Αφηρημένο

Ενσωμάτωση δεδομένων υψηλής απόδοσης που προέρχονται από διαφορετικά μοριακά επίπεδα είναι απαραίτητη για την κατανόηση των μηχανισμών των πολύπλοκων ασθενειών, όπως ο καρκίνος. Σε αυτή τη μελέτη, έχουμε ενσωματώσει την μεθυλίωση, microRNA και mRNA δεδομένα από τους ιστούς καρκίνου του πνεύμονα και των φυσιολογικών ιστών του πνεύμονα χρησιμοποιώντας λειτουργικό σετ γονιδίων. Για κάθε όρο Γονιδιακή Οντολογία (GO), τρία σετ ορίστηκαν: το σύνολο της μεθυλίωσης, το σύνολο microRNA και το σύνολο του mRNA. Η διακριτική ικανότητα του κάθε σετ γονιδίων εκπροσωπήθηκε από τον συντελεστή συσχέτισης Matthews (MCC), όπως αξιολογήθηκε από την άδεια-one-out cross-επικύρωσης (LOOCV). Στη συνέχεια, το MCC με τα σύνολα μεθυλίωση, τα σύνολα microRNA και τα σύνολα mRNA κατατάχθηκαν. Συγκρίνοντας τις τάξεις MCC της μεθυλίωσης, microRNA και mRNA για κάθε όρο GO, ταξινομήσαμε ο Συνήγορος του Πολίτη θέτει σε έξι ομάδες και προσδιόρισε τη δυσλειτουργική μεθυλίωση, σετ γονιδίων microRNA και mRNA στον καρκίνο του πνεύμονα. Τα αποτελέσματά μας παρέχουν μια συστηματική προβολή των λειτουργικών μεταβολών κατά τη διάρκεια της ογκογένεσης, που μπορεί να βοηθήσει στην διαλεύκανση των μηχανισμών του καρκίνου του πνεύμονα και να οδηγήσει σε βελτιωμένες θεραπείες για τους ασθενείς

Παράθεση:. Huang T, Jiang Μ, Χ Κονγκ, Cai YD ( 2012) Δυσλειτουργίες συνδεδεμένες με μεθυλίωση, microRNA έκφρασης και έκφραση γονιδίων στον καρκίνο του πνεύμονα. PLoS ONE 7 (8): e43441. doi: 10.1371 /journal.pone.0043441

Επιμέλεια: Daotai Nie, Southern Illinois University School of Medicine, Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής

Ελήφθη: 8 Δεκεμβρίου 2011? Αποδεκτές: 23 Ιούλη του 2012? Δημοσιεύθηκε: 17 Αυγούστου του 2012

Copyright: © Huang et al. Αυτό είναι ένα άρθρο ανοικτής πρόσβασης διανέμεται υπό τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Attribution, το οποίο επιτρέπει απεριόριστη χρήση, τη διανομή και την αναπαραγωγή σε οποιοδήποτε μέσο, ​​με την προϋπόθεση το αρχικό συγγραφέα και την πηγή πιστώνονται

Χρηματοδότηση:. Αυτό το έργο υποστηρίχθηκε από επιχορηγήσεις από το Εθνικό Πρόγραμμα βασικής Έρευνας της Κίνας (2011CB510102, 2011CB510101, 2011CB910200 και 2010CB912702), το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας (90.913.009), Ερευνητικό Πρόγραμμα της κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (KSCX2-EW-R-04) και το Πρόγραμμα Καινοτομίας της Επιτροπής Παιδείας Δήμου Σαγκάης (12ZZ087). Οι χρηματοδότες δεν είχε κανένα ρόλο στο σχεδιασμό της μελέτης, τη συλλογή και ανάλυση των δεδομένων, η απόφαση για τη δημοσίευση, ή την προετοιμασία του χειρογράφου

Αντικρουόμενα συμφέροντα:.. Οι συγγραφείς έχουν δηλώσει ότι δεν υπάρχουν ανταγωνιστικά συμφέροντα

Εισαγωγή

ο καρκίνος είναι μια ασθένεια η συστημική βιολογία [1] που περιλαμβάνει την απορύθμιση των πολλαπλών διαδρομών σε πολλαπλά επίπεδα [2]. τεχνολογιών υψηλής απόδοσης, όπως η γονιδιωματική αλληλούχιση και transcriptomic, πρωτεομική και μεταβολομική προφίλ, έδωσαν μεγάλες ποσότητες πειραματικών δεδομένων. Ωστόσο, η συστημική βιολογία απαιτεί όχι μόνο νέα υψηλής απόδοσης «-ωματικής» τεχνολογίες δεδομένων γενιάς, αλλά και ολοκληρωμένη μεθόδους ανάλυσης που μπορεί να ρίξει φως σχετικά με τους πιθανούς μηχανισμούς των πολύπλοκων ασθενειών. Ο καρκίνος του πνεύμονα είναι μία από τις κύριες αιτίες θανάτου από καρκίνο παγκοσμίως [3]. Υπάρχουν επί του παρόντος γνωστών γενετικών, επιγενετικών, transcriptomic, πρωτεομική, μεταβολομική και δείκτες microRNA του καρκίνου του πνεύμονα [4]. Επειδή επιγενετικές αλλαγές συμβαίνουν νωρίς κατά τη διάρκεια της ογκογένεσης, θα πρέπει να θεωρούνται δείκτες της μεθυλίωσης [4]. Η πρωτεΐνη είναι η τελική, λειτουργική μορφή της γενετικής πληροφορίας? Ως εκ τούτου, πρωτεομική δείκτες είναι επίσης σημαντική. Transcriptomic δείκτες είναι εύκολο να μετρηθεί, και τα επίπεδα του mRNA που χρησιμοποιείται συχνά ως υποκατάστατο για την πρωτεΐνη αφθονία [5]. MicroRNA, ως ένα σημαντικό κανονιστικό συνεργάτης, είναι επίσης μια εξαιρετική βιοδείκτη καρκίνο του πνεύμονα [6], [7]. Είτε ένας δείκτης μεθυλίωση, mRNA δείκτη, ή δείκτη microRNA θεωρείται, αυτοί οι δείκτες λειτουργίας επηρεάζοντας βιολογικών οδών ή δίκτυα. Τα λειτουργικά μονοπάτια είναι οι κοινές γέφυρες μεταξύ των διαφόρων δεικτών και την ασθένεια

Επί του παρόντος, υπάρχουν αρκετές μελέτες για την ένταξη πολυδιάστατων δεδομένων [8] -. [11]. Τα περισσότερα από αυτά βασίστηκαν σε παλινδρόμηση μεταξύ των διαφόρων διαστάσεων [10] και να απαιτήσει κάθε δείγμα να έχουν τα δεδομένα πολλαπλών επίπεδο [11]. Οι δυσλειτουργικές οδοί αναγνωρίσθηκαν με εμπλουτισμό ανάλυση των μη-φυσιολογικών γονιδίων [9].

Σε αυτή τη μελέτη, αναλύουμε άμεσα δυσλειτουργίες του καρκίνου μη μικρού κυττάρου του πνεύμονα (NSCLC), συγκρίνοντας τις λειτουργικές ομάδες της μεθυλίωσης, microRNA και δεδομένα mRNA μεταξύ των ιστών του καρκίνου του πνεύμονα και των φυσιολογικών ιστών του πνεύμονα. Κάθε λειτουργικό σύνολο αντιστοιχεί σε μία οντολογία γονιδίων (GO) [12] όρο. Οι τρεις ομάδες αυτής της λειτουργικής μονάδας ορίζεται: το σύνολο της μεθυλίωσης, το σύνολο microRNA και το σύνολο του mRNA. Ο συντελεστής συσχέτισης Matthews (MCC), αξιολογούνται από την άδεια-one-out cross-επικύρωσης (LOOCV), χρησιμοποιείται για να αντιπροσωπεύσει τη διακριτική ικανότητα του κάθε σετ γονιδίων. Οι τάξεις MCC του κάθε σετ μεθυλίωσης, σετ microRNA και σετ mRNA αναλύονται. Έξι ομάδες GO σετ κατατάσσονται και 20 δυσλειτουργικό μεθυλίωση, τα σύνολα γονιδίων microRNA και mRNA στον καρκίνο του πνεύμονα εντοπίστηκαν. Αυτά τα σύνολα δυσλειτουργική χαρακτηρίζουν τις διαδικασίες της ογκογένεσης. Με μια ακριβή χαρακτηρισμό της ογκογένεσης, μπορούμε να κατανοήσουμε καλύτερα τους μηχανισμούς του καρκίνου του πνεύμονα και να βελτιωθεί η έγκαιρη διάγνωση, η θεραπεία της αξιολόγησης της αποτελεσματικότητας και την πρόγνωση του καρκίνου του πνεύμονα.

Υλικά και Μέθοδοι

Δεδομένα θέτει

Θα κατεβάσει τα προφίλ μεθυλίωσης των 1.413 γονιδίων σε 57 ασθενείς με NSCLC και 52 δείγματα ελέγχου [13] από το GEO (Gene Expression Omnibus) με τον αριθμό πρόσβασης GSE16559. Τα προφίλ έκφρασης microRNA των 549 microRNAs σε 187 ασθενείς με NSCLC και 188 δείγματα ελέγχου [14] ανακτήθηκαν από GEO με τον αριθμό προσχώρησης GSE15008. Τα προφίλ γονιδιακής έκφρασης του mRNA των 19.700 γονιδίων σε 46 ασθενείς με NSCLC και 45 δείγματα ελέγχου [15] ελήφθησαν από GEO με τον αριθμό προσχώρησης GSE18842.

Από τα στοιχεία της μεθυλίωσης, τα δεδομένα microRNA και τα δεδομένα mRNA ελήφθησαν από διαφορετικές NSCLC μελέτες, συγκρίναμε την κλινική πληροφοριών των ασθενών από αυτές τις τρεις μελέτες. Τα δύο είδη κλινικών πληροφοριών που δόθηκαν σε τουλάχιστον δύο μελέτες ήταν ηλικία και ο βαθμός της διαφοροποίησης. Η κλινική πληροφορίες από αυτές τις τρεις μελέτες παρουσιάζεται στον Πίνακα 1. Η μέση ηλικία των ασθενών από τη μελέτη μεθυλίωση είναι 68,2 και τυπική απόκλιση τους είναι 11,4? Εν τω μεταξύ, ο μέσος όρος ηλικίας των ασθενών από τη μελέτη microRNA είναι 59,9 και η τυπική απόκλιση είναι 9.8. Οι ηλικίες των ασθενών σε αυτές τις δύο μελέτες είναι παρόμοια. Τα ποσοστά των καλά, μετρίου και κακώς διαχωριζόμενες ασθενείς με καρκίνο στη μελέτη microRNA και τη μελέτη mRNA wereand, αντίστοιχα. Οι κατανομές των βαθμών της διαφοροποίησης σε αυτές τις δύο μελέτες ήταν πολύ παρόμοια. Με βάση τις διαθέσιμες κλινικές πληροφορίες σχετικά με αυτούς τους ασθενείς με ΜΜΚΠ, πιστεύουμε ότι αυτά τα τρία σύνολα δεδομένων μπορεί να αντιπροσωπεύει κάποια κοινά δυσλειτουργίες του NSCLC.

Η

Τα γονίδια-στόχους των microRNAs

Ορίζουμε τον στόχο γονίδια των microRNAs να είναι αυτές που είχαν προβλεφθεί από τουλάχιστον τρία από τα ακόλουθα έξι εργαλεία λογισμικού: miRBase [16] (https://microrna.sanger.ac.uk/targets/v5/), TargetScan [17] ( https://www.targetscan.org/), Μιράντα [18] (https://www.microrna.org/microrna/), TarBase [19] (https://diana.cslab.ece.ntua.gr/tarbase /), mirTarget2 [20] (https://mirdb.org/miRDB/download.html), και PicTar [21] (https://pictar.mdc-berlin.de/). Πίνακας S1 δίνει το microRNA -. Ζεύγη γονιδίων-στόχων που έχουν προβλεφθεί από τουλάχιστον τρία εργαλεία

Τα σετ γονιδίων GO για μεθυλίωση, microRNA και mRNA

Για κάθε GO όρο, ορίζουμε τρία σετ γονιδίων για να την εκπροσωπήσει: πρώτον, το σύνολο γονίδιο μεθυλίωσης, η οποία αποτελείται από τα γονίδια που σημειώνονται με τον όρο GO και για τα οποία έχει μετρηθεί το επίπεδο μεθυλίωσης? Δεύτερον, το σύνολο του γονιδίου microRNA, το οποίο αποτελείται από τα microRNAs που έχουν γονίδια-στόχους σχολιασμένη με αυτόν τον όρο? και το τρίτο, το σύνολο γονίδιο mRNA, το οποίο αποτελείται από όλα τα γονίδια σχολιασμένη με αυτόν τον όρο.

Η διακριτική ικανότητα του γονιδίου σύνολα

Αξιολογήσαμε τη διακριτική ικανότητα του γονιδίου σύνολα με την κατασκευή ενός μοντέλου πρόβλεψης . Κατ ‘αρχάς, το πλησιέστερο γείτονα Αλγόριθμος (ΝΝΑ) [5], [22] – [30] εφαρμόστηκε στην κατασκευή του μοντέλου πρόβλεψης. Στη συνέχεια, τα μοντέλα πρόβλεψης εξετάστηκαν χρησιμοποιώντας LOOCV [5], [22] – [31]. Τέλος, ο συντελεστής συσχέτισης Matthews (MCC) [26], [30] της LOOCV χρησιμοποιήθηκε ως μέτρηση της διάκρισης ικανότητα του συνόλου γονιδίου

Το ΝΝΑ [5], [22] – [30]. Είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος μηχανικής μάθησης. Το ΝΝΑ κάνει πρόβλεψη του συγκρίνοντας τις αποστάσεις μεταξύ του δείγματος ερώτημα και τα δείγματα με γνωστές κατηγορίες, δηλαδή, τα δείγματα καρκίνου του πνεύμονα ή δείγματα ελέγχου. Το δείγμα ερώτημα είχε προβλεφθεί να έχουν την ίδια κλάση ως πλησιέστερο γείτονα του, δηλαδή, το δείγμα με γνωστή τάξη που έχει τη μικρότερη απόσταση. Στην ανάλυση αυτή, η απόσταση μεταξύ δύο δειγμάτων και ορίστηκε ως ένας μείον την ομοιότητα συνημίτονου μεταξύ των δύο δειγμάτων [5], [23] – [27], [30], [32] – [34] 🙁 1)

το πρόγραμμα ΝΝΑ μπορείτε να το κατεβάσετε από https://pcal.biosino.org/NNA.html.

κατά τη διάρκεια της LOOCV [32], [35], [36], κάθε δείγμα στο αναφοράς το σύνολο δεδομένων θα πρέπει να επιλεγεί ως η δοκιμασία που φορά και ελέγχονται από το μοντέλο πρόβλεψης εκπαιδευτεί από το υπόλοιπο των δειγμάτων.

Ο συντελεστής συσχέτισης Matthews (MCC) είναι ένα ισορροπημένο μέτρηση της απόδοσης πρόβλεψης που θεωρεί τόσο την ευαισθησία και την εξειδίκευση [26], [30]. Υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:. (2) στην οποία TP, ΤΝ, FP και FN είναι οι αριθμοί των αληθινών δειγμάτων καρκίνου του πνεύμονα, αλήθεια δείγματα ελέγχου, ψευδή δείγματα καρκίνου του πνεύμονα και των δειγμάτων ψευδής ελέγχου, αντίστοιχα

Ταξινόμηση των γονιδίων σύνολα με βάση την δυσλειτουργική επίπεδο: μεθυλίωση, microRNA ή mRNA

Αφού υπολογιστεί το MCC του κάθε γονιδίου που σε κάθε επίπεδο, θα κατατάσσεται το γονίδιο σετ από κάθε επίπεδο με βάση τα MCC τους και σε σύγκριση με τις τάξεις από τα τρία επίπεδα, μεθυλίωση, microRNA και mRNA, σε κάθε σετ γονιδίων. Με ορισμένες αξίες αποδεικνύονται να είναι ίση, τάξεις τους αντικαταστάθηκαν με μέση τάξεις τους. Ως παράδειγμα ενός όρου GO, εάν το επίπεδο μεθυλίωσης του είχε αλλάξει μεταξύ φυσιολογικού και καρκινικού ιστού, αλλά τα επίπεδα του microRNA και mRNA δεν είχε αλλάξει, αυτό ορίστηκε ως η μεθυλίωση δυσλειτουργική σύνολο γονιδίων GO. Ομοίως, μπορούμε να ορίσουμε άλλους τύπους συνόλων γονιδίων GO. Συνολικά, ορίσαμε έξι ομάδες του γονιδίου σύνολα, ένα για κάθε πιθανή ιεράρχηση της μεθυλίωσης, microRNA και mRNA.

Η ροή εργασίας των δυσλειτουργικών μεθυλίωσης, microRNA και mRNA σετ γονιδίων ανάλυση

μας στρατηγική της δυσλειτουργικής μεθυλίωσης, microRNA και σετ γονιδίων mRNA ανάλυση καταδεικνύεται στο Σχήμα 1. Κατ ‘αρχάς, για κάθε όρο GO, ορίσαμε τρία σύνολα: το σύνολο της μεθυλίωσης, το σύνολο microRNA και το σύνολο του mRNA. Στη συνέχεια, υπολογίζεται MCC κάθε σετ γονιδίων, όπως αξιολογήθηκε από LOOCV. Είμαστε κατετάγη το MCC με τα σύνολα μεθυλίωση, τα σύνολα microRNA και τα σύνολα του mRNA. Στη συνέχεια, συγκρίναμε τις τάξεις MCC της μεθυλίωσης, microRNA και mRNA σε κάθε όρο GO και κατατάσσεται ο Συνήγορος του Πολίτη θέτει σε έξι ομάδες με βάση αυτές τις τάξεις. Τέλος, έχουμε εντοπίσει το δυσλειτουργικό μεθυλίωση, σετ γονιδίων microRNA και mRNA στον καρκίνο του πνεύμονα

Κατ ‘αρχάς, για κάθε όρο Γονιδιακή Οντολογία (GO), ορίσαμε τρία σετ γονιδίων:. Το σύνολο της μεθυλίωσης, το σύνολο microRNA και το mRNA σειρά. Στη συνέχεια, υπολογίζεται ο συντελεστής συσχέτισης του Matthews του (MCC), όπως αξιολογήθηκε από την άδεια-one-out cross-επικύρωσης (LOOCV), για κάθε σετ γονιδίων. Στη συνέχεια, κατετάγη η MCC με τα σύνολα μεθυλίωση, τα σύνολα microRNA και τα σύνολα του mRNA, και συγκρίναμε τις τάξεις MCC της μεθυλίωσης, microRNA και mRNA για κάθε όρο Γονιδιακή Οντολογία (GO) και κατατάσσεται ο Συνήγορος του Πολίτη θέτει σε έξι ομάδες. Τέλος, έχουμε εντοπίσει το δυσλειτουργικό μεθυλίωση, η γονιδιακή σύνολα microRNA και mRNA στον καρκίνο του πνεύμονα.

Η

Αποτελέσματα και Συζήτηση

Το γονίδιο GO σύνολα της μεθυλίωσης, microRNA και mRNA

Περνάμε-Παραπέμπεται τα τρία σύνολα δεδομένων που μέτρησε την μεθυλίωση, microRNA και mRNA των ιστών του καρκίνου του πνεύμονα και των ιστών ελέγχου με GO και βρέθηκαν 4.381 σύνολα γονιδίων GO που έχουν μεθυλίωση, microRNA και mRNA δεδομένων. Τα τρία επίπεδα των συνόλων γονιδίων για αυτές τις 4.381 τους όρους GO συντάχθηκαν ως εξής: το σύνολο της μεθυλίωσης για κάθε GO όρος αποτελείται από τα γονίδια που είχαν δεδομένων μεθυλίωση και σχολιάστηκαν στον όρο αυτό, το σύνολο microRNA αποτελείται από τα microRNAs που είχαν γονιδίων στόχων σχολιασμένη στον όρο αυτό, και το σύνολο του mRNA αποτελείται από όλα τα γονίδια τα οποία σχολιάστηκαν σε αυτόν τον όρο. Οι 4.381 σύνολα GO του mRNA, microRNA και μεθυλίωση μπορεί να βρεθεί στη δέσμη στοιχείων S1, S2 συνόλου δεδομένων και σύνολο δεδομένων S3, αντίστοιχα.

Η διακριτική ικανότητα της μεθυλίωσης, σετ γονιδίων microRNA και mRNA

μετράται η ικανότητα του γονιδίου καθορίζει για τη διάκριση μεταξύ του καρκίνου και του φυσιολογικού ιστού με τη χρήση του συντελεστή συσχέτισης Matthews (MCC) του μοντέλου πρόβλεψης ΝΝΑ αξιολογούνται από LOOCV. Συγκρίναμε την MCCs της μεθυλίωσης, microRNA και mRNA. Το Σχήμα 2 δείχνει τις κατανομές MCC της μεθυλίωσης, σύνολα γονίδιο microRNA και mRNA. Η μέση τα MCC του mRNA, microRNA και μεθυλίωση σετ γονιδίων είναι 0.897, 0.702 και 0.561, αντίστοιχα. Η μία πλευρά προς μεγαλύτερη τιμή p t-test για το mRNA και microRNA θέτει είναι μικρότερη από 2.2e-16. Η μία πλευρά προς μεγαλύτερη τιμή p t-test για τον microRNA και σύνολα μεθυλίωση είναι επίσης λιγότερο από 2.2e-16. Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η τα MCC των συνόλων mRNA είναι σημαντικά μεγαλύτερο από το MCC με τα σύνολα microRNA, τα οποία είναι, με τη σειρά τους, σημαντικά μεγαλύτερο από το MCC με τα σύνολα μεθυλίωσης.

Η μέση τα MCC του mRNA, microRNA και το γονίδιο μεθυλίωσης σετ ήταν 0,897, 0,702 και 0,561, αντίστοιχα. Η MCCs των συνόλων mRNA ήταν σημαντικά μεγαλύτερη από την MCCs του microRNA ορίζει με μια μονόπλευρη τιμή ρ t-test μικρότερη από 2.2e-16, και το τα MCC των συνόλων microRNA ήταν, με τη σειρά του, σημαντικά μεγαλύτερη από η MCCs της μεθυλίωσης θέτει με μια μονόπλευρη τιμή p t-test μικρότερη από 2.2e-16.

η

οι πράσινες γραμμές δείχνουν τα δείγματα όγκων και οι μπλε γραμμές δείχνουν τα φυσιολογικά δείγματα. Τα δείγματα όγκων και φυσιολογικό ήταν σαφώς διαφοροποιημένα από τα γονίδια υψηλής συχνότητας.

Η

Οι πράσινοι κόμβοι υποδηλώνουν microRNAs υψηλής συχνότητας. Τα κόκκινα κόμβοι υποδηλώνουν γονίδια υψηλής συχνότητας τόσο μεθυλίωση και mRNA δυσλειτουργική σύνολα. Τα κίτρινα κόμβοι δείχνουν τα γονίδια υψηλής συχνότητας μόνο mRNA δυσλειτουργική σύνολα. Δεν υπάρχει συγκεκριμένο γονίδιο υψηλής συχνότητας στη μεθυλίωση δυσλειτουργική σετ. Οι λευκοί κόμβοι δείχνουν γονίδια μη-υψηλής συχνότητας. Οι μαύρες άκρες δείχνουν αλληλεπιδράσεις από την οδό KEGG «μη-μικροκυτταρικό καρκίνο του καρκίνου του πνεύμονα hsa05223». Οι πράσινες άκρες δείχνουν ρύθμιση από microRNAs υψηλής συχνότητας για τα γονίδια στόχους τους

Η

Η κατάταξη του γονιδίου σύνολα με βάση την δυσλειτουργική επίπεδο:. Μεθυλίωσης, microRNA ή mRNA

Με τη σύγκριση των τάξεις MCC της τα σετ γονιδίων στο μεθυλίωση, microRNA ή επίπεδο mRNA, ορίσαμε έξι ομάδες του γονιδίου σύνολα. Υπάρχουν 960 γονίδιο σύνολα στα οποία μεθυλίωση rank & lt? microRNA rank & lt? mRNA κατάταξη? 638 γονίδιο σύνολα στα οποία μεθυλίωση rank & lt? Κατάταξη mRNA & lt? Κατάταξη microRNA? 721 γονίδιο σύνολα στα οποία microRNA rank & lt? μεθυλίωση rank & lt? mRNA κατάταξη? 684 γονίδιο σύνολα στα οποία microRNA rank & lt? Κατάταξη mRNA & lt? Κατάταξη μεθυλίωση? 584 γονίδιο σύνολα στα οποία mRNA rank & lt? μεθυλίωση rank & lt? Κατάταξη microRNA? και 794 του γονιδίου σύνολα στα οποία mRNA rank & lt? microRNA rank & lt? Κατάταξη μεθυλίωση. Πίνακας S2 δείχνει την μεθυλίωση, ομάδες δυσλειτουργία microRNA και mRNA των 4.381 γονιδίων GO σύνολα.

Οι δυσλειτουργικές σύνολα γονιδίων στον καρκίνο του πνεύμονα

Είμαστε κατατάσσονται τα δυσλειτουργικά σύνολα γονιδίων στον καρκίνο του πνεύμονα βασίζεται στην συνόψισε MCC τάξεις της μεθυλίωσης, microRNA και mRNA. Οι top 20 δυσλειτουργική σύνολα γονιδίων στον καρκίνο του πνεύμονα φαίνεται στον Πίνακα S3 αναλύθηκαν. Αυτά τα 20 δυσλειτουργική σύνολα γονιδίων στον καρκίνο του πνεύμονα είναι GO: 0048585 (αρνητική ρύθμιση της απόκρισης σε ερεθίσματα), GO: 0007517 (ανάπτυξη οργάνων των μυών), GO: 0048514 (μορφογένεση των αιμοφόρων αγγείων), GO: 0051146 (διαφοροποίηση των κυττάρων γραμμωτών μυών), GO : 0001525 (αγγειογένεση), GO: 0045595 (ρύθμιση της διαφοροποίησης των κυττάρων), GO: 0007162 (αρνητική ρύθμιση της κυτταρικής προσκόλλησης), GO: 0060191 (ρύθμιση της δραστηριότητας της λιπάσης), GO: 0006275 (ρύθμιση της αντιγραφής του DNA), GO: 0061061 (μυϊκή ανάπτυξη δομής), GO: 0022008 (νευρογένεση), GO: 0008543 (ανάπτυξη ινοβλαστών οδού του υποδοχέα του παράγοντα σηματοδότησης), GO: 0035107 (εξάρτημα μορφογένεση), GO: 0035108 (σκέλος μορφογένεση), GO: 0001568 (ανάπτυξη των αιμοφόρων αγγείων), GO: 0005576 (εξωκυτταρική περιοχή), GO: 0050793 (ρύθμιση των αναπτυξιακών διαδικασιών), GO: 0010648 (αρνητική ρύθμιση της επικοινωνίας των κυττάρων), GO: 0023057 (αρνητική ρύθμιση της σηματοδότησης), και GO: 0019216 (ρύθμιση των λιπιδίων μεταβολικών διεργασιών) . Πολλοί από αυτούς τους όρους GO έχουν αναφερθεί ότι συνδέονται με τον καρκίνο του πνεύμονα. Αναλύουμε διάφορα σύνολα GO ως παραδείγματα

GO:. 0045595 (ρύθμιση της διαφοροποίησης των κυττάρων, κατετάγη 6

ου) και GO:. 0050793 (ρύθμιση των αναπτυξιακών διαδικασιών, κατετάγη 17

ου)

αναπτυξιακών διαδικασιών και της διαφοροποίησης των κυττάρων ρυθμίζεται από μια σειρά παρόμοιων γονιδίων σε φυσιολογικούς ιστούς. Ως εκ τούτου, οι αλλαγές σε αυτά τα γονίδια είναι συχνά σχετίζονται με την καρκινογένεση. Naveen Babbar et al. ανέφεραν ότι ο ΤΝΡα μπορεί να ενεργοποιήσει ΝΡκΒ σηματοδότηση σε κύτταρα NSCLC [37], η οποία οδηγεί σε μειωμένη ανάπτυξη των κυττάρων και αυξημένη απόπτωση [37]. Ένας ρόλος για τα μέλη της οικογένειας FGF /FGFR έχει επίσης υποδειχθεί στον καρκίνο του πνεύμονα. Για παράδειγμα, η συχνή ενίσχυση του FGFR1 ταυτοποιήθηκε σε ανθρώπινο καρκίνο πλακωδών κυττάρων του πνεύμονα [38]. Επιπλέον, σωματικές μεταλλάξεις σε αρκετά από αυτά τα γονίδια που ταυτοποιήθηκαν σε καρκινώματα του πνεύμονα, συμπεριλαμβανομένων των FGFR1, FGFR2, και FGF2 /10 [39] – [42]. Συνήθως, γονίδια καταστολής όγκων, όπως το ρ53, CDKN2A /B, και STK11, οι μειωτικά, και ογκογονίδια (όπως KRAS και ERBB2 /4) ρυθμίζεται αυξητικά στον καρκίνο του πνεύμονα [40]. Οι Τα microRNAs εμπλέκονται στον καρκίνο του πνεύμονα, λόγω των επιγενετικές μεταβολές που συμβαίνουν σε καρκινικά κύτταρα. Η χαμηλή έκφραση του miR-200 και miR-205 συνδέεται με την επιθηλίου-μεσεγχύματος μετάβασης (ΕΜΤ) και βλαστικών κυττάρων που μοιάζουν με τις ιδιότητες των καρκινικών κυττάρων και προάγει την εισβολή και τη μετατόπιση [43] – [45]. Η επιβολή έκφραση του miR-29 μέλη της οικογένειας σε καρκινικά κύτταρα του πνεύμονα μπορεί να αποκαταστήσει την κανονική μοτίβα μεθυλίωσης του DNA, επάγουν την επανέκφραση της μεθυλίωσης-σιγήσει ογκοκατασταλτικών γονιδίων, όπως FHIT και WWOX, και αναστέλλουν ογκογενετικότητας [46].

GO: 0022008 (νευρογένεση, κατετάγη 11

ου)

Πολλά γονίδια σημειώνονται σε αυτό το GO όρος που συνδέεται με acantha και τον εγκέφαλο μεταστάσεις?. για παράδειγμα, οι μεταλλάξεις στην ενεργοποίηση του υποδοχέα επιδερμικού αυξητικού παράγοντα (EGFR) βρέθηκαν σε πολλούς ασθενείς με καρκίνο του πνεύμονα [47]. Ανθρώπινου καρκίνου του πνεύμονα διαθέτει εκτεταμένες αλλοιώσεις της έκφρασης microRNA που μπορεί να απορρυθμίσει τα γονίδια σχετίζονται με τον καρκίνο? για παράδειγμα, HSA-miR-125a-5P φίμωση άναρχη ROCK1, miR-34b μεθυλίωση προκάλεσε c-Met υπερέκφραση, και miR-200c σίγησε με μεθυλίωση και μειωτικά TCF8 και E-cadherin, η οποία κατέληξε σε εισβολή καρκίνου και υποβάθμιση [48] – [50]. Η απομεθυλίωση και μετάλλαξης των γονιδίων (erbB2, KRAS) μπορεί επίσης να προκαλέσει την καρκινογένεση [51], [52]. Η μεθυλίωση του (DAPK) προαγωγό Θάνατος σχετιζόμενη κινάση πρωτεΐνης και του μορίου που μοιάζει δέσμευσης οπιοειδών προσκόλληση πρωτεΐνης /κύτταρο γονίδιο (OPCML) έχει βρεθεί τόσο αδενοκαρκίνωμα και ακανθοκυτταρικό καρκίνωμα [53], [54].

GO: 0005576 (εξωκυτταρική περιοχή, κατετάγη 16

ου)

τα επιθηλιακά μεσεγχυματικά μετάβασης (EMT) είναι η κύρια διαδικασία που απαιτείται για την εισβολή του όγκου και της μετατόπισης.. Μεταλλάξεις σε Timp3, LAMA /B /C, TMEFF2, CDH13 και άλλα γονίδια εμπλέκονται στην επιδείνωση του καρκίνου του πνεύμονα [55]. IL-8 μπορεί να ξεκινήσει μια οδό σηματοδότησης επιθηλιακών αεραγωγών, και η απορρύθμιση αυτού του γονιδίου μπορεί να προκαλέσει σχετίζονται με τον καπνό καρκίνο του πνεύμονα [56]. Πέντε microRNAs (HSA-miR-155, HSA-miR-17-3p, HSA-ας-7α-2, HSA-miR-145 και HSA-miR-21) φαίνονται να εκφράζονται με διαφορετικό τρόπο σε ιστούς του καρκίνου του πνεύμονα σε σχέση με το αντιστοιχεί noncancerous ιστούς των πνευμόνων. Μεταξύ αυτών των microRNAs, αφήστε-7α μπορεί να ρυθμίσει RAS δραστηριότητα [57]. Επιγενετική ενεργοποίηση της ανθρώπινης καλλικρεΐνης 13 (KLK13) ενισχύει την κακοήθεια του αδενοκαρκινώματος του πνεύμονα, με την προώθηση της έκφρασης Ν-καδερίνης και της υποβάθμισης λαμινίνης [58]. Πρόσφατα, ΜΜΡ1 αναφέρθηκε ότι σχετίζεται με τον καρκίνο του πνεύμονα. Η -16071G-2G πολυμορφισμό των αποτελεσμάτων MMP1 στην μεταγραφική άνω ρύθμιση [58]. X Xiang et al. ανέφεραν ότι η σταθερή έκφραση του miR-155 μειώνει σημαντικά την επιθετικότητα του όγκου διάδοσης κυττάρων εμποδίζοντας την EMT των καρκινικών κυττάρων in vivo [59]. Επιπλέον, miR-155 καταστέλλει άμεσα την έκφραση του παράγοντα μεταγραφής TCF4, η οποία είναι ένας σημαντικός ρυθμιστής του ΕΜΤ [59].

Τα γονίδια υψηλής συχνότητας και microRNAs στην κορυφή δυσλειτουργική σύνολα γονίδιο

υπολογίσαμε τη συχνότητα των γονιδίων ή microRNAs στα κορυφαία 300 δυσλειτουργική σύνολα γονιδίων. Τα γονίδια είτε mRNA ή σύνολα γονίδιο μεθυλίωσης με συχνότητα μεγαλύτερη από 50 ορίστηκαν ως γονίδια υψηλής συχνότητας. Ομοίως, τα microRNAs υψηλής συχνότητας ορίστηκαν ως microRNAs που έχουν συχνότητα μεγαλύτερη από το 50 στο top 300 δυσλειτουργική σύνολα γονιδίων. Τα γονίδια και microRNAs υψηλής συχνότητας που δίνονται στον Πίνακα S4.

Ελέγξαμε την διακριτική ικανότητα αυτών των γονιδίων υψηλής συχνότητας σε ένα ανεξάρτητο σύνολο δεδομένων που περιλαμβάνει 58 δείγματα καρκίνου του πνεύμονα και 58 παρακείμενα φυσιολογικά δείγματα. Η ανεξάρτητη σύνολο δεδομένων έγινε λήψη από GEO με τον αριθμό προσχώρησης GSE32863. Διαπιστώθηκε ότι τα γονίδια υψηλής συχνότητας μπορεί να διαφοροποιήσει τέλεια τους ιστούς του καρκίνου του πνεύμονα από τα γειτονικά τους φυσιολογικούς ιστούς. Το MCC πρόβλεψη ήταν 1, πράγμα που σημαίνει ότι όλα τα δείγματα είχαν σωστή ταξινομούνται στην πραγματική ομάδα, όγκου ή κανονικός τους. Η θερμικός χάρτης των γονιδίων υψηλής συχνότητας και των όγκων /κανονικά δείγματα παρουσιάζεται στο Σχήμα 3. Τα δείγματα όγκου και κανονικής ήταν σαφώς διαφοροποιημένα από τα γονίδια υψηλής συχνότητας.

Κάναμε μια υπεργεωμετρικών δοκιμής [5], [24 ], [25], [32], [36], για να διερευνηθεί κατά πόσο τα γονίδια υψηλής συχνότητας είναι σημαντικά επικαλύπτονται με την οδό KEGG «μη-μικροκυτταρικού καρκίνου του πνεύμονα καρκίνου του hsa05223». Η υπεργεωμετρικών test ρ τιμή ήταν μια ιδιαίτερα σημαντική 1.61E-26. Αυτό το αποτέλεσμα υποδηλώνει ότι πολλοί υψηλότερη συχνότητα γονίδια γνωστά γονίδια «hsa05223 Μη μικροκυτταρικός καρκίνος του πνεύμονα».

Στο Σχήμα 4, εμείς τόνισε τα γονίδια υψηλής συχνότητας που ανακαλύψαμε στην οδό KEGG «hsa05223 μη μικροκυτταρικό καρκίνο του πνεύμονα Καρκίνος». Πολλά γονίδια πλήμνη του μονοπατιού KEGG «Μη μικροκυτταρικός καρκίνος του πνεύμονα hsa05223″ ήταν υψηλές δυσλειτουργικό γονίδια συχνότητας, όπως KRAS, EGFR, erbB2, CDKN2A και RB1. Και τα γονίδια υψηλής συχνότητας hub τείνουν να είναι δυσλειτουργική τόσο σε μεθυλίωση και τα επίπεδα mRNA. Είναι γνωστό ότι μπορεί να κινήσει KRAS ογκογένεση επηρεάζοντας την ενδοδερμικής προγονικών [60]. Ο αριθμός αντιγράφων αλλοιώσεις του KRAS συνδέονται στενά με την κλινική έκβαση των ασθενών με καρκίνο του πνεύμονα [61]. EGFR είναι ένας υποδοχέας της οικογένειας του επιδερμικού αυξητικού παράγοντα. Η δέσμευση του EGFR σε ένα συνδετήρα θα διεγείρει τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων [62]. μεταλλάξεις του EGFR είναι πολύ κοινά σε καρκίνο του πνεύμονα [63] και συνδέονται με την πρόγνωση του NSCLC [64]. Μπορούν να αλλάξει τα καταρράκτες σηματοδότησης των NSCLC [65]. ERBB2 είναι μεταλλαγμένο στο 4% των NSCLC [66] και πολυμορφισμούς του να αυξήσει τον κίνδυνο καρκίνου των πνευμόνων [67]. Η μεθυλίωση του CDKN2A εμφανίζεται πιο συχνά σε ιστούς NSCLC ό, τι σε μη καρκινικούς ιστούς [68]. CDKN2A εμπλέκεται στην ρ16 /pRb /κυκλίνη-D1 μονοπάτι [69]. RB1 μπορεί να ρυθμίσει τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων, τη διαφοροποίηση και την απόπτωση σε ανθρώπινα NSCLC [70]. Σε ασθενών με προχωρημένο NSCLC, η συχνότητα των Rb απώλεια είναι υψηλό [71].

Στο Σχήμα 4, υπάρχουν κάποιες υψηλής microRNAs συχνότητας, όπως HSA-miR-495, HSA-miR-96, έχει-miR -106a, έχει-miR-137, έχει-miR-372, HSA-miR-183, HSA-miR-182, HSA-miR-203, HSA-miR-15a, HSA-miR-15b και HSA-miR-7 . HSA-miR-495 ρυθμίζει δύο δυσλειτουργικά γονίδια υψηλής συχνότητας, STK4 και PRKCB. Έχει αναφερθεί ότι miR-495 ρυθμίζεται αυξητικά σε KRAS θετικών NSCLC [72]. HSA-miR-96 είναι προς τα κάτω σε NSCLC [73]. έχει-miR-106a σχετίζεται με τον καρκίνο του πνεύμονα επιβίωση των ασθενών [56]. Ασθενείς με υψηλή έκφραση του έχει-miR-106a τείνουν να έχουν χειρότερη πρόγνωση [56]. έχει-miR-137 και έχει-miR-372 και οι δύο απορυθμίζεται σε NSCLC και τα επίπεδα έκφρασής τους που σχετίζονται με την επιβίωση και την υποτροπή σε ασθενείς με NSCLC [74]. έχει-miR-183 είναι ένας πιθανός αναστολέας μετάστασης του καρκίνου του πνεύμονα και μπορεί να ρυθμίσει τη μετανάστευση και εισβολή γονίδια [75]. HSA-miR-183 και HSA-miR-182 έχουν αναφερθεί ως οι πιο εκφράζονται διαφορικά microRNAs μεταξύ των ιστών του καρκίνου του πνεύμονα με παρακείμενες φυσιολογικούς ιστούς [76]. HSA-miR-203 ρυθμίζεται αυξητικά σε ιστούς καρκίνου του πνεύμονα [56]. HSA-miR-15a συχνά διαγραφεί ή προς τα κάτω ρυθμισμένα σε NSCLC [77] και η έκφρασή του συσχετίζεται αντιστρόφως με την έκφραση της κυκλίνης D1 [77]. HSA-miR-15 b εκφράζεται διαφορικά σε παράγοντα νέκρωσης όγκων (TNF)-σχετικές συνδέτη που επάγει απόπτωση (TRAIL) ανθεκτικών κυττάρων NSCLC [73]. HSA-miR-7 είναι μειωτικά στον καρκίνο του πνεύμονα και μπορεί να ρυθμίζει τον υποδοχέα του επιδερμικού αυξητικού παράγοντα σηματοδότηση [78].

Τα πλεονεκτήματα και τους περιορισμούς των μεθόδων μας

Η απόκτηση μια συστηματική κατανόηση της παθολογικής αλλαγής είναι ένα ουσιαστικό πρόβλημα στην ιατρική και φαρμακευτική μελέτες. Ογκογένεση περιλαμβάνει αλλαγές σε πολλές πρωτεΐνες, μόρια και μονοπάτια. Τελικά, όμως, όλες αυτές οι αλλαγές προκαλούν καρκίνο μέσω λειτουργικών επιδράσεων. Σε αυτή τη μελέτη, χρησιμοποιήσαμε GO για να περιγράψει τις βιολογικές λειτουργίες και στρωματοποιημένη τις λειτουργίες σε τρία επίπεδα: μεθυλίωσης, microRNA και mRNA. Σε κάθε επίπεδο, υπολογίσαμε και κατετάγη η διακριτική ικανότητα της λειτουργικής σετ για αυτό το επίπεδο που μετρήθηκε με την MCC σωστά την ταξινόμηση του καρκίνου και των φυσιολογικών ιστών. Για κάθε λειτουργικό σύνολο, συγκρίναμε την κατάταξη MCC του κάθε επιπέδου, και στη συνέχεια ομαδοποιούνται τα λειτουργικά σύνολα σε έξι σχέδια με βάση τις σχέσεις των τάξεων MCC των διαφόρων επιπέδων. Μερικά λειτουργικά σύνολα μπορεί να λειτουργήσει στο επίπεδο μεθυλίωση? άλλοι μπορεί να λειτουργήσει στο επίπεδο microRNA. Λαμβάνοντας όλα τα τρία επίπεδα υπόψη, έχουμε κατετάγη τις λειτουργικές ομάδες με βάση την συνολική τάξεις τους στα τρία επίπεδα. Η συνολική κατάταξη των λειτουργικών συνόλων φαίνεται λογικό και είναι συνεπής με αρκετές δημοσιευμένες μελέτες.

Υπάρχουν ακόμα αρκετοί περιορισμοί σε αυτή την έρευνα. Πρώτον, η μεθυλίωση, οι microRNA και mRNA δεδομένα για τον καρκίνο του πνεύμονα και φυσιολογικούς ιστούς που λαμβάνονται από διάφορες μελέτες, οι οποίες μπορεί να επηρεάσουν τα αποτελέσματα. Ιδανικά, όλα τα δεδομένα θα προέρχονται από την ίδια μελέτη. Για να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα εν μέρει, χρησιμοποιήσαμε το αξίωμα MCC, αντί του ίδιου του MCC, κατά τη σύγκριση μεταξύ των διαφόρων επιπέδων. Δεύτερον, οι δεσμοί μεταξύ microRNAs και γονίδια στόχους τους με βάση τις προβλέψεις. Λόγω του χαμηλού ποσοστού των επιβεβαιωθεί πειραματικά ζεύγη microRNA και γονιδίου στόχου, χρησιμοποιήσαμε τα microRNA και γονιδίου στόχου ζευγάρια που είχαν προβλεφθεί από τρεις τουλάχιστον προγνωστικοί στόχου γονίδιο δημοφιλής microRNA. Τρίτον, δεν αναλύθηκαν όλα τα λειτουργικά σύνολα. Η μεθυλίωση, microRNA και mRNA δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν δημιουργήθηκαν με την τεχνολογία των μικροσυστοιχιών. Ορισμένα γονίδια ή microRNAs δεν μετρήθηκαν, ειδικά σε σχέση με την κατάσταση μεθυλίωσης των γονιδίων. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας αλληλουχίας και την τεχνολογία δέσμευσης ακολουθία, αύξηση του αριθμού των γονιδίων μπορεί να μετρηθεί, που μας επιτρέπει να αναλύσουμε πιο λειτουργικό σετ και να αποκτήσουν μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα της ογκογένεσης.

Σε γενικές γραμμές, οι μέθοδοι μας παρέχει ένα μέσο που εκτελεί «multi-omics» δυσλειτουργική σετ ανάλυσης, τα οποία θα μπορούσαν να είναι χρήσιμα στην μελέτη των πολύπλοκων ασθενειών. Τα αποτελέσματά μας δώσει μια συστηματική προβολή της ογκογένεσης που μπορεί να ρίξει φως σχετικά με τη διάγνωση και την πρόγνωση του καρκίνου του πνεύμονα.

Υποστήριξη Πληροφορίες

Σύνολο δεδομένων S1.

Οι 4.381 Γονιδιακή Οντολογία (GO) σετ mRNA. Κάθε γραμμή περιγράφει ένα σύνολο γονιδίων. Το πρώτο πεδίο περιέχει το γονίδιο της οντολογίας (GO) όρος το όνομα, το δεύτερο πεδίο περιέχει τον αριθμό των mRNA στο σύνολο, και τα υπόλοιπα πεδία κατάλογο των mRNAs στο σύνολο

doi:. 10.1371 /journal.pone.0043441.s001

(TXT)

συνόλου δεδομένων S2.

Οι 4.381 Γονιδιακή Οντολογία (GO) σετ των microRNA. Κάθε γραμμή περιγράφει ένα σύνολο microRNA. Το πρώτο πεδίο περιέχει το γονίδιο της οντολογίας (GO) όρος το όνομα, το δεύτερο πεδίο περιέχει τον αριθμό των microRNAs στο σύνολο, και τα υπόλοιπα πεδία κατάλογο των microRNAs στο σύνολο

doi:. 10.1371 /journal.pone.0043441.s002

(TXT)

συνόλου δεδομένων S3.

Το 4381 Γονιδιακή Οντολογία (GO) σετ μεθυλίωσης. Κάθε γραμμή περιγράφει ένα σύνολο γονιδίων. Το πρώτο πεδίο περιέχει το γονίδιο της οντολογίας (GO) όρος το όνομα, το δεύτερο πεδίο περιέχει τον αριθμό των γονιδίων στο σύνολο, και τα υπόλοιπα πεδία λίστας των γονιδίων στο σύνολο

doi:. 10.1371 /journal.pone.0043441.s003

(TXT)

πίνακα S1.

Το microRNA – ζεύγη γονιδίου στόχου που προβλέφθηκαν από τουλάχιστον τρία εργαλεία.

doi: 10.1371 /journal.pone.0043441.s004

(XLSX)

Πίνακας S2.

η μεθυλίωση, microRNA και mRNA ομάδες δυσλειτουργία των συνόλων γονιδίων 4381 Γονιδιακή Οντολογία (GO).

doi: 10.1371 /journal.pone.0043441.s005

(XLSX)

Πίνακα S3.

top 20 δυσλειτουργική σύνολα γονιδίων στον καρκίνο του πνεύμονα.

doi: 10.1371 /journal.pone.0043441.s006

(PDF)

Πίνακας S4.

Τα γονίδια υψηλής συχνότητας και microRNAs.

doi: 10.1371 /journal.pone.0043441.s007

(XLSX)