μοντέλο όγκου Abstract

Patient προερχόμενο ξενομόσχευμα (PDX) είναι μια ισχυρή τεχνολογία για την αξιολόγηση αντικαρκινικών φαρμάκων και τη διευκόλυνση εξατομικευμένα φάρμακα. Πολλαπλές ερευνητικά κέντρα και εμπορικές εταιρείες έχουν βάλει τεράστιες προσπάθειες για την οικοδόμηση μοντέλα ποντικιών PDX. Ωστόσο, τα μοντέλα PDX δεν έχουν γίνει ευρέως διαθέσιμο και μοριακά χαρακτηριστικά τους δεν έχουν συστηματικά χαρακτηρίζεται. Σε αυτή τη μελέτη, θα παρείχε μια ολοκληρωμένη επισκόπηση της PDX μεταγραφικό με την ενσωμάτωση ανάλυσης των 58 ασθενών που περιλαμβάνει 8 διαφορετικές όγκους. Η διάμεση συντελεστής συσχέτισης μεταξύ των ασθενών και ξενομοσχεύματα είναι 0.94, το οποίο είναι υψηλότερο από εκείνο μεταξύ των ασθενών και του πίνακα κυτταρική γραμμή ή μεταξύ ασθενών με την ίδια όγκου. Σημαντικές εκφράσεις διαφορική γονιδιακή στην PDX συμβαίνουν στη μεταμόσχευση ιστού ανθρώπινου όγκου σε ποντίκια, ενώ η γονιδιακή έκφραση είναι σχετικά σταθερά περάσματα. 48 γονίδια συχνά εκφράζονται διαφορικά σε PDX ποντίκια πολλαπλών καρκίνων. Είναι εμπλουτισμένα σε εξωκυτταρική μήτρα και ανοσολογική απόκριση, και ορισμένα από αυτά που αναφέρθηκαν ως στόχοι για αντικαρκινικά φάρμακα. Μια μελέτη προσομοίωσης έδειξε ότι η αλλαγή της έκφρασης μεταξύ PDX και του όγκου των ασθενών (6%) θα είχε ως αποτέλεσμα αποδεκτή αλλαγή στην ευαισθησία των ναρκωτικών (3%). Τα ευρήματά μας αποδεικνύουν ότι PDX ποντίκια αντιπροσωπεύουν το γονίδιο-έκφρασης και τα χαρακτηριστικά του φαρμάκου-απόκριση των πρωτογενών όγκων αποτελεσματικά, και συνιστάται να παρακολουθεί τη συνολική προφίλ έκφρασης γονιδίων-στόχων και φάρμακο σε κλινική εφαρμογή

Παράθεση:. Li Η, Zhu Υ, Tang Χ, Li J, Li Υ, Zhong Ζ, et al. (2015) ολοκληρωμένη ανάλυση των μεταγραφικό στον Καρκίνο από ασθενείς με ξενομοσχεύματα. PLoS ONE 10 (5): e0124780. doi: 10.1371 /journal.pone.0124780

Ακαδημαϊκό Επιμέλεια: Yu-Jia Chang, Ταϊπέι Ιατρικής του Πανεπιστημίου, Ταϊβάν

Ελήφθη: 20 Οκτωβρίου, 2014? Αποδεκτές: 3 Μάρτη 2015? Δημοσιεύθηκε: May 7, 2015

Copyright: © 2015 Li 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: Όλα τα σχετικά δεδομένα είναι εντός του Υποστηρίζοντας αρχεία πληροφοριών του χαρτιού και

Χρηματοδότηση:. Η μελέτη χρηματοδοτήθηκε από την Σαγκάη Δημοτική Επιτροπή Επιστήμης και Τεχνολογίας (15YF1414100, 14DZ1951300, και 14DZ2252000), Σαγκάη Ινστιτούτα Βιολογικών Επιστημών Γνώση Προγράμματος Καινοτομίας (2014KIP215 ), και το Εθνικό βασική επιστημονική Ταμείου Έρευνας (2009FY120100). 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 ασθενής που προέρχονται από ξενομόσχευμα (PDX) έχει αναπτυχθεί από τη χειρουργική εμφύτευση καρκινικού ιστού απευθείας από βιοψία ασθενή σε ένα ποντίκι με ανοσοανεπάρκεια. Όταν Επιτυχής όγκοι ξενομοσχεύματος (F1 γενιά) αυξάνονται έως 1 cm

3, αφαιρούνται και ανακαλλιεργήθηκε σε πιο ποντικούς με ανοσοανεπάρκεια. Η πρόοδος αυτή επεκτείνει την αρχική ανθρώπινου όγκου σε πολλαπλά περάσματα του ποντικιού, που παρέχει μια εμπλουτισμένη πηγή για τη μελέτη της βιολογίας των όγκων και την αξιολόγηση των αντικαρκινικών φαρμάκων. Προηγούμενες μελέτες έχουν κατασκευαστεί επιτυχώς μοντέλα PDX για τον καρκίνο του μαστού, καρκίνο του πνεύμονα, καρκίνο του ήπατος, καρκίνο του παχέος εντέρου και ούτω καθεξής. Ο μέσος χρόνος για την παραγωγή προοδευτικά αυξανόμενη ξενομοσχεύματος μοντέλο όγκου κυμαίνεται από 2 έως 12 μηνών [1]. Οι σειρές ποσοστό μεταμόσχευσης από 23% έως 75% ανάλογα με τον τύπο του όγκου [1]. Σύνθετη όγκοι και οι ασθενείς με κακή επιβίωση σκοπεύουν να έχουν υψηλότερο ποσοστό μεταμόσχευσης [2].

Η σύγκριση των προφίλ γονιδιακής έκφρασης μεταξύ παγκρεατικού πόρου αδενοκαρκίνωμα του ανθρώπου και των PDXs τους πρότεινε ότι xegnografts ποντίκι ήταν πολύ παρόμοια με τα αρχικά όγκους στην έκφραση γονιδίων πρότυπο [3]. Μια μελέτη του μη μικροκυτταρικού καρκίνου του πνεύμονα (NSCLC) αποκάλυψε ότι χημειοθεραπευτική ανταπόκριση των PDXs έμοιαζε την κλινική κατάσταση στον NSCLC [4]. Ding et.al σε σύγκριση με πρωτοπαθή καρκίνο του μαστού, μετάσταση εγκεφάλου του, και πρωτογενείς που προέρχονται PDX με αλληλούχιση ολόκληρο το γονιδίωμα? τα αποτελέσματά τους έδειξαν ότι PDX παρέμειναν όλες πρωτογενών μεταλλάξεων όγκου και εμφανίζονται μεταλλάξεις στο μεταστατικό δείγμα [5]. Περαιτέρω προσδιορισμός της αλληλουχίας του 17 καταγωγής όγκων, ξενομοσχεύματος, και βλαστικής σειράς τρίο DNA επιβεβαίωσε ότι το γονιδίωμα κλίμακα συχνότητας παραλλαγή αλληλόμορφου (νΑΡ) συχνά διατηρούνται σε μοντέλα PDX, και οι συντελεστές συσχέτισης του νΑΡ κυμαινόταν από 0,32 να 0,86 [6]. Αυτές οι μελέτες έδειξαν ότι τα μοντέλα PDX ανακεφαλαίωση των γενετικών, μοριακών, και μορφολογικά χαρακτηριστικά των ανθρώπινων όγκων [3-8]. Επιπλέον, PDXs αναπαράγει εν μέρει το μικροπεριβάλλον του όγκου και τις αλληλεπιδράσεις των κυττάρων του όγκου, που χάνονται σε κυτταρικές σειρές που προέρχονται από όγκους [1,9]. Ως εκ τούτου, PDX μοντέλο θεωρείται ότι είναι περισσότερο ελπιδοφόρα από κυτταρικές σειρές καρκίνου για τη μελέτη του μηχανισμού του καρκίνου και των αποτελεσμάτων του φαρμάκου [10] [11]. Oncotest et al. δοκιμάστηκαν 11 κυτταροτοξικά αντικαρκινικά μέσα σε ~ 200 ξενομοσχεύματα όγκου και αποκάλυψε ένα σύνολο γονιδίων υπογραφών για την πρόβλεψη της ανταπόκρισης του όγκου [12]. Σε μια κλινική δοκιμή σε 14 ασθενείς με προχωρημένους καρκίνους, ξενομοσχεύματα ποντικών υποβλήθηκαν σε θεραπεία με 63 διαφορετικά φάρμακα και οι αποτελεσματικές θεραπείες προσδιορίστηκαν για 12 ασθενείς [13].

Ωστόσο, εξακολουθούν να υπάρχουν διαφορές μεταξύ του PDX και το αρχικό όγκος. Για παράδειγμα, PDX-ειδικές σωματικές μεταλλάξεις παρατηρήθηκαν σε καρκίνου του μαστού προερχόμενο ξενομοσχεύματα, το οποίο μπορεί να είναι μεταλλάξεις που επιλέγονται τυχαία επιβάτης κατά τη διάρκεια της μεταμόσχευσης ή μεταλλάξεις που επιλέγονται με αύξηση του όγκου fitness [6]. Όσον αφορά το μικροπεριβάλλον, τα ανθρώπινα στρωματικά κύτταρα υποκατεστημένο από στρωματικά κύτταρα ποντικού σε PDX, που μπορεί να επηρεάσει την ανάπτυξη του όγκου [14]. Ως εκ τούτου, είναι αναγκαίο να προσδιοριστεί η μοριακή διαφορά μεταξύ PDX και αρχικό όγκο και να διερευνήσει πώς η διαφορά επηρεάζει την αντίδραση στο φάρμακο.

Εδώ ερευνήσαμε την ομοιότητα έκφραση του γονιδιώματος σε επίπεδο μεταξύ ασθενών με καρκίνο και PDXs από μετα-ανάλυση των πολλαπλών τύπους καρκίνου, και να διερευνηθεί η πιθανή επίδραση της αλλαγής της έκφρασης με την ανταπόκριση των ναρκωτικών. Η διάμεση συντελεστής συσχέτισης μεταξύ των ασθενών και ξενομοσχεύματα είναι 0.94, καλύτερη από καρκινικές κυτταρικές γραμμές να ανακεφαλαιώσουμε το πρότυπο έκφρασης του αρχικού όγκου. Βρήκαμε ότι η κύρια αλλαγή έκφραση σημειώθηκε στην μεταμόσχευση ιστού ανθρώπινου όγκου σε ποντικούς, και γονίδιο εκφράσεις ήταν πιο σταθερές σε ποντικούς επί περάσματα. Η μετα-ανάλυση των πολλαπλών τύπων καρκίνου αποκάλυψε ότι ορισμένα γονίδια, τα οποία συχνά εκφράζονται διαφορικά στα ξενομοσχεύματα ποντικών, ήταν ιδιαίτερα εμπλουτισμένο σε εξωκυτταρική μήτρα και ανοσολογική απόκριση. ευαισθησία των ναρκωτικών πήρε από PDX ανακεφαλαιώνει γενικά την πραγματική ευαισθησία φαρμάκου σε όγκο ασθενών, εκτός από ειδικές περιπτώσεις, όπως όταν το γονίδιο εκφράσεις PDX ποντικιού είναι εξαιρετικά αλλάξει ή γονιδίων-στόχων των ναρκωτικών διαφορική σημαντικά.

Μέθοδοι

η γονιδιακή έκφραση

Ψάξαμε τη βάση δεδομένων του GEO από τις λέξεις-κλειδιά «όγκο» και «ξενομοσχεύματος», μόνο κρατώντας σύνολα δεδομένων με δεδομένα έκφρασης τόσο από βιοψία του ασθενούς και ξενομοσχεύματος ποντικού. Απόλυτα συλλέξαμε 9 σύνολα δεδομένων που αφορούν 8 τύπους όγκων. μήτρα έκφρασης και πληροφόρησης πλατφόρμα μικροσυστοιχιών είχαν κατεβάσει από το R πακέτο «GEOquery». μήτρα έκφραση ήταν τεταρτημόριο ομαλοποιημένη και log-μετασχηματιστεί για την προεπεξεργασία [15]. τιμές έκφραση του γονιδίου είχαν οριστεί ως διάμεση τιμή των επιπέδων έκφρασης ανιχνευτές ».

Σύγκριση του καρκίνου βιοψίας ασθενούς και PDX

Εμείς το χέρι ταίριαζαν με τα ασθενή ξενομοσχεύματος ζεύγη ελέγχοντας τις περιγραφές του δείγματος και σχετικές δημοσιεύσεις. Δείγματα από καρκίνο βιοψίας ασθενούς σημάνθηκαν ως F0, ξενομοσχεύματα ποντίκι σημάνθηκαν ως F1, F2 …… (Άγνωστο περάσματα σημάνθηκαν με F;). ομοιότητα έκφραση αξιολογήθηκε ο συντελεστής Spearman του (SRCC). Fold μεταβολή υπολογίστηκε για κάθε «VS. ανθρώπινου όγκου ξενομόσχευμα «και» VS. ξενομόσχευμα ξενομόσχευμα «ζευγάρι, και αποκοπής 1.5 χρησιμοποιήθηκε για τη διαλογή διαφορικά εκφρασμένων γονιδίων.

Λειτουργική εμπλουτισμού στο GO και KEGG βάσεις δεδομένων πραγματοποιήθηκαν από τον David [16]. Αλληλεπιδρούν φάρμακα αναζητήθηκαν από τη βάση δεδομένων «cancerresource» (https://bioinf-data.charite.de/cancerresource). στόχοι φαρμάκου πήρε από DrugBank V4.1 [17]

Σύγκριση των διαφορετικών μοντέλων καρκίνου

σύγκριση τριών μεθόδων για την αξιολόγηση των αντικαρκινικών φαρμάκων:. 1) που λαμβάνονται από ασθενή ξενομόσχευμα, 2) των καρκινικών κυττάρων γραμμή, με 3) ιστοί όγκου σχηματίζουν άλλους ασθενείς. Το μόνο που θεωρούνται ασθενείς, οι οποίοι είχαν το μοντέλο PDX και αντίστοιχους τύπους καρκίνου τους είχαν διαθέσιμα δείγματα σε 2) και 3) (S3 Πίνακας). Η έκφραση των κυτταρικών γραμμών καρκίνου ελήφθησαν από GDSC (Genomics of Drug Sensitivity in Cancer), μια βάση δεδομένων περιέχει την έκφραση του γονιδίου και τα δεδομένα ευαισθησίας φαρμάκου (το ήμισυ της μέγιστης ανασταλτική συγκέντρωση, IC50) για 138 αντικαρκινικά φάρμακα σε όλη σχεδόν 700 καρκινικές κυτταρικές γραμμές [18]. στοιχεία έκφρασης των ανθρώπινων ιστών όγκου είχαν κατεβάσει από GSE2109 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE2109), η οποία αποτελείτο από 2158 συστοιχίες από συμπαγείς όγκους. Όταν συνδυάζοντας σύνολα δεδομένων από διαφορετικές μελέτες, είναι απαραίτητο να τυποποιήσουν τα δεδομένα για την αφαίρεση επίδραση παρτίδα [19,20]. Ως εκ τούτου, κρατήσαμε τα γονίδια διαθέσιμη σε όλες τις συστοιχίες, και πραγματοποίησε την εξομάλυνση μεταξύ μελέτη από τη λειτουργία «μάχης» στο R.

Πρόβλεψη της ανταπόκρισης του φαρμάκου από τα δεδομένα έκφρασης

Ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο αντικαρκινικό φάρμακο, σισπλατίνη, επελέγη ως παράδειγμα για την αξιολόγηση απόκρισης του φαρμάκου. έκφραση γονιδίων και σισπλατίνη δεδομένα IC50 για 497 καρκινικές κυτταρικές σειρές είχαν κατεβάσει από τη βάση δεδομένων GDSC. Για την προσομοίωση της αλλαγής έκφρασης σε ποντίκια PDX, θα δημιουργείται τυχαία σύνολα δεδομένων προσομοίωσης από τα δεδομένα έκφρασης GDSC. Fold αλλαγή των προφίλ γονιδιακής έκφρασης προσομοιώθηκαν από μια κανονική κατανομή (ND), και στη συνέχεια πολλαπλασιάζεται με δεδομένα GDSC να πάρει δεδομένα προσομοιωμένων έκφρασης. Εμείς παράγεται 10500 σύνολα δεδομένων προσομοίωσης, αλλάζοντας την τυπική απόκλιση (SD) της ΝΔ μηδέν έως 0,2 και παράγει τυχαία ND 500 φορές για κάθε SD. SRCC μεταξύ προσομοιωμένων και πραγματικό προφίλ έκφρασης υπολογίστηκε για κάθε κυτταρική σειρά, και διάμεση τους χρησιμοποιήθηκε για να μετρηθεί η μεταβολή στην έκφραση δεδομένα προσομοίωσης.

Paul et al. ανέπτυξε μια μέθοδο παλινδρόμησης βόλτα που προβλέπει την κλινική ανταπόκριση του φαρμάκου από το επίπεδο της γονιδιακής έκφρασης [21]. Χρησιμοποιήσαμε αυτή τη μέθοδο για να εκπαιδεύσει ένα μοντέλο από την έκφραση πραγματικό GDSC και σισπλατίνη δεδομένα IC50 [18]. Η SRCC μεταξύ πραγματικών IC50 και IC50 προβλέψει κλήθηκαν «SRCC_IC50». Εφαρμόσαμε το μοντέλο πρόβλεψης για την προσομοίωση σύνολα δεδομένων έκφρασης και υπολογίζεται «SRCC_IC50». Για να αφαιρέσετε το αποτέλεσμα του μοντέλου πρόβλεψης και να αξιολογεί τη διαφορά στην ευαισθησία των ναρκωτικών αποτελεσματικά, «SRCC_IC50» χωρίστηκε από 0,84, η οποία είναι η τιμή του «SRCC_IC50» όταν θα εφαρμοστεί το μοντέλο πρόβλεψης με δεδομένα εκπαίδευσης.

Αποτελέσματα

ομοιότητα έκφραση μεταξύ ασθενών με καρκίνο και PDXs

Έχουμε κατεβάσει και ομαλοποιημένη 9 PDX σύνολα δεδομένων έκφρασης από GEO βάσεις δεδομένων, συμπεριλαμβανομένων ηπατοκυτταρικό καρκίνωμα, καρκίνο του παχέος εντέρου, ο καρκίνος του μαστού, πορογενές αδενοκαρκίνωμα του παγκρέατος, της κεφαλής και του λαιμού καρκίνωμα από πλακώδες επιθήλιο , αδενοκυστικό καρκίνωμα, οξεία λεμφοβλαστική λευχαιμία, και ο καρκίνος του πνεύμονα (Πίνακας 1). Μετα-ανάλυση αυτών των 9 σύνολα δεδομένων διεξήχθη για να κατανοήσουν συστηματικά την ομοιότητα της έκφρασης μεταξύ των ασθενών με καρκίνο και PDXs. Απόλυτα, 58 ασθενείς έχουν στοιχεία έκφρασης από ποντικούς PDX, το πέρασμα PDX κυμαίνεται από 1 έως 16. ο συντελεστής Spearman του (SRCC) χρησιμοποιήθηκε για να συγκριθεί η «ανθρώπινη VS. όγκου 56 ξενομόσχευμα «ζευγάρια και 23» ξενομόσχευμα VS. ξενομόσχευμα «ζευγάρια.

Η

Το σχήμα 1Α απεικονίζει την heatmap του SRCC σε πολλαπλά είδη των συγκρίσεων και διαφορετικά σύνολα δεδομένων του καρκίνου. Η διάμεση SRCC των διαφορετικών συνόλων δεδομένων καρκίνου κυμαίνεται 0,82 – 0,97. Οι συσχετίσεις μεταξύ των περισσότερων ασθενών όγκου και PDX είναι υψηλότερη από 0,9, ακόμη και για Είναι το PDX πέρασμα των οποίων είναι ασαφής. (Β) Boxplot που δείχνει την κατανομή του SRCC. Η κόκκινη γραμμή είναι η μέση τιμή μείον 1,5 τυπικές αποκλίσεις. (Γ) Η σύγκριση μεταξύ της ομοιότητας «VS. ανθρώπινου όγκου ξενομόσχευμα «(μπλε) και» ξενομόσχευμα VS. ξενομοσχεύματος «(κόκκινο).

Η

Κοινό διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων μοιράστηκε ανάμεσα σε διαφορετικούς τύπους καρκίνου

Θα προβληθεί διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων σε» VS. ανθρώπινου όγκου ξενομόσχευμα «συγκρίσεις, χρησιμοποιώντας πέντε σύνολα δεδομένων έκφρασης από τρεις πλατφόρμες μικροσυστοιχιών: GPL570 (GSE46385, GSE35144, GSE15240), GPL6884 (GSE57491) και GPL15207 (GSE55828). Ο αριθμός των up-ρυθμισμένων γονιδίων κυμαίνεται από 2 έως 76, ο αριθμός των γονιδίων που ρυθμίζεται προς τα κάτω κυμαίνεται μεταξύ του 14ου 656 (S1 πίνακα). Το σχήμα 2Α δείχνει τον αριθμό των γονιδίων που εκφράζονται διαφορικά σε τουλάχιστον ένα ζεύγη σύγκριση σε κάθε σύνολο δεδομένων. Μερικά διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων μοιράστηκε σε πολλαπλά σύνολα δεδομένων, ιδιαίτερα για τις τρεις σύνολα δεδομένων από ίδια πλατφόρμα GPL570 (Σχήμα 2Β). Μπορούμε επίσης σε σύγκριση διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων σε «VS. ξενομοσχεύματος ξενομόσχευμα «ζευγάρια. Ο αριθμός των up-ρυθμισμένων γονιδίων κυμαίνεται από 1 έως 55, ο αριθμός των γονιδίων που ρυθμίζεται προς τα κάτω κυμαίνεται από 1 έως 91 (S1 πίνακα). Πολύ λίγα γονίδια αλλάξει ταυτόχρονα στο «ξενομόσχευμα VS. ξενομόσχευμα «ζεύγη σε δύο σύνολα δεδομένων (Σχήμα 2C).

(Α). Γονιδίων σε «VS. ανθρώπινου όγκου ξενομόσχευμα «συγκρίσεις σε πέντε σύνολα δεδομένων. (Β) Genes σε «VS. ανθρώπινου όγκου ξενομόσχευμα «συγκρίσεις, χρησιμοποιώντας μόνο τρία σύνολα δεδομένων με τον ίδιο GPL570 πλατφόρμα. (C) Genes σε «ξενομοσχεύματος VS. ξενομόσχευμα «συγκρίσεις.

Η

Για να κατανοήσουμε την κοινή αλλαγή PDXs σε διαφορετικούς καρκίνους και ασθενείς, επιλέξαμε κοινή διαφορικά εκφρασμένων γονιδίων μεταξύ βιοψίας και PDXs ανθρώπινου όγκου. Υπάρχουν 48 γονίδια που εκφράζονται διαφορικά σε περισσότερα από δύο GSE σύνολα δεδομένων και περισσότερους από τους ασθενείς ήμισυ καρκίνο (S2 πίνακα). Έκφραση θερμικός χάρτης αυτών των γονιδίων δείχνεται στο σχήμα 3Α. Σχεδόν όλα τα «VS. ανθρώπινου όγκου ξενομόσχευμα «Τα ζεύγη συγκεντρωμένα (εκτός GSE15240) και όλα τα» ξενομόσχευμα VS. ξενομόσχευμα «ζεύγη είναι σε ένα άλλο σύμπλεγμα. Από GSE15240 έχουν μόνο δύο «ανθρώπινα VS. όγκου ξενομοσχεύματος «ζεύγη και ο αριθμός των διαφορικά εκφρασμένων γονιδίων για τα δύο αυτά ζεύγη είναι μικρότερος από τον αριθμό των πιο« VS. ανθρώπινου όγκου ξενομόσχευμα «ζεύγη σε άλλα σύνολα δεδομένων, GSE15240 δεν είναι συγκεντρωμένα με τους άλλους.

(Α) Έκφραση heatmap των 48 γονιδίων, τα οποία εκφράζονται διαφορικά σε περισσότερους από τους ασθενείς το μισό του καρκίνου και περισσότερο από δύο τύπους καρκίνου. (Β) Αριθμός των διαφορικά εκφρασμένων γονιδίων που έχουν αλληλεπίδραση με αντικαρκινικά φάρμακα.

Η

Για να αξιολογηθεί κατά πόσον κοινή διαφορικά εκφρασμένα γονίδια μοιράζονται μεταξύ διαφορετικών τύπων καρκίνου μπορεί να προκληθεί από κάποια κυρίαρχη δεδομένων, αφαιρείται ένα σύνολο δεδομένων και επιλεγμένες γονίδια από τα παρέμεινε τέσσερα σύνολα δεδομένων κάθε δίκη. Έχουμε λάβει 45, 25, 57, 106, και 73 γονιδίων κατά την αφαίρεση GSE46385, GSE35144, GSE15240, GSE57491 ή GSE55828, αντίστοιχα? 15 γονίδια παραμένουν σε όλες τις συνθήκες (Εικ S1A). Μεταξύ 48 κοινά διαφορικά εκφρασμένων γονιδίων, τα 15 γονίδια που διατηρούνται δεν έχει σημασία η οποία αφαιρείται το σύνολο δεδομένων, και οι άλλοι εκτρέφονται σε περισσότερες από 3 συνθήκες (S2 Πίνακας). GSE35144 είναι τα κυρίαρχα στοιχεία, των οποίων η «VS. ανθρώπινου όγκου ξενομόσχευμα «ζεύγη είναι μέγιστη. Μετά GSE35144 αφαιρείται, ο αριθμός των «κοινών διαφορικά εκφρασμένων γονιδίων» είναι 25. υπάρχει όμως aree ακόμα 16 γονίδια που επικαλύπτονται με τις προηγούμενες 48 γονίδια (S1B σχήμα). Στη συνέχεια κάναμε ομαδοποίηση ανάλυση για να δοκιμάσουν νέες επιλεγμένων γονιδίων (S2 σχήμα). Τα εξαιρετικά παρόμοια αποτελέσματα ομαδοποίησης δείχνουν ότι το σύμπλεγμα του «VS. ανθρώπινου όγκου ξενομόσχευμα «ζεύγη δεν προκαλούνται από κάποια κυρίαρχη δεδομένων. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι πολλαπλούς τύπους καρκίνου μοιραστώ μερικές παρόμοιες αλλαγές έκφραση σε «VS. ανθρώπινου όγκου ξενομόσχευμα «ζευγάρια.

Λειτουργίες των διαφορικών γονιδίων σε PDX και τις δυνατότητες σύνδεσης με φάρμακα κατά του καρκίνου

Από 48 γονίδια που εκφράζονται διαφορικά σε πολλαπλές PDXs, οι λειτουργίες τους είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τη μεταμόσχευση από καρκίνο βιοψία ασθενή σε ποντικούς. Λειτουργική ανάλυση εμπλουτισμού δείχνουν ότι τα 48 γονίδια εμπλουτισμένο σε «εξωκυττάρια μήτρα», «αλληλεπίδραση ECM-υποδοχέα», «ανοσολογική απόκριση» ή παρόμοιοι όροι, και πολλά γονίδια κωδικοποιούν σήμα ή εκκρινόμενες πρωτεΐνες (Πίνακας 2). Ορίσαμε μια βαθμολογία ευρωστία για τη λειτουργία εμπλουτισμένο, το ποσοστό που αυτή η λειτουργία είναι σημαντικά εμπλουτισμένη (Benjamini P-value & lt? 0,01) κατά την ανάλυση διαφορική γονιδιακή σετ σε κάθε «VS. ανθρώπινου όγκου ξενομόσχευμα «ζευγάρι. Υψηλές βαθμολογίες δείχνουν αυτά τα εμπλουτισμένα λειτουργίες που υποστηρίζονται από τα περισσότερα από τα ενιαία σύνολα δεδομένων. Εξωκυτταρική μήτρα είναι ένα σημαντικό συστατικό της στρωματικών κυττάρων, και παίζει σημαντικό ρόλο στην μικροπεριβάλλον του όγκου [22]. διαφορικά εκφραζόμενα γονίδια σε εξωκυτταρική μήτρα αποτελείτο με την προηγούμενη έκθεση ότι τα ανθρώπινα στρωματικά κύτταρα υποκαταστάθηκαν από ποντικούς στρωματικά κύτταρα [14]. Ανοσολογική απόκριση είναι ένα συχνό γεγονός κατά τη διάρκεια αλλομεταμόσχευση και ξενομεταμόσχευση. Αν και οι ανοσο-ανεπαρκή ποντίκια χρησιμοποιούνται για να αποφευχθεί η απόρριψη του ιστού ανθρώπινου όγκου, ορισμένες ανθρώπινες ανοσο-συναφή γονίδια εκφράζονται διαφορικά.

Η

Μεταξύ 48 γονίδια, 18 γονίδια έχουν αλληλεπιδρούν φάρμακα σε δημόσιες βάσεις δεδομένων και 12 γονίδια έχουν αναφερθεί να είναι στόχοι φαρμάκων (S2 πίνακα). C1QB και C1QC κωδικοποιούν ένα κύριο συστατικό του ανθρώπινου συμπληρώματος υποσυνιστώσας, τα οποία είναι στόχοι των 18 φαρμάκων. CD14, FCGR3A, FCGR3B, HLA-DPA1, HLA-DPB1, και HLA-DRA παίζουν ρόλους στο ανοσοποιητικό σύστημα. CCL2 είναι ένα από τα γονίδια κυτοκίνης, εμπλέκονται σε ανοσορυθμιστικές και φλεγμονώδεις διεργασίες. γονίδια κολλαγόνου ΟΟΙ_1Α2 και COL3A1 είναι τα κύρια δομικές πρωτεΐνες στο εξωκυττάριο υπόστρωμα και στο συνδετικό ιστό. ΜΜΡ 12 και VCAM1 συμμετάσχουν στην εξωκυττάρια μήτρα οργάνωση. Το σχήμα 3Β δείχνει τον αριθμό των αλληλεπιδρώντων γονιδίων για κάθε φάρμακο. Για παράδειγμα, το alemtuzumab έχει αλληλεπίδραση με τέσσερα διαφορικά εκφραζόμενα γονίδια. Αν και δεν μπορεί να συμβεί στην πραγματικότητα αυτές οι αλληλεπιδράσεις, οι ερευνητές θα πρέπει να δώσει μεγαλύτερη προσοχή σε αυτά κατά PDX χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της επίδρασης του φαρμάκου, ειδικά όταν το φάρμακο υποτίθεται ότι έχουν πιθανές αλληλεπιδράσεις με αυτά τα 18 γονίδια.

μοντέλο ποντικού PDX παρουσιάζει πλεονεκτήματα σε σύγκριση μεταγραφικό

Πριν PDX χρησιμοποιείται ευρέως ως προκλινικά μοντέλα, που προέρχεται από όγκο κυτταρικών σειρών έχουν χρησιμοποιηθεί για πολλά χρόνια για την αξιολόγηση υποψήφιων αντικαρκινικών παραγόντων [23]. Ένας άλλος τρόπος είναι συνάγοντας κλινική ανταπόκριση από ασθενείς με όγκο με παρόμοια παθολογία και μοριακά χαρακτηριστικά, όπως το προφίλ έκφρασης και γενωμική παραλλαγές [24-26]. Εδώ συγκρίναμε την έκφραση γονιδίων των ασθενών με καρκίνο με τρία είδη των μοντέλων: PDX, καρκινικές κυτταρικές σειρές, και άλλους ασθενείς με ίδιους καρκίνους. Εμείς επικεντρώθηκε σε μεγάλο καρκίνους έντερο, το ήπαρ και το πάγκρεας που είχε διαθέσιμα δεδομένα έκφρασης (S3 πίνακα). SRCCs μεταξύ ασθενών με καρκίνο (F0) και τα δείγματα σε διαφορετικά μοντέλα υπολογίστηκαν για να πάρει την πιο παρόμοιο δείγμα με μέγιστο SRCC. Οι Boxplots του SRCCs φαίνεται στο Σχ 4. Οι ασθενείς με καρκίνο είναι περισσότερο παρόμοια με τον εαυτό προέρχεται ξενομοσχεύματα σε όλα τα σύνολα δεδομένων. Τα αποτελέσματα από άλλες δύο είδη των μοντέλων δεν είναι συνεπείς. Οι ασθενείς σε GSE35144 έχουν υψηλότερη SRCC σε σύγκριση με καρκινικές κυτταρικές σειρές, ενώ οι ασθενείς σε GSE55828 έχουν υψηλότερες SRCC σε σύγκριση με άλλους ασθενείς πρωτοπαθή καρκίνο (Σχήμα 4). Αυτό αντανακλά τον περιορισμό του τρέχοντος πίνακα κυτταρική σειρά και πρωτογενείς όγκων σύνολο δεδομένων, όπως η απώλεια της μικροπεριβάλλον, ελλιπής εκπροσώπηση της πολυμορφίας των όγκων. Ως εκ τούτου, οι ποντικοί ξενομοσχεύματα κατασκευαστεί από την αρχική ασθενείς παρουσιάζουν καλύτερα τα χαρακτηριστικά των όγκων και τα ποντίκια PDX είναι καλύτερα μοντέλα καρκίνου από κυτταρικές σειρές.

Ο Υ-άξονας είναι η μέγιστη συντελεστής συσχέτισης των προφίλ γονιδιακής έκφρασης μεταξύ F0 και μοντέλων καρκίνου.

Η

Επίδραση αλλαγών έκφρασης σε απάντηση των ναρκωτικών

Ένα από τα πιο σημαντικές εφαρμογές της PDX είναι προσωπική επιλογή του φαρμάκου για τους ασθενείς με καρκίνο. Παρά το γεγονός ότι PDX είναι πολύ παρόμοια με τη βιοψία του ασθενούς, εξακολουθεί να είναι απαραίτητο να κατανοήσουν την επίδραση των μικρή αλλαγή έκφρασης (μεταξύ ασθενούς και PDX) την ευαισθησία των ναρκωτικών. Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν δεδομένα απόκρισης του φαρμάκου από τους δύο ασθενείς και PDXs στον δημόσιο τομέα, έχουμε ως εκ τούτου δημιουργούνται πολλαπλές προσομοιωμένα σύνολα δεδομένων από τα στοιχεία GDSC και χρησιμοποίησε ένα υπολογιστικό μοντέλο για την πρόβλεψη της ευαισθησίας της σισπλατίνης (τιμή IC50). SRCCs μεταξύ των δεδομένων έκφρασης προσομοίωση και πραγματική χρησιμοποιήθηκαν για τη μέτρηση της αλλαγής της έκφρασης, προσομοιώνοντας την αλλαγή από βιοψία του όγκου σε PDX. Η σχετική «SRCC_IC50″ χρησιμοποιήθηκε για να μετρηθεί η επίδραση της μεταβολής της έκφρασης σε ευαισθησία φαρμάκου (βλέποντας τμήμα μέθοδος για λεπτομερή περιγραφή). Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης που απεικονίζεται στο Σχήμα 5. Γενικά, τα μεγαλύτερα αλλαγή έκφρασης θα οδηγήσει σε μείωση της συνέπειας στην απόκριση του φαρμάκου. Όταν ο συσχετισμός μεταξύ της έκφρασης του ασθενούς και PDX μειώνεται από 1 να 0,82, η μέση συσχέτιση της ευαισθησίας φαρμάκου μειώνεται 8% (από 1 έως 0.92) όσο. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η διάμεση τιμή SRCC του «VS. ανθρώπινου όγκου ξενομόσχευμα «είναι 0,94. Η αντίστοιχη ομοιότητα με τις απαντήσεις των ναρκωτικών είναι 0,97, επομένως, 6% μεταβολή έκφρασης PDX αποτελέσματα στο 3% διαφορά στην ευαισθησία των ναρκωτικών. Λόγω της πολυπλοκότητας της απόκρισης του φαρμάκου, οι ακριβείς αριθμοί στα αποτελέσματα της προσομοίωσης μπορεί να διαφέρουν ελαφρώς από την πραγματικότητα, ενώ η τάση πρέπει να είναι ίδια μεταξύ προσομοίωσης και πραγματικότητας. Ως εκ τούτου, η ευαισθησία των ναρκωτικών πήρε από PDX σε κάποιο βαθμό ανακεφαλαιώνει την πραγματική ευαισθησία φαρμάκου σε όγκο ασθενών.

SRCC μεταξύ προσομοιωμένων και πραγματικών δεδομένων που έκφραση χρησιμοποιείται για να μετρήσει την αλλαγή της έκφρασης. IC50 της προσομοιωμένης σύνολα δεδομένων είχαν προβλεφθεί από ένα μοντέλο κορυφογραμμή παλινδρόμησης. Η σχετική «SRCC_IC50» για την προσομοίωση σύνολα δεδομένων χρησιμοποιήθηκαν για να μετρηθεί η επίδραση της μεταβολής της έκφρασης στην ευαισθησία των ναρκωτικών.

Η

Συζήτηση και Συμπεράσματα

ασθενή με καρκίνο έχουν αποκομίσει ξενομοσχευμάτων μελετηθεί ευρέως στην κλινική του καρκίνου βιολογία, λόγω πολύτιμη εφαρμογή του στην αξιολόγηση αντικαρκινικών φαρμάκων και στην προσωπική ιατρική. Προηγούμενες μελέτες εστιάζουν στις μεθόδους με επιτυχία την οικοδόμηση PDXs και τη βελτίωση ποσοστό μεταμόσχευσης. Κάποια εργασία σε σύγκριση με τη μορφολογική και μοριακή χαρακτηριστικό των όγκων των ασθενών και xegnorafts το ποντίκι, και απέδειξε ότι PDX διατηρούνται τα χαρακτηριστικά του όγκου του ασθενούς. Ωστόσο, τέτοιου είδους συμπεράσματα ελήφθησαν από ένα συγκεκριμένο τύπο καρκίνου και μια μικρή ποσότητα ξενομοσχευμάτων ποντικού. Συσσωρευμένα δεδομένα έκφρασης PDX επιτρέπει πιο αναλυτική σύγκριση ξενομοσχευμένου όγκων με πρωτοπαθείς όγκους ασθενών

Πραγματοποιήσαμε μια μετα-ανάλυση των PDX μεταγραφικό, που καλύπτουν 8 τύπους καρκίνου, 58 ασθενείς με καρκίνο, 48 από νωρίς. (& Lt? = 3) PDXs , 36 μακρινό PDXs και 19 PDXs με άγνωστα περάσματα. Τα αποτελέσματα μας επιβεβαίωσαν ότι PDX ήταν πολύ παρόμοια με όγκους ασθενών (διάμεση SRCC = 0,94), και η ομοιότητα τους ήταν υψηλότερη από την ομοιότητα με κυτταρικές γραμμές ή άλλους ασθενείς με τον ίδιο τύπο καρκίνου. αλλαγή Έκφραση PDX κυρίως σημειώθηκε στην εξέλιξη ενοφθαλμισμό ανθρώπινων όγκων σε ποντίκια. Τα συνδυάζοντας transcriptomic αποτελέσματα εντοπίστηκαν 48 γονίδια που άλλαξαν σε περισσότερες από ασθενείς μισό καρκίνο με διάφορους τύπους καρκίνου. Αυτά τα γονίδια συμμετέχουν σε μικροπεριβάλλον του όγκου και ανοσοαπόκριση. Μια μελέτη προσομοίωσης έδειξε ότι το 6% μεταβολή της έκφρασης στην PDX συνοδεύτηκε από 3% διαφορά στην ευαισθησία των ναρκωτικών. Λόγω της πολυπλοκότητας της απόκρισης του φαρμάκου στην πραγματικότητα, οι ακριβείς αριθμοί στα αποτελέσματα της προσομοίωσης μπορεί να είναι ανακριβής σε πραγματική απάντηση ναρκωτικών. Ωστόσο, η τάση αυτή θα πρέπει να είναι ίδια μεταξύ προσομοίωσης και πραγματικότητας: μεγαλύτερη αλλαγή στο επίπεδο της έκφρασης θα οδηγήσει σε μείωση της συνέπειας στην αντιμετώπιση των ναρκωτικών

μοντέλο ζώων είναι παρόμοια με την ανθρώπινη κατάσταση, αλλά δεν είναι ακριβώς ίδια.. Παρά το γεγονός ότι το ζωικό μοντέλο μπορεί να έχει κάποιους περιορισμούς λόγω της έκφρασης ή ρύθμιση διαφορά μεταξύ ζώων και ανθρώπων, πειράματα σε ζώα έχουν ευρέως χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει την κατανόηση της ανθρώπινης βιολογίας. Ως εκ τούτου, έχουμε αποδείξει ότι PDXs είναι μέχρι στιγμής το καλύτερο μοντέλο και την ποιότητα έλεγχο του καρκίνου είναι απαραίτητη κατά τη διάρκεια της μεταμόσχευσης και πάνω από τα επόμενα χωρία: την παρακολούθηση της ομοιότητας έκφρασης μεταξύ PDX και όγκου του ασθενούς, τον έλεγχο της αλλαγής των βιολογικά σημαντικών γονιδίων, et al. Τα ευρήματά μας είναι χρήσιμα για την ανάπτυξη και την εφαρμογή μοντέλων PDX.

Επί του παρόντος, μικροσυστοιχιών γονιδιακής έκφρασης είναι η κύρια τεχνολογία που χρησιμοποιείται στη μελέτη PDX. Στο μέλλον, άλλες τεχνολογίες θα είναι πιο συχνά χρησιμοποιούνται για την κατασκευή του πλήρους μοριακό προφίλ του PDX, όπως ο προσδιορισμός αλληλουχίας RNA, συστοιχία SNP, ολόκληρο το γονιδίωμα-/αλληλούχιση εξόνιο, και αλληλούχιση μεθυλίωση. Αυτές οι πληροφορίες θα επεξηγήσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τα χαρακτηριστικά του PDX όπως μόλυνση ποντικού σε PDX όγκου, PDX-ειδικών μεταλλάξεων και υποκλώνους λόγω ετερογένεια του όγκου. Όλο και περισσότερα μοντέλα PDX θα συσσωρευτεί και μια μεγάλη βάση δεδομένων «ευαισθησία PDX-φάρμακο» θα κατασκευαστεί. Οι γιατροί θα μπορούσε να επιλέξει κατάλληλα φάρμακα για τους ασθενείς με καρκίνο με βάση τα δεδομένα απόκρισης φαρμάκου από αυτο-προερχόμενα PDX ή παρόμοια PDXs στη βάση δεδομένων. Μελέτες PDX θα προωθήσει την εξατομικευμένη θεραπεία του καρκίνου και νέα ανακάλυψη φαρμάκων σε ένα υψηλότερο επίπεδο.

Υποστήριξη Πληροφορίες

S1 Εικ. Κοινό διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων σε ποντίκια PDX.

(Α) Venn διάγραμμα των γονιδίων. Κάθε φορά που αφαιρείται ένα σύνολο δεδομένων, καθώς και επιλεγμένα των κοινών διαφορικών γονίδια από τα υπόλοιπα τέσσερα σύνολα δεδομένων. (Β) Επικάλυψη των γονιδίων όταν χρησιμοποιούν όλα τα σύνολα δεδομένων ή την αφαίρεση GSE35144

doi:. 10.1371 /journal.pone.0124780.s001

(ΔΕΘ)

S2 Εικ. Έκφραση θερμικός χάρτης της κοινής διαφορικά εκφρασμένων γονιδίων σε ποντίκια PDX.

Gene επιλέχθηκαν από Α) με πέντε σύνολα δεδομένων, β) την απομάκρυνση GSE15240, Γ) αφαίρεση GSE46385, D) αφαίρεση GSE35144, Ε) αφαίρεση GSE55828, και ΣΤ) αφαίρεση GSE57491.

doi: 10.1371 /journal.pone.0124780.s002

(ΔΕΘ)

S1 πίνακα. Διαφορικά εκφραζόμενα γονίδια σε «VS. ανθρώπινου όγκου ξενομόσχευμα «και» VS. ξενομόσχευμα ξενομόσχευμα «συγκρίσεις

doi:. 10.1371 /journal.pone.0124780.s003

(XLS)

S2 πίνακα. Ένας κατάλογος των 48 γονιδίων που εκφράζονται διαφορικά σε περισσότερα από τα μισά «VS. ανθρώπινου όγκου ξενομόσχευμα «. ζεύγη

αλληλεπιδρώντων φαρμάκων και ναρκωτικών-στόχοι λήφθηκαν από DrugBank και» cancerresource «βάσεις δεδομένων

doi:. 10.1371 /journal.pone.0124780.s004

(XLSX)

S3 πίνακα. Τρία είδη καρκίνων που έχουν τα δεδομένα έκφρασης PDX στη βάση δεδομένων GEO, περισσότερα από 7 κυτταρικές σειρές σε GDSC σύνολο δεδομένων, και περισσότερο από 7 δείγματα όγκου σε GSE2109

doi:. 10.1371 /journal.pone.0124780.s005

(XLSX )

Ευχαριστίες

Σας ευχαριστούμε για την κριτική ανάγνωση και πολύτιμα σχόλια από τον Δρ Chao Li.