Αφηρημένο

Η κατανόηση της ετερογενούς αντίδρασης φάρμακο ασθενείς με καρκίνο είναι απαραίτητη για την ογκολογία ακρίβεια. Πρωτοποριακή γονιδιωματική ανάλυση των επιμέρους υποτύπων καρκίνου έχουν αρχίσει να προσδιοριστούν τα βασικά τους καθοριστικούς παράγοντες της αντίστασης, συμπεριλαμβανομένων πάνω ρύθμιση των γονιδίων ανθεκτικότητας σε πολλαπλά φάρμακα (MDR) και μεταλλάξεων μεταβολές των στόχων των ναρκωτικών. Ωστόσο, αυτές οι αλλαγές είναι επαρκείς για να εξηγήσουν μόνο μια μειοψηφία του πληθυσμού, και πρόσθετους μηχανισμούς αντοχής φαρμάκου ή την ευαισθησία που απαιτείται για να εξηγήσει το υπόλοιπο φάσμα των απαντήσεων του ασθενούς για να επιτευχθεί τελικά ο στόχος της ογκολογίας ακρίβειας. Υποθέσαμε ότι μια ανάλυση παν-καρκίνου του

in vitro

ευαισθησίες των ναρκωτικών σε όλη πολλές καταγωγές καρκίνου θα βελτιώσει την ανίχνευση των στατιστικών ενώσεων και να δώσει πιο ισχυρή και, το σημαντικότερο, επαναλαμβανόμενες καθοριστικούς παράγοντες της απόκρισης. Σε αυτή τη μελέτη, έχουμε αναπτύξει ένα στατιστικό πλαίσιο που βασίζεται στη μετα-ανάλυση του προφίλ έκφρασης για τον προσδιορισμό των δεικτών και των μηχανισμών απόκρισης του φαρμάκου παν-καρκίνου. Χρησιμοποιώντας το καρκινικό κύτταρο Γραμμή Εγκυκλοπαίδεια (CCLE), ένα μεγάλο πάνελ αρκετών εκατοντάδων καρκινικές κυτταρικές γραμμές από τα πολυάριθμα διακριτές γραμμώσεις, χαρακτηρίσαμε τα δύο γνωστά και νέους μηχανισμούς ανταπόκρισης σε κυτταροτοξικά φάρμακα συμπεριλαμβανομένων των αναστολέων της τοποϊσομεράσης 1 (TOP1? Τοποτεκάνη, ιρινοτεκάνη) και στοχευμένη θεραπείες συμπεριλαμβανομένων των αναστολέων των αποακετυλασών ιστόνης (HDAC? Panobinostat) και MAP κινασών /ERK (ΜΕΚ? PD-0325901, AZD6244). Αξίζει να σημειωθεί ότι, η ανάλυση μας εμπλέκονται μειωμένη αντιγραφή και μεταγραφικές τιμές, καθώς και η ανεπάρκεια σε γονίδια επιδιόρθωσης βλαβών του DNA σε αντίσταση σε TOP1 αναστολέων. Η συστατική ενεργοποίηση αρκετών οδών σηματοδότησης συμπεριλαμβανομένης της οδού ιντερφερόνης /STAT-1 εμπλέκεται στην αντίσταση στον αναστολέα παν-HDAC. Τέλος, ένας αριθμός dysregulations ανάντη του ΜΕΚ ταυτοποιήθηκαν ως αντισταθμιστικών μηχανισμών αντίστασης στους αναστολείς ΜΕΚ. Σε σύγκριση με τις στρατηγικές εναλλακτικές ανάλυση παν-καρκίνου, η προσέγγισή μας μπορεί να διαφωτίσει καλύτερα σχετικών μηχανισμών αντιμετώπισης των ναρκωτικών. Επιπλέον, η επιτομή των υποθετικών δεικτών και μηχανισμών που προσδιορίζονται μέσω της ανάλυσης μας, μπορεί να χρησιμεύσει ως βάση για μελλοντικές μελέτες σε αυτά τα φάρμακα

Παράθεση:. Wang Κ, Shrestha R, Wyatt AW, Reddy Α, Λέχαρ J, Wang Υ , et al. (2014) Μια προσέγγιση Μετα-ανάλυση για τον χαρακτηρισμό των Pan-Cancer Μηχανισμοί Φαρμάκων Ευαισθησία στις γραμμές κυττάρων. PLoS ONE 9 (7): e103050. doi: 10.1371 /journal.pone.0103050

Επιμέλεια: Κατερίνα Cinti, Ινστιτούτο Κλινικής Φυσιολογίας, c /o Toscana Ίδρυμα Επιστημών Ζωής, Ιταλία

Ελήφθη: 7 Μάη 2014? Αποδεκτές: 30 του Μάη 2014? Δημοσιεύθηκε: 18, Ιουλίου 2014

Copyright: © 2014 Wang 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

Δεδομένα Διαθεσιμότητα:. Η συγγραφείς επιβεβαιώνουν ότι όλα τα δεδομένα που διέπουν τα ευρήματα είναι πλήρως διαθέσιμα χωρίς περιορισμούς. Όλα τα αρχεία CEL είναι διαθέσιμα από GEO (GSE36139)

Χρηματοδότηση:. Οι συγγραφείς δεν έχουν καμία χρηματοδότηση ή υποστήριξη στην έκθεση

Αντικρουόμενα συμφέροντα:. Οι συν-συγγραφείς AR και JL είναι εργαζόμενοι της Novartis Pharmaceuticals . Αυτό δεν αλλάζει »την τήρηση των PLoS ONE πολιτικές για την ανταλλαγή δεδομένων και υλικών.

Εισαγωγή

Κατά την τελευταία δεκαετία, η θεραπεία του καρκίνου έχει δει μια σταδιακή στροφή προς« Οι συντάκτες της ιατρικής ακρίβεια »και κάνοντας ορθολογικής θεραπευτικές αποφάσεις για τον καρκίνο του ασθενούς βασίζεται σε διακριτές μοριακό προφίλ τους. Ωστόσο, ευρεία υιοθέτηση αυτής της στρατηγικής έχει παρεμποδιστεί από ελλιπή κατανόηση των καθοριστικών παραγόντων που οδηγούν ανταπόκριση του όγκου σε διαφορετικά φάρμακα κατά του καρκίνου. Ενδογενείς διαφορές στην ευαισθησία φαρμάκου ή την αντίσταση έχουν προηγουμένως αποδοθεί σε μια σειρά μοριακών εκτροπών. Για παράδειγμα, η συστατική έκφραση σχεδόν τετρακόσια αντοχής πολυ-φαρμάκου γονίδια (MDR), όπως ΑΤΡ-δέσμευσης μεταφορείς κασέτας, μπορεί να προσδώσει την καθολική αντίσταση φαρμάκου στον καρκίνο [1]. Παρομοίως, μεταλλάξεις σε γονίδια καρκίνου (όπως EGFR) που επιλεκτικά στοχεύουν από τους αναστολείς μικρού μορίου μπορεί είτε να ενισχύσουν ή διασπούν την δέσμευση του φαρμάκου και έτσι να ρυθμίζει απόκριση καρκίνου του φαρμάκου [2]. Παρά τις διαπιστώσεις αυτές, η κλινική μετάφραση των αναστολέων MDR έχουν περιπλέκεται από ανεπιθύμητες φαρμακοκινητικές αλληλεπιδράσεις [3]. Ομοίως, η παρουσία των μεταλλάξεων σε γονίδια στοχευμένων μπορεί να εξηγήσει μόνο την απόκριση που παρατηρείται σε ένα κλάσμα του πληθυσμού, η οποία περιορίζει επίσης κλινική χρησιμότητα τους. Ως παράδειγμα της τελευταίας, οι καρκίνοι του πνεύμονα αρχικά ευαίσθητοι σε EGFR αντίσταση αποκτούν αναστολή η οποία μπορεί να εξηγηθεί από μεταλλάξεις του EGFR σε μόνο το ήμισυ των περιπτώσεων. Άλλες μοριακών γεγονότων, όπως met πρωτο-ογκογονιδίου ενισχύσεις, έχουν συσχετιστεί με αντίσταση σε αναστολείς EGFR στο 20% των καρκίνων του πνεύμονα ανεξάρτητα από μεταλλάξεις του EGFR [4]. Ως εκ τούτου, εξακολουθεί να υπάρχει ανάγκη να αποκαλύψει επιπλέον μηχανισμούς που μπορούν να επηρεάσουν την απόκριση σε θεραπείες για τον καρκίνο.

Ιστορικά, η γονιδιακή προφίλ έκφρασης του

in vitro

μοντέλα έχουν παίξει ουσιαστικό ρόλο στη διερεύνηση καθοριστικοί παράγοντες για τα ναρκωτικά απόκριση [5] – [8]. Συγκεκριμένα, πάνελ κυτταρική γραμμή που καταρτίζονται για μεμονωμένους τύπους καρκίνου έχουν βοηθήσει εντοπίσει δείκτες πρόβλεψης των απαντήσεων των ναρκωτικών συγκεκριμένης γενεαλογίας, όπως η συμμετοχή P27 (KIP1) με την αντίσταση στην τραστουζουμάμπη σε καρκίνους του μαστού και συνδέει επιθηλιακά-μεσεγχυματικά μετάβαση γονίδια για αντοχή σε αναστολείς του EGFR σε καρκίνους του πνεύμονα [9] – [11]. Ωστόσο, η εφαρμογή της στρατηγικής αυτής έχει περιοριστεί σε μια χούφτα των τύπων καρκίνου (π.χ. του μαστού, των πνευμόνων), με επαρκή αριθμό των καθιερωμένων μοντέλων κυτταρική γραμμή για να επιτευχθεί η στατιστική ισχύς που απαιτείται για νέες ανακαλύψεις.

Πρόσφατες μελέτες αντιμετωπιστεί το πρόβλημα του περιορισμένου μεγέθους του δείγματος ερευνώντας

in vitro

ευαισθησία φαρμάκου σε ένα τρόπο παν-καρκίνου, σε μεγάλα πάνελ κυτταρική γραμμή που συνδυάζουν πολλαπλούς τύπους καρκίνου σε διαλογή για τα ίδια φάρμακα [7], [8], [12], [13]. Με τον τρόπο αυτό, η ανάλυση παν-καρκίνος μπορεί να βελτιώσει τον έλεγχο για στατιστικούς ενώσεις και να βοηθήσει στον εντοπισμό απορυθμισμένη γονίδια ή ογκογόνο μονοπατιών που προωθούν ‘επανάληψη ανάπτυξη και την επιβίωση των όγκων διαφορετικής προέλευσης [14], [15]. Η κοινή προσέγγιση που χρησιμοποιείται για την ανάλυση παν-καρκίνου άμεσα πισίνες δείγματα από διάφορους τύπους καρκίνου? Ωστόσο, αυτό έχει δύο κύρια μειονεκτήματα. Πρώτον, όταν τα δείγματα θεωρούνται συλλογικά, σημαντική γονίδιο ενώσεις απάντηση έκφραση των ναρκωτικών παρούσα σε μικρότερου μεγέθους σειρών καρκίνου μπορεί να επηρεαστεί από την έλλειψη των ενώσεων που υπάρχουν στο μεγαλύτερου μεγέθους καταγωγές. Δεύτερον, το εύρος των γονιδιακή έκφραση και τη φαρμακοδυναμική αξίες φαρμάκου είναι συχνά γράμμωσης-ειδικά και απαράμιλλη μεταξύ διαφορετικών καταγωγών καρκίνου (Σχήμα 1Α). Συλλογικά, αυτά τα θέματα να μειώσει τη δυνατότητα να εντοπίσει σημαντικές ενώσεις κοινή σε πολλές καταγωγές καρκίνο.

(Α) Σχηματική επιδεικνύοντας ένα σημαντικό μειονέκτημα της που χρησιμοποιούνται συνήθως συγκεντρωτική προσέγγιση για τον καρκίνο (PC-Pool), δηλαδή ότι η έκφραση του γονιδίου και φαρμακολογικές προφίλ των δειγμάτων από διαφορετικές καταγωγές καρκίνου είναι συχνά ασύγκριτη και ως εκ τούτου ανεπαρκής για την συγκέντρωση σε ένα ενιαίο ανάλυση. (Β) Workflow απεικονίζει PC-Meta προσέγγισή μας. Πρώτον, κάθε γράμμωση καρκίνο στο σύνολο δεδομένων παν-καρκίνος ανεξάρτητα αξιολογείται για απόκριση συσχετίσεις έκφραση γονιδίου-φαρμάκου τόσο θετικές όσο και αρνητικές κατευθύνσεις (Στάδιο 2). Στη συνέχεια, μία μέθοδος μετα-ανάλυση χρησιμοποιείται για να συσσωματωθούν γράμμωσης-ειδικά αποτελέσματα συσχέτισης και για τον προσδιορισμό παν-καρκίνος συσχετίσεις έκφραση-απόκρισης. Η σημασία αυτών των συσχετισμών υποδεικνύεται από διορθώνεται ρ-τιμές πολλαπλής δοκιμής (μετα-FDR? Στάδιο 3). Στη συνέχεια, τα γονίδια που συσχετίζονται σημαντικά με την αντίδραση στο φάρμακο σε πολλές καταγωγές καρκίνου που έχουν αναγνωριστεί ως γονιδιακοί δείκτες παν-καρκίνου (μετα-FDR & lt? 0,01? Στάδιο 4). Τέλος, οι βιολογικές οδούς σημαντικά εμπλουτισμένο στο ανακάλυψε σύνολο δεικτών γονιδίου παν-καρκίνου που έχουν αναγνωριστεί ως μηχανισμοί παν-καρκίνος του απόκρισης (ΡΙ Αποτέλεσμα & gt? 1.0? Στάδιο 5). Ένα υποσύνολο των δεικτών παν-καρκίνο συσχετίζονται με απόκριση φαρμάκου σε ατομικές καταγωγές καρκίνο επιλέγονται ως γράμμωσης-ειδικούς δείκτες. Τα επίπεδα συμμετοχής των μηχανισμών pan-καρκίνου σε επιμέρους σειρών καρκίνου υπολογίζεται από την ανάλυση εμπλουτισμού μονοπάτι αυτών των γενεαλογίας-ειδικούς δείκτες.

Η

Για την αντιμετώπιση των προβλημάτων που εισάγονται μέσω της άμεσης συγκέντρωσης των δεδομένων, έχουμε αναπτύξει μια στατιστικό πλαίσιο που βασίζεται σε μετα-ανάλυση που ονομάζεται «PC-Meta». PC-Meta προσδιορίζει δείκτες και τους μηχανισμούς ανταπόκρισης ναρκωτικών παν-καρκίνου με τη δοκιμή για τις ενώσεις απάντηση έκφραση των ναρκωτικών γονιδίου σε κάθε γραμμή του καρκίνου ξεχωριστά και συνδυάζοντας τα αποτελέσματα από κάθε γραμμή. Προηγούμενες μελέτες έχουν εφαρμοστεί με επιτυχία μετα-αναλύσεις να συνδυάσει ασυμβίβαστη γονιδιωματικής σύνολα δεδομένων για ένα μόνο είδος καρκίνου, και να συνδυάσουν σύνολα δεδομένων από διαφορετικές μορφές καρκίνου να εντοπίσει κοινούς μηχανισμούς έναρξης και εξέλιξης [16] του καρκίνου – [18]. Για τις γνώσεις μας, αυτή είναι η πρώτη μελέτη για τη μόχλευση μετα-ανάλυση για τον εντοπισμό των εγγενών τους καθοριστικούς παράγοντες της παν-καρκίνου της ανταπόκρισης στη θεραπεία του καρκίνου.

Υλικά και Μέθοδοι

Cancer Cell Γραμμή Εγκυκλοπαίδεια (CCLE ) Σύνολο δεδομένων

Ο CCLE σύνολο δεδομένων παν-καρκίνος που χρησιμοποιούνται σε αυτή τη μελέτη περιλαμβάνει 1046 καρκινικές κυτταρικές σειρές που προέρχονται από 24 τύπους καρκίνου και διαλογή για φαρμακολογική ευαισθησία σε 24 αντικαρκινικές ενώσεις [8]. Τα στοιχεία έκφρασης και την ευαισθησία των ναρκωτικών γονίδιο προ-επεξεργασία άμεσα λαμβάνονται από το έργο CCLE (https://www.broadinstitute.org/ccle/home? GSE36139). Οι κυτταρικές γραμμές με προφίλ πριν από την επεξεργασία για την έκφραση του γονιδίου με τη χρήση της συστοιχίας Affymetrix U133plus2.0, και για μεταλλάξεις σε 33 γνωστά γονίδια του καρκίνου κατά μάζα γονοτυπική φασματομετρίας (OncoMap). Ανασταλτική συγκέντρωση 50 τιμές (IC50) παρέκταση στην αρχική μελέτη από δεδομένα απόκρισης δόσης χρησιμοποιήθηκαν ως μέτρο της αποτελεσματικότητας του φαρμάκου.

Η μετα-ανάλυση Προσέγγιση στην Pan-Cancer Ανάλυση

Μας PC-Meta προσέγγιση για τον προσδιορισμό των δεικτών και των μηχανισμών απόκρισης φαρμάκου παν-καρκίνος απεικονίζεται στο Σχήμα 1Β. Αρχικά, κάθε καταγωγή καρκίνο στο σύνολο δεδομένων παν-καρκίνος αντιμετωπίζεται ως ξεχωριστή σύνολο δεδομένων και ανεξάρτητα αξιολογούνται για τις ενώσεις μεταξύ των αρχικά επίπεδα γονιδιακής έκφρασης και τιμές ανταπόκρισης των ναρκωτικών. Αυτοί οι συσχετισμοί έκφρασης-απόκρισης της συγκεκριμένης γενεαλογίας υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας τεστ συσχέτισης τάξης του Spearman του. Καταγωγές που επέδειξαν ελάχιστη τιμή διαφοράς ευαισθησίας φαρμάκου (που έχουν λιγότερα από τρία δείγματα ή ένα αρχείο καταγραφής

10 (IC50) εύρος μικρότερο από 0,5) εξαιρέθηκαν από την ανάλυση.

Στη συνέχεια, τα αποτελέσματα από την ατομική της συγκεκριμένης γενεαλογίας συσχέτιση αναλύσεις σε συνδυασμό με τη χρήση μετα-ανάλυση για να προσδιοριστεί παν-καρκίνου ενώσεις έκφραση-απόκρισης. Χρησιμοποιήσαμε τη μέθοδο Pearson ‘s [19], ένα μονόπλευρο μέθοδο Fisher για μετα-ανάλυση. μέθοδος του Fisher είναι μια τυπική τεχνική που συγκεντρώνει πολλαπλές τιμές ρ σε ένα ενιαίο μετα τιμή Ρ όπου ένα μικρό μετα P-τιμή υποδεικνύει σημαντική συσχέτιση της έκφρασης-απόκρισης σε μία ή περισσότερες γενεές καρκίνο. μέθοδο Pearson μπορεί να μειώσει ψευδείς ενώσεις που προκύπτουν από αντικρουόμενες κατευθύνσεις της συσχέτισης σε διαφορετικές καταγωγές. Συνδυάζει ρ-τιμές μεμονωμένων γράμμωσης για θετικές και αρνητικές συσχετίσεις χωριστά και επιστρέφει το πιο σημαντικό από τα δύο συνδυασμένες τιμές (meta P

+ και μετα P

-) ως την τελική τιμή Ρ meta (meta P *) . Από αυτό, μια πολλαπλή-τεστ διορθώνονται μετα P-value (μετα-FDR) υπολογίστηκε με τη μέθοδο της Benjamini-Hochberg (BH). Για κάθε φάρμακο, γονίδια με μετα-FDR & lt? 0,01 θεωρήθηκαν δείκτες pan-καρκίνου του απάντηση

Στη συνέχεια, οι μηχανισμοί παν-καρκίνου της ανταπόκρισης αποκαλύφθηκαν εκτελώντας ανάλυση εμπλουτισμό της οδού στις ανακάλυψαν δείκτες παν-καρκίνου με τη χρήση. το λογισμικό Ingenuity Διαδρομή Ανάλυση (ΜΠΒ? Ingenuity Systems, Inc., Redwood City, CA). Η στατιστική υπερεκπροσώπηση των κανονικών μονοπατιών ΙΡΑ υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας Φίσερ ακριβή τεστ και BH μέθοδο διόρθωσης πολλαπλής δοκιμής. Α ‘εμπλοκή μονοπατιού (PI) όρος «υπολογίστηκε για κάθε μονοπάτι ως -log

10 (BH-διορθωμένη τιμή p εμπλουτισμού οδού). Μονοπάτια με σκορ ΡΙ & gt?. 1.0 θεωρήθηκαν σημαντικά που συνδέονται με την αντίδραση στο φάρμακο

Τέλος, δεδομένου ότι οι δείκτες pan-καρκίνος μπορεί να είναι σχετικές μόνο σε ένα υποσύνολο των σειρών καρκίνου, ορίσαμε σύνολα των γονιδίων που σχετίζονται με την απάντηση σε κάθε γραμμή ως γράμμωσης-ειδικούς δείκτες. Lineage-ειδικούς δείκτες προήλθαν ως υποσύνολο των δεικτών παν-καρκίνου που συσχετίζεται σημαντικά με την απάντηση σε μια δεδομένη καταγωγή (τεστ συσχέτισης rank p-value & lt Spearman είναι? 0.05 και