Krooninen sairaus

tiivistelmä

Useat kasvain tyypit ovat herkkiä deaktivointi vain yhden tai muutaman geenejä, jotka ovat jatkuvasti aktiivisia syöpäsoluissa, ilmiö, joka kutsutaan ”onkogeeni riippuvuus”. Lääkkeet, jotka kohdistuvat tuotteisiin näiden onkogeenien voi tuottaa tilapäistä helpotusta, ja jopa täydellinen remissio. Valitettavasti monet saavilla potilailla onkogeeni kohdistettujen hoitojen relapsin hoitoon. Tämä tapahtuu usein johtuu somaattisten mutaatioiden onkogeenin (mutaatioita). ”Yhdiste mutaatioita”, joka yhteydessä syövän Lääkeresistenssin määritellään kaksi tai useampia mutaatioita lääkkeen kohde samassa klooni voi johtaa erityisen kestäviä vastaan ​​kaikkein selektiivisiä. Täällä on osoitettu, että suurin osa mutaatioita esiintyy syöpäpotilailla hoidettu tyrosiinia estäjät, joilla pyritään kolmella eri proteiineja seurata evoluutioreitin. Käyttämällä bioinformatiikan analyysi työkaluja, havaitaan, että lääkeaine-mutaatioita tyrosiinikinaasiperheen domeenien Abl1, ALK ja eksonit 20 ja 21 EGFR suosia muutoksia tähteisiin, jotka voidaan tunnistaa vastaavissa tehtävissä evoluution liittyvän proteiineja. Tulokset osoittavat, että evoluution paine muovaa mutaatioprosessiin maisema tapauksessa lääkeresistenssideterminantit somaattisia mutaatioita. Rajoitteet mutaatioprosessiin maisemaa viittaavat siihen, että voi olla mahdollista torjua yhden lääkeresistenssideterminantit pistemutaatioita. Havainto suhteellisen monia mutaatioita Abl1, mutta ei muita geenejä, selittyy sillä, että mutaatiot Abl1 yleensä biokemiallisesti konservatiivisia, kun taas mutaatiot EGFR ja ALK on taipumus olla radikaali. Analyysi Abl1 yhdistettä mutaatioiden viittaa siihen, että tällaiset mutaatiot ovat yleisempiä kuin tähän asti raportoitu ja voi olla vaikeampi torjua. Tämä tukee käsitystä, että tällaiset mutaatiot voivat tarjota pakotien kohdistettuja syöpälääkkeen vastus.

Citation: Friedman R (2013) Drug Resistance Missense Mutaatiot Cancer kohdistuu Evolutionary rajoitteet. PLoS ONE 8 (12): e82059. doi: 10,1371 /journal.pone.0082059

Editor: Raffaele A. Calogero, University of Torino, Italia

vastaanotettu: 06 syyskuu 2013; Hyväksytty: 29 lokakuu 2013; Julkaistu: 20 joulukuu 2013

Copyright: © 2013 Ran Friedman. 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 tutkimus on tukenut Linnaeus yliopiston Centre for Biomaterials Chemistry. Rahoittajat ollut mitään roolia tutkimuksen suunnittelu, tiedonkeruu ja analyysi, päätös julkaista tai valmistamista käsikirjoituksen.

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

Johdanto

estäjä (KI) imatinibi määrätty vuodesta 2001 krooninen myelooinen leukemia (KML) potilailla [1]. Suunnattu tyrosiinikinaasidomeeniin epänormaalin kimeerisen proteiinin BCR /Abl1 imatinibi oli ensimmäinen onnistunut kohdistettuja syöpälääkkeen. Sen jälkeen merkittävää menestystä ja suhteellinen turvallisuus, ylimääräisiä KIS nyt hoidossa perustuu erilaisiin syöpiin, ja monet muut ovat kehitteillä [2]. Spesifisyys KIS vaihtelee, ja joitakin lääkkeitä käytetään hoitamaan useita erilaisia ​​syöpiä. Imatinibi esimerkiksi on rekisteröity Ruotsissa paitsi hoitoon KML vaan myös Philadelphia-kromosomi-positiivinen akuutti lymfaattinen leukemia (Ph

+ – ALL), useiden veren oireyhtymät, mahasuolistrooman (GIST) ja dermatofibrosarcoma protuberans (DFSP) . Eteneminen Genomikartoituksen tekniikoita mahdollistaa tunnistamisen potilaita, jotka todennäköisemmin hyötyvät kohdennettuja hoito perustuu geneettisen profiilin kasvaimia. Lisäksi uuden lääkkeen tavoitteita, jotka ovat erillään kinaasit ovat haluttuja. Esimerkkejä ovat farnesyylitransferaasia inhibiittorit ja lämpöshokkiproteiiniin antagonisteja.

Valitettavasti monet potilaat lopulta epäherkkä vuoksi hoidon somaattisten mutaatioiden kinaasidomeeni lääkkeen tavoitteet, jotka estävät lääkkeitä inhiboimaan entsyymien [3], [4]. Ilmenisi tällaisia ​​toissijaisen mutaatioita ”rajoittaa tehokkuutta syöpälääkkeiden pitkällä aikavälillä [5]. Havainto, että mutaatioita aiheuttaa hoidon epäonnistumisen kehotetaan kehittämään toisen (dasatinibia nilotinib) ja kolmas (bosutinib, ponatinib) sukupolven Abl1 estäjiä. Kliinisesti pahamaineisin Abl1 mutantti on T315I, joka on vastustuskykyinen kaikille Kis paitsi ponatinib (äskettäin hyväksytty Yhdysvalloissa ja EU) ja rebastinib (nykyisin Kliinisissä tutkimuksissa). Tutkimukset Ba /F3-soluja, kätevä malli järjestelmä KI kehittämiseen, viittaavat siihen, että vastustuskyvyn ponatinib ja rebastinib voi kehittyä ”yhdiste mutaatioita”, eli kaksi resistenttejä mutaatioita, jotka esiintyvät samassa klooni kasvainsolujen [6], [7 ].

ei ole mahdollista seurata kehitystä lääkeresistenssin mutaatioiden yhden klooneja. Tämä edellyttäisi kykyä seurata syntymistä mutaatioiden dynaamisesti, jota ei voida saavuttaa, sillä näytteet on sekvensoida, ja koska monet mutaatiot väistämättä menetetään sen sijaan kiinnitetty solulinjassa. Tästä syystä matemaattisia malleja lääkeresistenssin syöpä on kehitetty ja sovellettu opiskelemaan lääkeresistenssin eri skenaarioissa. esimerkiksi muuttamalla annostusta tai käyttämällä useita inhibiittorit [8] – [12]. Tällaisia ​​malleja mahdollistavat testaus erilaisten hypoteesien

in silico

, usein suhteessa kliinisiin löydöksiin, ennen etenee solun tai kliinisiä tutkimuksia.

kirjanpito evoluution voimia, jotka johtavat lääkeresistenssi on tärkeää sillä uusien hoidon järjestelmistä vähemmän todennäköisesti tuottaa vastarintaa. Jos evoluution maisema on rajoitettu, pieni molekyyli lääkkeet, jotka kohdistuvat tunnetut mutantit ovat todennäköisesti onnistu. Toisaalta, jos lääke tavoite voidaan toteuttaa muita mutaatioita ilman merkittävää selektiivinen paine, kohdistettujen hoito lopulta epäonnistuu. Nykyinen paradigma tutkimuksissa resistenttien mutaatioiden on, että nämä mutaatiot tapahtuvat ennen hoitoa. Mutaatio hinnat proteiinin koodaavan geenit ovat luokkaa 10

-9 vaihdot vuodessa päällä. Vaikka mutaationopeudet syöpäsoluissa ovat suurempia 3-4 kertaluokkia, on epätodennäköistä, että mutaatiot kehittyy hoidon aikana usean vuoden ajan, kun taas uusiutuminen tapahtuu usein muutamassa kuukaudessa. Siten mutaatioiden on kestettävä ennen hoitoa. Tätä varten, kaksi skenaariota ovat mahdollisia. Ensinnäkin voidaan olettaa, että kaikki kinaasialue somaattiset mutaatiot ovat valikoivasti neutraaleja tai lievästi haitallinen, ja siksi on ei-merkityksetön todennäköisyys on vahvistettava väestössä [13]. Tämä oletus voidaan perustella sillä, että kohteena onkogeeni oli jo kärsivät ”voitto toiminnon” mutaatio, joka johtaa sen ensisijainen asema kasvain, ja on nyt suhteellisen epäherkkä edelleen mutaatioita. Jos tämä on totta, niin ainoa rajoitus resistenssin mutaatioiden on korvannut. Sen sijaan, voidaan olettaa, että aktiivinen onkogeeni on biologinen toiminto, joka voidaan korvata mutaatioita, ja sen evolutiivisen maisema on rajoitettu, ei ainoastaan ​​sen määrä mutaation, mutta myös puhdistava valinta. Tällöin ymmärtäminen laajuutta valinta voi johtaa hoitojen kehittämisessä, joka on

a priori

vähemmän herkkä lääkeresistenssi.

Täällä käytän bioinformatiikan analyysi, jotta voidaan arvioida, mitkä näissä tilanteissa on enemmän todennäköistä, toisin sanoen, onko mutaatioita kinaasidomeenissa todennäköisesti sietää. Tätä varten olen analysoinut esiintyvyys tällaisten mutaatioiden sekvenssit, jotka ovat homologisia kolme tyrosiini kinaasit, jotka ovat tärkeitä huumeiden tavoitteet ja missä lääkeresistenssin vuoksi missensemutaatioita esittelee akuutti kliininen ongelma: kasvutekijän reseptorin (EGFR), anaplastinen lymfooma kinaasi (ALK) ja kinaasi domeeni Abelson hiiren leukemia virus-onkogeenin homologin 1 (Abl1).

epidermaalisen kasvutekijän reseptorin

EGFR on solun pinnan reseptori tyrosiini (RTK) ja erbB-perheen. Kohonnut ilmentyminen EGFR havaitaan syövät eri elimissä. Pienmolekyylisalpaajilla EGFR, kuten gefitinibi ja erlotinibi hyväksyttiin hoitoon ei-pienisoluinen keuhkosyöpä (NSCLC). Nämä molekyylit ovat kilpailukykyisiä inhibiittoreita ATP: n sitoutuminen aktiivisessa reseptoreihin. Että siinä on useita somaattisten mutaatioiden EGFR, jotka näyttävät antaa lisääntynyt kinaasiaktiivisuus (aktivoivia mutaatioita, joka tunnetaan myös nimellä kuljettaja tai herkkiä mutaatioita), on korreloitu herkkyys EGFR-estäjät [14] – [16]. Silti jotkut saaneista potilaista tyrosiinia estäjät (TKI) eivät reagoi hoitoon, ja vain noin 5% nauttia täydellinen remissio [17]. Monissa tapauksissa hoidon epäonnistuminen johtuu TKI mutaatioita, jotka sisältävät insertioita ja kuusi eri missense mutaatioiden tyrosiini-kinaasi domeeni [17], [18]. T790M on yleisin Näiden mutaatioiden ja antaa ligandin riippumattomuutta.

anaplastinen lymfooma kinaasin

ALK on RTK, joka on liittynyt neuroblastooma ja keuhkosyöpä, erilaisten mekanismien kautta. Keuhkosyövän, fuusio ALK ja piikkinahkaisten mikrotubuluksiin liittyvä proteiini-, kuten 4 (EML4) johtaa konstitutiiviseen kinaasin aktivaatioon [19]. Neuroblastoomakasvaimissa, toisaalta, lisääntynyt ALK aktiivisuutta liittyy ALK-geenin monistamisen, somaattiset ja ituradan mutaatioita [20] – [22]. ALK estäjien kehitetään nyt lääkkeinä; TKI crizotinib on käytössä keuhkosyöpäpotilaita kuljettaa EML4-ALK-fuusioproteiinia. Valitettavasti toissijainen mutaatiot voivat johtaa crizotinib vastus [23].

Abl1

Abl1 on esikasvaintekijän koodaa tyrosiinikinaasin. Fuusioproteiini BCR-Abl johtaa kroonisen myelooisen leukemian (CML), joka voidaan hoitaa TKI. 20 missense mutaatioiden Abl on osoitettu antavan lääkeaineen vastustuskykyyn (tai alennettu herkkyys) ainakin yksi kolmesta kaupallisten huumeiden imatinibin, dasatinib ja nilotinib [24]. Toinen meta-analyysi (ts analyysi havaintoja useista kokeista on raportoitu kirjallisuudessa) tunnistettu 34 tällaiset mutaatiot perustuvat

in vitro

tutkimuksissa [25]. Ilmeisesti, Bcr-Abl näyttää mutaattori- fenotyyppi, eli se johtaa hankinnan mutaatioiden [26]. TKI Treatment ilmeisesti johtaa vähenemiseen Mutaatiofrekvenssi [25], mikä osoittaa, että mutaatiot tapahtuvat ensisijaisesti ennen hoitoa, kun taas mutantti klooneja tullut hallitseva seurauksena TKI hoitoa.

Tulokset paljastavat, että huumeiden resistenssimutaatioiden tyrosiinikinaasia domeenien Abl1, ALK ja eksonit 20 ja 21 EGFR suosia muutoksia jäämät, joita löytyy vastaavat asemat evoluution liittyvän proteiineja. Täten on osoitettu, että evoluution paine muovaa mutaatioprosessiin maisema tapauksessa lääkeresistenssideterminantit somaattisia mutaatioita. Analyysi yhdistettä mutaatioiden paljastaa suurempi osa tällaisista mutaatioita, joita ei ole tähän mennessä havaittu liittyvän sekvenssit.

Tulokset

kasvutekijän reseptorin

Resistance erlotinibille ja gefitinibin on yhdistetty kuuteen mutaatioita [17], [18]. Analyysi sekvenssit, joissa kinaasidomeeni on homologinen, että EGFR käy ilmi, että 4 6 vastuksen missensemutaatioita, samaa aminohappoa vaihtelua havaitaan muut sekvenssit liittyvien proteiinien (taulukko 1 ja taulukko S1). Nämä neljä mutaatioita ovat S768I, V769L ja T790M (on eksoni 20), ja T854A (päällä exon21), kun taas kaksi mutaatioita, joita ei voida havaita SNVs että MSA (L747S ja D761Y) sijaitsevat eksonin 19. Tämä voi selittyä eksoni 19 on mutaatiomuutoksilla hot-spot, jossa mutaatioita esiintyy jopa 45% NSCLC potilaiden [18]; se voi olla, että mutaatio korko eksonissa 19 on riittävän suuri, että mutaatiot ilmenevät hoidon aikana.

Toisaalta, vain 5 out of 12 aktivoivia mutaatioita havaitaan useita sekvenssin rinnastus (MSA ) EGFR ja homologisia proteiineja. Tämä havainto voidaan selittää huomioon, että aktivoivia mutaatioita voidaan kuvata ”voitto toiminnon” mutaatioita. Nämä mutaatiot tekevät kinaasi konstitutiivisesti aktiivinen, mikä ei ole toivottavaa asiayhteydestään kasvain. Monille heistä ei voida havaita vaihteluja liittyvien sekvenssit.

Kaikissa tutkituissa missensemutaatioita johtuu yhden nukleotidin varianssi (SNV), ja on mahdollista, että tietty SNV havaitaan MSA koska kaikki mahdolliset SNVs kuuluvat. Tässä tapauksessa, todennäköisyys tunnistaa tämän mutaation MSA on 1. Itse asiassa, kaikki ei-synonyymi SNVs ja Ser768 on havaittu MSA. Sitä vastoin on kuusi mahdollista aminohappo tilalle johtuen ei-synonyymejä SNVs asennossa 790, vain kaksi havaitaan MSA: T790A, joka on havaittu vain yksi sekvenssi; ja T790M, joka havaitaan 87-sekvenssit (31%). T790M on yleisin EGFR mutaatio [18]. Thr790 kutsutaan portinvartijana jäännös EGFR, koska se sijaitsee sisäänkäynnin hydrofobiseen taskuun jossa KI sitoa, joten se tärkeää KI valikoivuus. KI kestävyys johtuu T790M mutaatio oli siis ehdotettu johtuvan steerisistä yhteenottoja sitoutuneen KIS. Kuitenkin Myöhemmin havaittiin, että T790M mutantit kykenevät sitomaan KIS, mutta pysyvät aktiivisina lisääntyneen affiniteetin ATP [27]. Yleisyys Met samassa asemassa kuin jäännöksen 790 MSA EGFR homologien on sopusoinnussa tämän löydöksen. Kuten Thr790, jäännös Thr854 voidaan mutatoida kuusi muuta tähteiden SNVs, mutta vain kolme tällaista muutoksia havaitaan: T854A (146 sekvenssit, 52%), T854I (yksi sekvenssi) ja T854S (51 sekvenssit, 18%). Tässä tapauksessa, mutaatio voi todellakin estää sitoutuminen lääkkeen [28]. Toisin kuin radikaali mutaatio T854A, T854S on konservatiivinen mutaatio, ja todennäköisesti johda lääkeresistenssin. T854I on läsnä vain yhden sekvenssin. Toinen mahdollinen mutaatiot T854K, T854P ja T854R voi johtaa lääkeresistenssin mutta eivät osoitteessa MSA lainkaan, mikä viittaa siihen, että ne on valittu vastaan, vaikka niitä ilmenee.

tarkempi analyysi todennäköisyys tarkkailla jäämän kinaasidomeenissa voidaan saatu Konservoitavia Verkkotunnustietokantaamme (CDD) [29], ncbi.nlm.nih.gov/cdd. Konservoituneiden Verkkotunnustietokantaamme on resurssi merkinnästä toiminnallisten yksiköiden proteiineja. Muiden tietojen se kuvaa todennäköisyys löytää kunkin 20 yhteisen nukleotidin koodatut aminohapot missä tahansa kohdassa yhdenmukaistamisen kuin log2 perustuva asema erityisiä pisteytysmatriisia (PSSM) pisteet. Mitä suurempi PSSM pisteet, sitä enemmän konservoituneita on tähde tarkoitettuun paikkaan. Tutkiessaan asemat vastus mutantteja EGFR todetaan, että Leu747, Asp761 ja Ser768 mutatoidaan tähteitä, jotka ovat vähemmän todennäköisiä mukaan säilytetyn verkkotunnus. Toisaalta, Val769, Thr790 ja Thr854 mutatoidaan tähteitä, jotka ovat yleisempiä CDD. Yleisin aktivoiva (kuljettaja), joiden mutaatiot, G719A /C /S ja L858R, ei ole läsnä MSA, ja tuloksena variantti arvioidaan olevan paljon harvinaisempia kuin wt konservoituneen TK verkkotunnuksen (taulukko S1). Itse asiassa ainoastaan ​​kaksi aktivoivat mutaatiot mutantti on yleisempää konservoituneen domeenin kuin paino, ja molemmissa tapauksissa (L861Q ja G863D) asema-spesifinen tulos on 0, mikä osoittaa, että paino- jäännös ei ole konservoitunut. Tämä on sopusoinnussa näkökulmasta, että nämä muutokset johtavat saada-of-function.

Anaplastic lymfooma kinaasi

Tehdyn analyysin, viisi kuudesta crizotinib-mutantteja ja kaikki 11 neuroblastooma liittyvät ALK missensemutaatioita johtaa jäännöksen, voidaan havaita liittyvän proteiineja samassa asemassa (in merkittävä ero kuljettajan mutaatioita EGFR). Kaikki neuroblastooma liittyvät mutaatiot liittyy muutos saadaan jäännös, joka on erittäin konservoitunut CDD, joka on kuitenkin melko harvinainen (taulukko S2), joka on myös tapauksessa kolme kuudesta mutaatioita. Ilmeisesti molemmat vastus ja aktivoivat mutaatiot ALK kohdistuu evoluution rajoituksia, jotka vähentävät mutaatiostatuksesta maisemaan.

Bcr-Abl

Yksittäiset mutaatiot.

Olen analysoinut 43 Abl1 mutaatioita kuljetetaan KML-potilailla jossa lääkeresistensseihin näkyi

in vitro

. Merkillistä, yksikään 43 SNVs on uusi, eli muunnelmia samantyyppisiä ovat nähtävissä liittyvien proteiinien (taulukko 1 ja taulukko S3), ja kaikissa muissa paitsi kahdessa tapauksessa muutos johtaa siihen, jäännös, joka on vähemmän konservoitunut CDD ( in L387F ja L387M mutantti on samanlainen säilyttäminen pisteet), jotka voivat viitata selektiivinen paine.

yhdiste mutaatioita.

Äskettäin Khorashad ja työtoverit määritetty joukko kaksinkertainen mutaatioita KML-potilailla käsitelty TKI [30]. Noin 70% näistä mutaatioista olivat yhdisteen mutaatioita, jossa molemmat mutantit syntyvät samassa klooni syöpäsoluja. Jotkut näistä yhdistettä mutaatioiden oletettavasti osaltaan lisätä lääkeresistenssideterminantit. On mielenkiintoista tarkastella yhdiste mutaatiot evoluution kannalta. Tutkiminen 21 raportoitu yhdiste mutaatioita [30], paljastaa, että viisi ovat täysin uusia, eli samanlainen (double) muutosta ei voida havaita missään 1282 homologisia sekvenssejä Abl1 (kuvio 1 ja taulukko S4). Jotkut muut 16 vaihtelut ovat melko yleisiä. Esimerkiksi monilääkeresistenssin mutantti T315I havaittiin saman kloonin M244V, G250E, E255K, F311L, F359V, F359C, L387M tai H396R. 56%: n sekvenssien mukaan MSA, on isoleusiini asemassa, joka vastaa tähdettä 315 Abl1, myös lysiini asemassa, joka vastaa tähdettä 255 – eli ne osu T315I /E255K yhdiste mutaatio (kuvio 1, alhaalla). Huomaa, että järjestys esiintyminen mutaatiot voivat olla tärkeitä, koska vain 8%: n sekvenssejä, jotka vastaavat E255K kuljettaa isoleusiini asemassa, joka vastaa T315 vuonna Abl1 (verrattuna 56%, jos T315I pidetään ensin). Mielenkiintoista, tutkiessaan kaikkia mahdollisia yhdistelmiä 43 resistenttien mutanttien (ks data sheet S8) huomaamme seitsemän muunnelmia, noudatetaan aina yhteen luonnon sekvenssit: (K247N /F317L, E292V /F311I, E292V /F359I, Y253F /T315A, Y253F /F317I, T351A /V379I ja Y253F /H375P). Nämä mutaatiot ei raportoitu tähän mennessä, mutta tämä voi johtua siitä, että herkkyyden puutteesta sekvensointi ja potilaiden lukumäärä on pieni, jotka seulottiin. Järkevöittämiseksi menetelmät [31] todennäköisesti paljastaa ylimääräisiä yhdiste mutaatiot Abl1 ja muissa syöpälääkkeen tavoitteita.

(Top) Yhdiste mutaatiot ovat kaksinkertainen mutantit, jotka syntyvät samassa kloonin ja havaitaan potilailla. Käyttämällä MSA on Abl1 proteiinin, jotka liittyvät sekvenssit, joissa yksi tunnistettu mutaatioita havaitaan vaihtelua todettiin. Jokainen sekvenssi analysoitiin sitten sen tutkimiseksi, onko jollekin muulle variaatioita havaitaan yhdessä ensimmäisen vaihtelua. Tulokset tästä analyysin esitetään tässä prosentteina. Esimerkiksi 50%: n sekvenssien, jossa His jäännös sijaitsee asemassa, joka on sama kuin Tyr253 ja Abl1 (vastaa Y253H mutaatio), jäännös, joka vastaa asemaa 250 on Glu (samanlainen kuin G250E mutantti). Huomaa, että matriisi ei ole symmetrinen. Kun samaa esimerkkiä, vain 0,8% sekvensseistä jossa Glu sijaitsee vastaavassa asennossa Gly250 vuonna Abl1 (G250E) myös omaavansa Hänen siinä asennossa, joka vastaa Tyr253. Tämä ero johtuu suhteellinen harvinaisuus Y250H mutaatio (0,3%, Taulukko S3) ja suhteellinen runsaus G250E mutaation (21%). Yhdiste mutaatiot tunnistetaan Khorashad ja työtoverit [30] sisällä on esitetty rohkea kehyksessä. Vain kaksoismutanteissa jossa molemmat yhden mutaatioita tiedetään resistenssi lääkkeelle analysoidaan, ja vain tähteet, jotka ovat mukana yhdiste mutaatiot ilmoittamat Khorashad

et al.

Näkyvät tässä; täydellinen luettelo, katso tiedotteessa S8. 102 240 mahdollisista mutaatioista ei havaittu MSA. Matriisin solut ovat värillisiä mukaan runsaasti ehdollisen vaihtelu: alle 10%, valkoinen; 10-19%, keltainen; 19-50%, oranssi; yli 50%, punainen. (Pohja) Sekvenssiryhmittely ihmisaltistuksen Abl1 ja ihmisen STK10. Osa pareittain välinen kohdistus ihmisen Abl1 ja ihmisen STK10 kanssa sijainnin Abl1 tähteiden Glu255 ja Thr315 näytetään (punainen suorakaide). Sopeuttaminen ihmisen STK10 annetaan esimerkkinä, selventää havainnot näkyy yllä. Kaksi tähdettä linjassa lysiinin ja isoleusiini, vastaavasti, mikä vastaa E255K /T315I yhdiste mutaatio. 56%: n sekvenssien mukaan MSA, on isoleusiini asemassa, joka vastaa tähdettä 315 Abl1, myös lysiini asemassa, joka vastaa tähdettä 255.

Keskustelu

Useimmat mutaatioita ei ole uusia

Analyysi SNVs johtavat lääkeresistenssin EGFR, ALK ja Abl1 käy ilmi, että valtaosa näistä ei-synonyymi SNVs (52 55, taulukko 1), tietty jäännös muunnettu, joka voidaan havaita homologiset sekvenssit. Tämä saattaa tarkoittaa, että mutaatioita kohdistuu puhdistava valinta jossain määrin. Muutoin voisi olettaa, että uudet mutaatiot ovat yleisempiä.

Aktivoivat mutaatiot suosivat muutosta vähemmän konservoitunut jäännös

Kun se tulee aktivoivia mutaatioita, on merkittävä ero proteiinien välillä. EGFR useimmat mutaatiot ovat uusia, joka on linjassa niiden kanssa on voitto-of-function mutaatioita. Vuonna ALK, mutaatiot eivät ole uusia. Molemmissa tapauksissa, analyysin konservoituneiden domeenien osoittaa, että uusi variantti on lähes aina vähemmän konservoitunut domeeni (taulukot S1 ja S2). Tämä on sopusoinnussa hypoteesin, että tällaiset mutaatiot liittyy voitto-of-function.

Variability mutatoidun jäämien

kolmen proteiinin tutkituista täällä, joissakin asennoissa ole evoluution rajoituksia SNVs, kun taas muissa tehtävissä on rajoitettu. Esimerkiksi kuuden ei-synonyymi SNVs ovat mahdollisia proteiinin tasolla Ser768 EGFR. Kaikki nämä havaitaan homologisia sekvenssejä EGFR asemassa 768 (jos mutaatio Ser Ile antaa lääkeresistenssi). Toisaalta, treoniini asemassa 790 on sama sekvenssi voidaan mutatoida metioniinia tai alaniinia, ja jälkimmäinen on havaittu vain yhden sekvenssin. Tästä voidaan päätellä, että ensimmäisessä tapauksessa, sen toteaminen, että mutaatio on jo havaittu evoluutio on vain sattumaa: onhan kaikki SNVs ovat mahdollisia; kun taas toisessa tapauksessa se on mielekästä peräisin evoluution kannalta. Vaihtoehtoinen selitys on, että kaikki vaihtelut asennossa 768 ovat mahdollisia, koska ne eivät johda merkittävään vähenemiseen biologinen aktiivisuus proteiinin. Tämä perustelu on uskottava perustuu evoluutioteoriat [32], [33]. Tätä varten osuus

kaikki

kuin synonyymi SNVs jotka tapahtuvat kolmessa sekvenssit tulisi harkita, ja voidaan verrata osuus mutaatioita, joissa muut kuin synonyymi SNVs havaitaan MSA. Jos ei-synonyymejä SNVs jotka johtavat resistenttejä mutaatioita koskevat yksinomaan rajoitteen että ne johtavat lääkeresistenssin ja muuten evoluution neutraaleja, voisi olettaa, että vastaava SNVs kuulu MSA joka kuvaa evoluution liittyvän proteiineja. Jos toisaalta nämä SNVs kohdistuu evoluution rajoituksia, valtaosa tällaisten SNVs olisi vastattava jäännöksiä, jotka voidaan tunnistaa myös muilla proteiineja. Kuten taulukossa 2 on esitetty, koska ei ole mitään evoluution rajoituksia, 1508 ei-synonyymi SNVs

voitaisiin

havaittiin kinaasidomeenia EGFR. 1038 SNVs että

ovat

havaitut 31% vähemmän kuin mahdollista. Vain 5% resistenssimutaatioiden liittyy SNVs, joita ei ole havaittu kinaasidomeenista – paljon vähemmän kuin 31% kuten voidaan odottaa satunnainen SNVs. Tämä on vahva osoitus siitä, että mutaatioita kohdistuu evoluution rajoituksia. Odotusarvo saada sama määrä havaittujen mutaatioita sattumanvaraisesti (eli että 52 55 mutaatioita havaitaan MSA johtuu sattumasta yksin, olettaen, että kaikki ei-synonyymejä SNVs ovat yhtä todennäköisiä) on 5.6E-05 .

säilyttäminen mutatoidun tähteiden proteiinitasolla

Koska mutaatioita, toisin kuin kuljettajan mutaatioita, ei pitäisi häiritä biologista aktiivisuutta proteiinin, voidaan olettaa, että evoluution konservoituneita tähteitä on pienempi taipumus vaikuttaa (huomaa, että jäännös säilyttäminen proteiinitasolla on erilainen kuin sen todennäköisyys voidaan havaita CDD ja ei ole vain funktio useita mahdollisia vuorottelujen [32]). Kuitenkin analyysi evolutiivinen säilyttämismahdollisuuksia proteiinijäännös taso [34] – [36] osoittaa, että mutatoitunut jäämät suhteellisen säilyneitä (kuvio 2, taulukot S5, S6, S7). Tämä voidaan selittää perustelut, että nämä jäännökset ovat joko sijaitsevat substraatin sitoutumiskohdan, vaikuttaa sen rakenteeseen tai muuttaa proteiinin konformationaalinen dynamiikkaa; muuten mutaatiot eivät johda lääkeresistenssin. Suuret erot yksittäisten tähteiden havaitaan kuitenkin. Jotkut tähteet ovat erittäin konservoituneita (esim portinvartija tähteet Thr854 EGFR, Leu1196 vuonna ALK ja Thr315 in Abl1), kun taas toiset ovat hieman vaihteleva. Mielenkiintoista on, että mediaani vaihtelu pisteet on suurempi aktivoivan mutaatioita EGFR ja ALK kuin vastus mutaatioita, mikä osoittaa, että mutaatio konservoituneen tähteen on todennäköisempää, jolloin saadaan lääkeaine-resistanssi-mutantti. Tämä havainto on hieman counter-intuitiivinen, koska kuljettaja mutaatiot odotetaan tuottavan toimintoja, jotka ovat tärkeitä kasvaimen kasvua tai proliferaatiota [37], ja sen vuoksi on kohtuullista odottaa, että ne pyrkisivät tapahtuvat konservoituneen sivustoja ja ei ole niin herkkiä evoluution rajoitteet.

rakenteet EGFR [68] ALK [69], ja Abl1 [70] on esitetty nauha edustus, värillinen mukaan evoluution säilyttämisen on jäännös tasolla. Väritys on BWR mittakaavassa, ts erittäin konservoituneita tähteitä näkyvät tumman sininen, kohtalaisen säilytetty vaaleansininen, lievästi säilyneitä tai lievästi vaihteleva valkoinen, kohtalaisen muuttuja vaaleanpunainen ja erittäin vaihteleva punaisella. Jäännökset jossa mutaatiot johtavat lääkeresistenssin edustaa palloja ja osoitti (vain EGFR ja ALK, huomaa, että EGFR jäännös Leu747 ei ratkaistu X-ray rakenne ja ei näy).

Koska että suurelta, mutaatioiden tapahtuvat konservoituneen sivustoja, miten proteiini pystyy säilyttämään funktio? Mahdollinen selitys on se, että mutaatioita ovat konservatiivisia, toisin sanoen ne sisältävät modifikaatioita aminohappotähteitä, jotka eivät muuta niiden biokemialliset ominaisuudet. Empiirinen määrällinen biokemiallinen välisen etäisyyden tähteiden ehdotti Grantham [38], joka kehitti mittareita kutsutaan ”Grantham etäisyyttä”. Mitä enemmän radikaali vaihdosta, sitä suurempi on Grantham etäisyys. Siten Grantham välinen etäisyys isoleusiini ja leusiini on 5, kun taas kysteiini ja fenyylialaniini ovat 205 Grantham yksiköitä päässä toisistaan. Keskimääräinen Grantham pituus on 100, joka vastaa biokemiallinen ero fenyylialaniinin ja histidiinin, mikä osoittaa, että suurin osa mahdollisista vuorottelujen ovat radikaaleja sijaan konservatiivinen. Tutkiminen Grantham etäisyyksien (taulukko S5, Table S6 ja taulukko S7) paljastaa, että sekä radikaali ja konservatiivinen mutaatiot havaitaan. Mediaani Grantham etäisyys kuitenkin on korkeampi mutaatioita kuin aktivoimiseksi mutaatioita EGFR ja ALK. Mielenkiintoista, mediaani Grantham etäisyyttä resistenssimutaatioiden Abl1 on melko pieni (51). Tämä osoittaa, että suhteellisen pienet muutokset sitoutumiskohdan jo johtaa lääkeresistenssi, ja selittää, miksi lääkeresistenssin vuoksi pistemutaatioita on niin yleinen KML.

Resistance mutaatiot voivat evoluution rajoitteita

bioinformatiikka- analyysi resistenssimutaatioiden EGFR, ALK ja Abl1 paljastaa, että vaikka monet ei-synonyymi SNVs ovat mahdollisia, muutamia lääkeresistenssin mutaatiot ovat uusia siinä mielessä, että vastaavia muunnelmia ei havaittu kehitystä. Tämä rajoittaa mahdollisuuksia määrä SNVs mukaan 19-35%, riippuen proteiinin (taulukko 2). Lisäksi rajoitus johtuu siitä, että mutaatioita ovat todennäköisesti tapahtuu konservoituneiden tähteiden, vaikka ne voivat liittyä myös lievästi konservoituneita-tähteitä. Vertailu kestävä ja aktivoimalla mutaatioita EGFR ja ALK tarkoittaa, että kestävät mutaatiot ovat todennäköisemmin radikaali biokemiallinen näkökulmasta. Tällä voi olla vaikutusta esimerkiksi kun koko genomien hoidettujen syöpäpotilaiden analysoidaan tuntemattomia mutaatioita ja on tarpeen erottaa ajajalle mutaatioita, matkustaja mutaatioita ja mutaatioita.

Yhdiste mutaatioita

Yhdiste mutaatiot, jotka johtavat lääkeresistenssi liittyy yleensä yhdistelmä kahdesta yhden resistenssimutaatioiden jotka yhdessä johtaa parempiin lääkeresistenssin ja voi johtaa uusiutumisen yli hoitoon. Analyysi Yhdisteen muutokset johtavat kaksi päätelmää. Ensinnäkin, 24% tunnetusta yhdisteestä mutaatioita ei havaita

yhdessä

missään Abl1 homologin, kun taas kaikki yhden mutaatioita havaittiin. Tämä saattaa tarkoittaa, että useita mutaatioita, jotka eivät merkittävästi heikennä entsyymin toiminnalle ei sovelleta ylimääräistä evoluution paine, joka estää niiden kerääntyminen. Vaihtoehtoisesti kertyminen useita mutaatioita saattaa olla hieman vahingollisia, joka ei estä niiden kiinteän [39]. Toiseksi useat alternations näyttävät esiintyvän yhdessä homologiset sekvenssit, mutta ei tähän mennessä ole havaittu potilailla, johtuen joko kokeellisia rajoituksista, pienestä otoksesta, tai koska ne ovat vähemmän hyödyllisiä resistenssin. Molemmat löydökset viittaavat siihen, että lisäyhdisteen resistenssimutaatioita raportoidaan tulevaisuudessa, Abl1 ja muita geenejä, ja on vaikea kohdistaa. Lisäksi yhdiste mutaatioita on äskettäin havaittu myös yhteydessä EGFR aktivoivia mutaatioita [40], [41], osoittaa edelleen, että tällaiset mutaatiot on odotettavissa muita geenejä.

ymmärrystä syövän kehittyminen tulee laajemmin koska järkevöittämiseksi menetelmillä [42], uusi analyysi työkaluja syövän geeni verkkojen [43] ja kehitys evoluution malleja [44] – [47].