistä toiminnoista merkittävästi köyhdytettyä sekä hypermetyloitunut ja hypometyloidut geenien kaikkien viiden syöpätyyppeihin. Esimerkiksi ”cell cycle” oli merkittävästi köyhdytetty sekä hypermetyloitunut ja hypometyloidut geenit kaikkien viiden syöpätyyppeihin (kaikki

P

2.09E-10). Tämä tulos voi olla osittain vahvan kohdegeenin spesifisyys metylaation vuorottelujen [26], [27]. Toisaalta, meillä on vielä havaittu joitakin geenejä nämä tehtävät, jotka johdonmukaisesti differentiaalisesti metyloituja kaikissa viidessä syöpätyyppeihin. Esimerkiksi 80 geenejä, jotka liittyvät solusyklin olivat pysyvästi hypermetylaation tai hypometylaatio muutoksia poikki viisi syöpätyyppejä, mikä osoittaa, että ne ovat myös yhteisiä tavoitteita metylaation vaihtelussa näissä syöpätyyppeihin.

Hypermethylation- ja hypometylaatio erityisiä toiminnot

Vuodesta 117 termejä johdonmukaisesti hypermetyloitunut poikki viisi syöpätyyppejä, määrittelimme hypermetylaation ominaisia ​​toimintoja kuin ne, jotka eivät merkittävästi rikastettu hypometyloidut geenien tahansa syöpätyyppeihin ja huomattavasti tyhjentynyt hypometyloidut geenien ainakin yksi syöpää tyyppi. Ehtyminen analyysi suoritettiin käyttäen yksipuolinen hypergeometrisen jakelu testi [28]. Löysimme 58 hypermetylaation ominaisia ​​toimintoja, joista suurin osa liittyy ”sääntelyä biologian prosessi” ja ”kehitysprosessiin”. Taulukko S3 sisältää täydellisen luettelon hypermetylaation ominaisia ​​toimintoja.

Samoin alkaen 41 ehdoista johdonmukaisesti hypometyloidut poikki viisi syöpätyyppejä, määrittelimme hypometylaatio ominaisia ​​toimintoja kuin ne, jotka eivät merkittävästi rikastettu hypermetyloitunut geenien millään syövän tyypit ja huomattavasti tyhjentynyt hypermetyloitunut geenien ainakin yhdessä syöpätyypin (taulukko S4). Löydettiin 24 hypometylaatio ominaisia ​​toimintoja, joista suurin osa liittyy vastauksena ärsyke (mukaan lukien ”immuunivaste”, ”vastaus sieni”, ”puolustus vaste” ja sen jälkeläiset ”tulehdusvasteen”), immuunijärjestelmän prosessi ja solujen tappaminen (Taulukko 2). Ottaen huomioon, että immuunijärjestelmän solut vaikuttavat pahanlaatuisten solujen läpi tuotannon eri sytokiinien, olemme havainneet, että solun sytokiinien kerätään Kegg tietokantaan merkittävästi hypometyloidut kunkin viiden syöpätyyppien (

P

= 3.72E-13, 5.11E-11, 6.60E-08, 2.44E-08 ja 5.94e-09 paksusuolen, munuaisten, mahan, keuhkojen ja rintasyöpiä, vastaavasti). Erityisesti olemme havainneet, että hematopoietiinireseptorien,

TNF

,

IL1

,

IL10

ja

IL17

sytokiiniperheistä oli merkittävä taipumus hypometyloidut vuonna kaikki viisi syöpätyyppeihin. Esimerkiksi keskimäärin 70,0% geenien

IL10

perhe, jotka edistävät luontaisen immuunivasteen kudoksesta epiteelin rajoittaa vahinkoja aiheuttama infektio tai tulehdus [29], olivat hypometyloidut kaikissa viidessä syövän tyypit ( kuvio 4).

Tämä kuvio esittää prosenttiosuutta hypometyloidut geenien ja hypermetyloitunut geenien kuuden sytokiini geenin perheitä. X-akseli osoittaa geenin perhe, ja y-akseli kuvaa prosenttiosuudet hypometyloidut ja hypermetyloitunut geenejä kussakin näistä geeniperheiden. Valo ja tummanharmaa alueet edustavat hypometyloidut ja hypermetyloitunut geenejä, tässä järjestyksessä.

Olemme huomanneet, että hypermethylation- ja hypometylaatio-erityistehtäviä liittyvät erityyppisiin ”vastauksena ärsyke”, kuten kuvassa 5. hypometylaatio ominaisia ​​toimintoja liittyvät pääasiassa ”immuunivaste”, ”vastauksena sieni” ja ”puolustus vastaus” (mukaan lukien sen jälkeläiset ”tulehdusreaktio”), jotka ovat pääasiassa suoritetaan immuunijärjestelmän solut organismia, vastauksena mahdollinen uhka (kuten syöpäsoluja ja bakteerit); näissä prosesseissa, solut kommunikoivat keskenään käyttämällä signaalin molekyylien, kuten sytokiinien, [30]. Sen sijaan hypermetylaation ominaisia ​​toimintoja liittyvät pääasiassa ”signaalitransduktion” solussa ja ”käyttäytyminen” (erityistoimet tai reaktioita) organismin vastauksena ulkoinen tai sisäinen ärsykkeiden (kuva 5).

(A) hypometylaatio termejä, jotka liittyvät ”vastauksena ärsyke”. (B) hypermetylaation-liittyviä erityistehtäviä ”vastauksena ärsyke”. Merkittävä ehdot on esitetty harmaalla.

Keskustelu

Tuloksemme osoittivat, että geenien promoottori hypermetylaation ja hypometylaatio eri syövän tyypit ovat erittäin tasainen toiminto, vastaavasti. Vaikka eri kudoksissa on erityisiä metylaation [31], tämä korkea johdonmukaisuus viittaa siihen, että ne ovat samanlaisia ​​metyloitu toiminnallisia muutoksia eri syöpätyyppejä. Tuloksemme osoittivat myös, että geenin promoottori hypermetylaation ja hypometylaatio yleensä suunnattu eri biologisten prosessien liittyy syövän etenemiseen. Hypermetylaation ominaisia ​​toimintoja ovat useimmiten liittyy ”kehitysprosessia” ja ”sääntelyn biologian prosessi”, kun taas hypometylaatio ominaisia ​​toimintoja liittyvät lähinnä ”vastauksena ärsyke” (mukaan lukien ”immuunivaste”, ”vastauksena sieni”, ”tulehdusreaktio ”),” immuunijärjestelmää prosessi ”ja” solu tappaminen ”. Nämä tulokset viittaavat siihen, että DNA hypermetylaation ja hypometylaatio saattaa olla riippumattomia prosesseja karsinogeneesis- [8]. Mukaisesti aiemmissa raporteissa, että metylaatiotilaa geenejä voidaan modifioida ympäristön ärsyke [32], tuloksemme osoittivat, että molemmat hypermetyloitunut ja hypometyloidut toiminnot liittyvät ”vastauksena ärsyke”. Erityisesti, tuloksemme lisäksi ilmeni, että hypermetylaation ja hypometylaatio liittyy erilaisia ​​”vastauksena ärsyke”. Varsinkin, jos funktio on merkittävästi rikastettu hypometyloidut (tai hypermetyloitunut) geenejä, se osoittaa, että merkittävä osa geenien tämän toiminnon hypometyloidut (tai hypermetyloitunut) syövän, mutta se ei tarkoita, että tätä toimintoa ei sisälly muutamia ja hypermetyloitunut (tai hypometyloidut) geenejä. Esimerkiksi, kun hypometylaatio-spesifinen toiminto ”immuunivaste”,

IRF4

, joka säätelee negatiivisesti toll-like-reseptori signalointi, joka on keskeinen aktivointi synnynnäisen ja adaptiivisen immuunijärjestelmän [33], havaittiin voidaan hypermetyloitunut kaikissa viidessä syövän tyyppejä. Olemme myös havainneet, että ”G-proteiiniin kytkeytynyt reseptori proteiinia signalointireitille” oli merkittävästi rikastettu sekä hypermetyloitunut geenit ja hypometyloidut geenit kaikissa viidessä syöpätyyppeihin. Nämä tulokset voivat johtua hypometylaatio kemokiinireseptorien ja hypermetylaation liittyvien geenien signaalien transduktion solun sisällä, jotka molemmat voi häiritä väyliä edistää karsinogeneesiä [34].

Vaikka tulokset osoittivat, että geenit jossa promoottori metylaatio vaihtelussa eri syöpätyyppejä ovat erittäin yhdenmukaisia ​​niiden toiminta, syöpä on erittäin heterogeeninen tauti suhteen eri DM geenien eri potilailla. Jopa saman syövän tyyppiä, ainutlaatuinen alatyyppejä on ominaista selvä epigeneettisellä alternations [35], [36], [37], joka on myös oltava johdonmukainen toiminta. Esimerkiksi, huomasimme, että neljä luettelot hypermetyloitunut geenien neljän paksusuolensyöpä alatyyppiä (CIMP-H, CIMP-L, klusteri 3 ja klusteri 4) raportoineet Hinoue et al [35] olivat erittäin yhdenmukaisia ​​toiminto (kuva S1) vaikka nämä alatyypit ovat eroavat toisistaan ​​niiden hypermetyloitunut geenien [35]. Tarkemmin sanottuna 117 termejä johdonmukaisesti hypermetyloitunut eri syöpätyyppejä, huomasimme, että 115 termejä johdonmukaisesti rikastettu hypermetyloitunut geenien kaikkien neljän alatyypin (hypergeometrisen testi,

P

0,05) ja kaksi muuta termejä olivat myös marginaalisesti merkitsevä kaikkien neljän alatyypin (hypergeometrisen testi,

P

0,1). Eri näytteitä tietyn syöpätyypin hautoisi eri metylointi alternations joka voi myös olla johdonmukainen toiminta.

ekstrapoloimiseksi toiminnallinen seuraus metyloinnin alternations geenin promoottorit syövän genomeja, tutkijat usein tutkia suhdetta geenin metylaatio ja geenin ilmentymistä. Hypermetylaatiota geenin promoottorit on korreloi merkitsevästi alas-geenin ilmentymisen säätelyyn vaan hypometylaatio geenipromoottorit ei tai vain heikosti korreloi geenin ylössäätöä [38], [39]. Samanlaisia ​​monimutkaisia ​​suhteita myös havaittu toiminnallisella tasolla. Havainnollistaa tämän, analysoimme 16 20 paria näytettä invasiivisen rintasyövän, joka sisälsi sekä metylaatio ja ilme datan. Differentiaalisesti ilmentyvien geenien valittiin käyttämällä SAM (merkitys analyysi microarray) algoritmin [40], jossa on FDR 0,05. Sitten, että 117 termejä johdonmukaisesti hypermetyloitunut poikki viisi syöpätyyppejä, huomasimme, että 64 kannalta merkittävästi rikastettu alas geenien (hypergeometrisen testi, jonka FDR 0,05) ja 83 termejä marginaalisesti rikastettu alas geenien (Hypergeometrinen testi

P

0,1). Kuitenkin 41 termejä, jotka olivat johdonmukaisesti hypometyloidut poikki viisi syöpätyyppejä, huomasimme, että mikään ei ollut rikastettu jopa geenien. Vastakkain, 10 hypometyloidut termejä (mukaan lukien ”tulehdusreaktio” ja ”leukosyyttimigraatio”) olivat jopa rikastettua alas geenien. Yksi mahdollinen selitys tälle ilmiölle on hypoteesi, että hypometylaatio geenipromoottorit on yhteistyössä muiden keskeisten aktivaattoreita kuten asianmukaisia ​​tasoja transkriptiotekijöitä [37], [41] ohjata geenien ilmentymistä. Esimerkiksi, kuten tulehduksellinen geenejä yleensä hypometyloidut tulehdussairaudet [42], [43], [44], voisimme hypoteesin, että hypometylaatio tulehduksellinen geenin promoottorit voivat tapahtua precancerous tulehdussairauksiin, jotka yhdessä aktivointi kytketty aktivaattoreita voisi aiheuttaa hyperactivation tulehduksellisen vasteen esisyöpäsairaudentiloille. Kehittämisen aikana Syövän hypometylaatio tulehduksellisten geenien voitaisiin peritty kautta solunjakautumisen, kun taas yhdistettynä aktivaattorit voivat menettää toiminnon takia genomin epävakautta aiheuttama pro-tuumorigeenisen mikroympäristölle [45], [46], [47]. Näin voisimme tarkkailla näitä geenejä ”alassäätöä rinnalla hypometylaatio syövän. Todistaa tämän hypoteesin, meidän täytyy seurata metylaation ja ilmaisun aikana tapahtuneet muutokset etenemistä precancerous tulehdus syöpään, joka on vaikea tehtävä, mutta ansaitsee tulevaisuuden tutkimuksessa.

Insight tulee toiminnalliset roolit DNA: n metylaation muutoksia syöpä genomit voivat parantaa epigeneettiset syövän hoidossa. Tällä hetkellä useimmat epigeneettiset lääkkeet hypomethylating aineita, jotka kohdistuvat hypermetyloitunut geenejä syövän [48]. Kuitenkin, koska promoottori hypometylaatio geenit saattavat myös olla tärkeä rooli Karsinogeneesin aineet kohdistaminen hypometyloidut geenien syövän voisivat olla hyödyllisiä syövän hoidossa. Esimerkiksi käänteinen hypometylaatio aseman urokinaasin (

uPA

) promoottori estää rintasyövän kasvua ja etäpesäkkeiden [49]. Ottaen huomioon läheisen yhteyden promoottorin hypometylaatio ja koskemattomuus, epigeneettiset hoito ja immunoterapia voidaan joutua yhdistää syövän hoitoon.

tukeminen Information

Kuva S1.