научная статья по теме АНАЛИЗ ТКАНЕСПЕЦИФИЧЕСКИХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО МЕТИЛИРОВАННЫХ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО ЭКСПРЕССИРУЮЩИХСЯ ГЕНОВ ПРИ НЕМЕЛКОКЛЕТОЧНОМ РАКЕ ЛЕГКОГО Биология

Текст научной статьи на тему «АНАЛИЗ ТКАНЕСПЕЦИФИЧЕСКИХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО МЕТИЛИРОВАННЫХ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО ЭКСПРЕССИРУЮЩИХСЯ ГЕНОВ ПРИ НЕМЕЛКОКЛЕТОЧНОМ РАКЕ ЛЕГКОГО»

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2014, том 48, № 5, с. 797-804

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ

УДК 577.218

АНАЛИЗ ТКАНЕСПЕЦИФИЧЕСКИХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО МЕТИЛИРОВАННЫХ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО

ЭКСПРЕССИРУЮЩИХСЯ ГЕНОВ ПРИ НЕМЕЛКОКЛЕТОЧНОМ РАКЕ ЛЕГКОГО*

© 2014 г. L.-G. Yin1f, Z.-Q. Zou2^, H.-Y. Zhao3, C.-L. Zhang4, J.-G. Shen5,

L. Qi5, M. Qi6, Z.-Q. Xue7*

department of Thoracic Surgery, Jinan Central Hospital affiliated to Shandong University, Jinan, Shandong Province, China, 250013 2Department of Thoracic Surgery, General Hospital of Jinan Military Command, Jinan, Shandong Province, China, 250031 3Department of Pediatrics, Jinan Central Hospital affiliated to Shandong University, Jinan, Shandong Province, China, 250013

4Department of Cardiovascular Surgery, Jinan Central Hospital affiliated to Shandong University, Jinan, Shandong Province, China, 250013 5Department of Emergency, Jinan Central Hospital affiliated to Shandong University, Jinan, Shandong Province, China, 250013 6Department of Digestive System, Jinan Central Hospital affiliated to Shandong University,

Jinan, Shandong Province, China, 250013 7Department of Thoracic Surgery, Chinese PLA General Hospital, Beijing, China, 100853

Поступила в редакцию 28.02.2014 г. Принята к печати 02.04.2014 г.

Аденокарцинома и плоскоклеточный рак — два подтипа немелкоклеточного рака легкого, которые относятся к наиболее распространенным видам злокачественных опухолей и вносят большой вклад в структуру смертности от онкологических заболеваний. Цель настоящей работы состояла в выявлении локусов и генов, дифференциально метилируемых (DML и DMG соответственно) в опухолях этих двух типов, и в определении различий в уровне экспрессии метилируемых генов. Используя базу данных TCGA и чипы Illumina Human Methylation 27, мы провели скрининг DMG и DML в образцах опухолей, а затем оценили связь гиперметилированных и гипометилированных генов с различными биологическими процессами, представленными в каталогах базы данных Gene Ontology (GO). Показано, что интенсивному гиперметилированию подвергаются CpG-островки, тогда как гипометилирование происходит вне CpG-островков. Большинство генов, гиперметилированных в аденокарциномах и при плоскоклеточном раке легкого, участвуют в ДНК-зависимой регуляции транскрипции, а гипометилированные гены вовлечены преимущественно в иммунные процессы. Кроме того, выявлены различия в уровнях экспрессии специфических генов, дифференциально метилируемых в аденокарциномах и плоскоклеточном раке легкого. Сделан вывод, что обнаруженные различия в статусе метилирования генов в аденокарци-номе и плоскоклеточном раке легкого могут играть важную роль в канцерогенезе.

Ключевые слова: аденокарцинома легкого, плоскоклеточный рак легкого, гиперметилирование, гипометилирование.

ANALYSIS OF TISSUE-SPECIFIC DIFFERENTIALLY METHYLATED GENES WITH DIFFERENTIAL GENE EXPRESSION IN NON-SMALL CELL LUNG CANCER, by L.-G. Yin1f, Z.-Q. Zou2f, H.-Y. Zhao3, C.-L. Zhang4, J.-G. Shen5, L. Qi5, M. Qi6, Z.-Q. Xue7* ^Department of Thoracic Surgery, Jinan Central Hospital affiliated to Shandong University, Jinan, Shandong Province, China, 250013, *e-mail: xzhiqiangue@hotmail.com; 2Department of Thoracic Surgery, General Hospital of Jinan Military Command, Jinan, Shandong Province, China, 250031; 3Department of Pediatrics, Jinan Central Hospital affiliated to Shandong University, Jinan, Shandong Province, China, 250 013; 4Department of Cardiovascular Surgery, Jinan Central Hospital affiliated to Shandong University, Jinan, Shandong Province, China, 250013; 5Department of Emergency, Jinan Central Hospital affiliated to Shandong University, Jinan, Shandong Prov-

# Статья представлена на английском языке.

^ Yin L.-G. и Zou Z.-Q. внесли равный вклад в выполнение данной работы.

* Эл. почта: xzhiqiangue@hotmail.com

798 YIN h gp.

ince, China, 250 013; 6Department of Digestive System, Jinan Central Hospital affiliated to Shandong University, Jinan, Shandong Province, China, 250013; 7Department of Thoracic Surgery, Chinese PLA General Hospital, Beijing, China, 100853). Adenocarcinoma (ADC) and squamous cell carcinomas (SCC) are two subtypes of non-small cell lung carcinomas which are regarded as the leading cause of cancer-related malignancy worldwide. The aim of this study is to detect the differentially methylated loci (DMLs) and differentially methylated genes (DMGs) of these two tumor sets, and then to illustrate the different expression level of specific methylated genes. Using TCGA database and Illumina HumanMethylation 27 arrays, we first screened the DMGs and DMLs in tumor samples. Then, we explored the Biological Process terms of hypermethylated and hypom-ethylated genes using Functional Gene Ontology (GO) catalogues. Hypermethylation intensively occurred in CpG-island, whereas hypomethylation was located in non-CpG-island. Most sCc and ADC hypermethylated genes involved GO function of DNA dependent regulation of transcription, and hypomethylated genes mainly enriched in the term of immune responses. Additionally, the expression level of specific differentially methylated genesis distinct between ADC and SCC. It is concluded that ADC and SCC have different methylated status that might play an important role in carcinogenesis.

Keywords: adenocarcinoma, squamous cell lung carcinomas, hypermethylation, hypomethylation.

DOI: 10.7868/S0026898414050188

Рак легкого занимает основное место в мировой структуре смертности от онкологических заболеваний. Аденокарцинома (ADC) и плоскоклеточный рак (SCC) — два главных подтипа немел-коклеточного рака легкого (NSCLC), составляют примерно 70% всех случаев этого заболевания. Гистологически ADC локализуется скорее на периферии легкого, а SCC — преимущественно в бронхах вблизи ворот легкого с возможной ассоциацией с трахеей [1]. Несмотря на то, что причины, вызывающие рак легкого, в большинстве случаев известны, заболевание трудно диагностировать на ранних стадиях, оно плохо поддается лечению, и далеко не все известно о молекулярных механизмах, приводящих к канцерогенезу легкого [2]. Наряду с генетическими факторами, такими как нарушения копийности хромосом [3—5] и мутации в онкогенах и генах-супрессорах [5—8], частой причиной инактивации генов-су-прессоров опухолевого роста при канцерогенезе легкого считают также изменение характера метилирования ДНК [5, 9, 10].

Метилирование динуклеотидов GpC в 5'-про-моторных участках генов млекопитающих обычно коррелирует с экспрессией генов, поскольку влияет на структуру хроматина. При раке легкого метилированию подвергаются такие гены, как CDKN2A, RASSF1A, RARр, MGMT, DAPK, TIMP3, APC, в CpG-островках [11—13]. Однако частота их метилирования сильно различается и зависит от гистологической структуры опухолей. Обнаружено, что ген OTX1 специфически метилирован в 20 из 20 (100%) образцов SCC [14], а частота метилирования BLUи RARp в ADC (45.7 и 60.9%) выше, чем в SCC (26 и 51%) и крупноклеточном раке легкого (31.5 и 37%) [15]. Стоить отметить, что такие сильно метилированные гены, служащие биологическими маркерами, применяются в ранней клинической диагностике разных типов рака

легкого. Однако локусы и гены, дифференциально метилированные в нормальных тканях и в ADC и SCC, остаются мало изученными. В частности, не определен уровень экспрессии генов, специфически метилированных в опухолях легкого.

Стратегия нашего исследования была основана на прямом сравнении опухолевых образцов с образцами нормальной ткани и образцов ADC легкого с образцами SCC. В ходе анализа мы сначала сконцентрировали усилия на идентификации дифференциально метилируемых локусов (DML) и генов (DMG) в выборках ADC и SCC. Затем мы проанализировали функции метилированных генов в категориях Gene Ontology (GO) и уровни экспрессии генов, специфически метилированных при раке, для выяснения возможной роли метилирования ДНК в регуляции этих DMG.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Источник данных. Профили метилирования промоторов в образцах ADC и SCC получены из общедоступной базы данных TCGA (Cancer Genome Atlashttp://cancergenome.nih.gov/). Все образцы рака легкого получены из хирургического материала больных до проведения химиотерапии. В результате анализа были отобраны образцы ADC и SCC, содержащие более 80% опухолевых клеток [16]. Серийные эффекты (batch effect) могли быть связаны с представленными в базе TCGA результатами анализа разных серий образцов или образцов, полученных из разных коллекционных центров [17]. Поэтому мы отобрали 17 нормальных образцов и 17 из 58-й серии ADC, а также 27 нормальных образцов и 27 из 39-й cерии SCC, чтобы исключить эффект усреднения [7]. Данные третьего уровня из базы данных TCGA использовали для измерения в каждой пробе значений U (неме-

АНАЛИЗ ТКАНЕСПЕЦИФИЧЕСКИХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО МЕТИЛИРОВАННЫХ 799

тилированные) и M (метилированные). Метилирование ДНК в каждом сайте CpG вычисляли как величину Beta = max(M, 0)/(|U + |M| + 100), рассчитанную из средних значений интенсивности сигналов M и U каждого образца [18]. Отсутствие значения означает, что в данной пробе отличия от фоновых значений статистически незначимы (p > 0.05). Данные метилирования получены с использованием чипов Illumina HumanMethylation27, содержащих 27578 CpG-локусов и 1449 ассоциированных с ними генов (Платформа ID: GPL8490).

Данные об экспрессии генов в опухолях легкого человека взяты из работы [19]. Геномный чип U95A GeneChip (Affymetrix, Santa Clara, CA), который содержит 21 образец SCC, 123 ADC и 17 образцов нормальной ткани легкого, использовали для картирования генов, дифференциально экс-прессирующихся в тканях легкого, согласно стандартным протоколам [20].

Скрининг DMG и дифференциально экспресси-рующихся генов (DEG). С целью определения CpG-сайтов, дифференциально метилируемых в ADC и SCC, для каждого набора данных применяли парный Т-тест. В обеих группах, что более важно, ожидаемую долю ложных отклонений величины p контролировали методом Бенджами-ни—Хохберга (BH) (FDR < 0.05). При этом средние значения различий (differ-Beta) в нормальных и опухолевых образца

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком