Αφηρημένο

Ιστορικό

Το πρόβλημα της εξέλιξης του καρκίνου του προστάτη σε ανεξαρτησία από ανδρογόνα έχει μελετηθεί εκτεταμένα. Αρκετές μελέτες αναλύθηκαν συστηματικά προφίλ γονιδιακής έκφρασης στο πλαίσιο των βιολογικών δικτύων και τις οδούς, αποκαλύπτοντας νέες πτυχές του καρκίνου του προστάτη. Παρά τις σημαντικές ερευνητικές προσπάθειες, οι μηχανισμοί που διέπουν την εξέλιξη του όγκου είναι ελάχιστα κατανοητή. Εφαρμόσαμε μια νέα προσέγγιση για την ανακατασκευή ολόκληρου του συστήματος μοριακά γεγονότα μετά από διέγερση των καρκινικών κυττάρων LNCaP του προστάτη με συνθετικό ανδρογόνο και να εντοπίσει πιθανούς μηχανισμούς των ανδρογόνων-ανεξάρτητη εξέλιξη του καρκίνου του προστάτη.

Μεθοδολογία /Κύρια Ευρήματα

Έχουμε πραγματοποιηθεί ταυτόχρονη μέτρηση της γονιδιακής έκφρασης και τα επίπεδα της πρωτεΐνης μετά τη θεραπεία με τη χρήση μικροσυστοιχιών και πρωτεωμικής iTRAQ. Σετ up-ρυθμιζόμενων γονιδίων και πρωτεϊνών αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας νέα έννοια μας «τοπολογική σημασία». Αυτή η μέθοδος συνδυάζει μοριακά δεδομένα υψηλής απόδοσης με το παγκόσμιο δίκτυο αλληλεπιδράσεων πρωτεΐνης για τον εντοπισμό κόμβους οι οποίες καταλαμβάνουν σημαντικές θέσεις του δικτύου σε σχέση με διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων ή πρωτεϊνών. Η ανάλυσή μας εντοπιστεί το δίκτυο της ρύθμισης παράγοντα ανάπτυξης του κυτταρικού κύκλου, όπως η κύρια μονάδα απόκρισης για θεραπεία ανδρογόνων σε LNCaP κύτταρα. Δείχνουμε ότι η πλειοψηφία των κόμβων στο δίκτυο αυτό σηματοδότησης καταλαμβάνουν σημαντικές θέσεις σε σχέση με την έκφραση που παρατηρείται γονιδίου και πρωτεομική προφίλ που προκαλείται από ανδρογόνα ερέθισμα. Τα αποτελέσματά μας υποδεικνύουν περαιτέρω ότι η σηματοδότηση του αυξητικού παράγοντα αποτελεί πιθανώς μια απάντηση «δεύτερη φάση», δεν εξαρτάται άμεσα από το αρχικό ερέθισμα ανδρογόνων.

Συμπεράσματα /Σημασία

Καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι σε κύτταρα καρκίνου του προστάτη η πολλαπλασιαστική σήματα είναι πιθανόν να μεταδοθεί από πολλαπλούς υποδοχείς αυξητικού παράγοντα από ένα πλήθος οδών συγκλίνουν σε διάφορους βασικούς ρυθμιστές του πολλαπλασιασμού των κυττάρων όπως c-myc, κυκλίνη D και CREB1 σηματοδότησης. Επιπλέον, αυτές οι οδοί δεν είναι μεμονωμένα αλλά αποτελούν ένα διασυνδεδεμένο δίκτυο ενότητα που περιέχει πολλές εναλλακτικές διαδρομές από τις εισόδους σε εξόδους. Αν το σύνολο του δικτύου εμπλέκεται, ένα ακριβώς διατυπώθηκε συνδυαστική θεραπεία μπορεί να απαιτηθεί για την καταπολέμηση της αύξησης του όγκου αποτελεσματικά

Παράθεση:. Vellaichamy Α, Dezső Ζ, JeBailey L, Chinnaiyan AM, Sreekumar Α, Nesvizhskii AI, κ.ά. . (2010) «Τοπολογική Σημασία« Ανάλυση της γονιδιακής έκφρασης και πρωτεομικής προφίλ από τα κύτταρα του καρκίνου του προστάτη αποκαλύπτει βασικούς μηχανισμούς των ανδρογόνων Response. PLoS ONE 5 (6): e10936. doi: 10.1371 /journal.pone.0010936

Επιμέλεια: Patrick Tan, Δούκας-NUS Πτυχιούχος Ιατρικής Σχολής, Σιγκαπούρη

Ελήφθη: 13, Νοεμ, 2009? Αποδεκτές: 6η, Μαΐου 2010? Δημοσιεύθηκε: 3, Ιουνίου του 2010

Copyright: © 2010 Vellaichamy 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 εν μέρει από το Μίσιγκαν πρωτεομικής Συμμαχία για την Έρευνα του Καρκίνου από το Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας (NIH) CA134175-01 επιχορήγηση, να χορηγούν R01CA126239 και από GeneGo, Inc. Οι χρηματοδότες δεν είχε κανένα ρόλο στο σχεδιασμό της μελέτης, τη συλλογή και ανάλυση των δεδομένων, απόφαση για τη δημοσίευση ή την προετοιμασία του χειρογράφου

Αντικρουόμενα συμφέροντα:. Andrej Bugrim, Zoltan Dezso και Lellean JeBailey είναι υπάλληλοι της GeneGo, Inc η οποία έχει χρηματοδοτήσει εν μέρει αυτή τη μελέτη. Οι συγγραφείς επιβεβαιώνουν ότι το γεγονός αυτό δεν μεταβάλλει την προσκόλλησή τους σε όλες τις PLoS ONE πολιτικές για την ανταλλαγή δεδομένων και υλικών.

Εισαγωγή

Ο καρκίνος του προστάτη είναι ένα από τα πιο συχνά διαγιγνώσκονται καρκίνοι και η δεύτερη κύρια αιτία θανάτου από καρκίνο σχετίζονται με Αμερικανούς άνδρες Βόρεια [1]. Ενώ ανδρογόνων θεραπεία απόσυρσης είναι συχνά αποτελεσματική αρχικά, οι περισσότερες περιπτώσεις να εξελιχθεί σε πολύ πιο επιθετική ανδρογόνων-ανεξάρτητο φαινότυπο. Παρά τις σημαντικές ερευνητικές προσπάθειες, οι μηχανισμοί που διέπουν την εξέλιξη του όγκου είναι ελάχιστα κατανοητή. Οι ρόλοι για πολλά μονοπάτια σηματοδότησης έχουν συσταθεί, αλλά όχι μια συστημική εικόνα. Για παράδειγμα, σηματοδότηση του IGF έχει ενοχοποιηθεί για την πρόοδο από ανδρογόνο-εξαρτώμενη για ανδρογόνο ανεξάρτητα κράτη [2], αλλά επίσης έχει αποδειχθεί ότι καταστέλλει AR trans-ενεργοποίηση μέσω FoxO1 και έτσι έχουν ανασταλτικά αποτελέσματα επί της ανάπτυξης των καρκινικών κυττάρων του προστάτη [ ,,,0],3], EGF αναφέρθηκε ότι μιμούνται τη δράση του ανδρογόνου στην έκφραση γονιδίων και ανεξάρτητα διεγείρουν την ανάπτυξη των εξαρτώμενων από ανδρογόνα καρκίνου του προστάτη κύτταρα [4]. Άλλες μελέτες έχουν προσκομίσει αποδείξεις αλληλεπίδραση μεταξύ ανδρογόνων σηματοδότησης και TGF-β [5], [6], FGF [7], [8] και VEGF [9].

Το μεγαλύτερο μέρος της έρευνας που αναφέρεται παραπάνω έχει υπόθεση με γνώμονα όχι τα δεδομένα με γνώμονα. Υπόθεση διατύπωση είναι επιρρεπείς σε προκατάληψη λόγω των προτιμήσεων ανακριτές »και τις τρέχουσες τάσεις της έρευνας σχετικά με το τι γίνεται αντιληπτό ως« ενδιαφέρουσα ». Μια συμπληρωματική προσέγγιση που βασίζονται σε δεδομένα με τη χρήση υψηλής απόδοσης μοριακό προφίλ και προηγμένους αλγόριθμους για την ανάλυση των δεδομένων θα μπορούσε να ενισχύσει την κατανόηση από τις πολλές κυτταρικές διεργασίες που αποτελούν τη βάση της εξέλιξης του καρκίνου του προστάτη στο στάδιο ανδρογόνων-ανεξάρτητη και θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για νέες θεραπείες και να επιτευχθεί μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα από την καλύτερη σκηνοθεσία χρήση των υφιστάμενων θεραπειών.

Γονιδίωμα-ευρύ έκφρασης προφίλ καταφύγιο έχουν εφαρμοστεί ευρέως σε πολύπλοκες ασθένειες, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου του προστάτη [4], [10], [11], [12], [13], [14]. Αρκετές πρόσφατες μελέτες επίσης αναλύονται συστηματικά προφίλ γονιδιακής έκφρασης στο πλαίσιο των βιολογικών δικτύων και τις οδούς, αποκαλύπτοντας νέες πτυχές του καρκίνου του προστάτη [15], [16], [17]. Παρά την πρόοδο αυτή, πραγματικά συστημική ανάλυση η οποία θα λαμβάνει υπόψη τόσο τη γονιδιακή έκφραση και πρωτεομική δεδομένων από το ίδιο δείγμα παραμένει ένα απατηλό στόχο. Μια κρίσιμη πρόκληση είναι να εκτελέσει ισχυρή ολοκληρωμένη ανάλυση των συνόλων δεδομένων που παράγονται από τόσο διαφορετικές μοριακές πλατφόρμες. Αυτό είναι ένα δύσκολο πρόβλημα πληροφορικής, επειδή τα δεδομένα μικροσυστοιχιών και πρωτεομική δεν μπορούσαν, στις περισσότερες περιπτώσεις, να συγκριθούν άμεσα μεταξύ τους. Για παράδειγμα, μελέτες σε ζύμη έδειξαν ότι συσχέτιση μεταξύ των επιπέδων του mRNA και οι αντίστοιχες πρωτεΐνες ανεπαρκής για να κάνει αξιόπιστες προβλέψεις για τα επίπεδα της πρωτεΐνης από τα δεδομένα γονιδιακής έκφρασης [18]. Μια πρόσφατη μελέτη των δειγμάτων καρκίνου του προστάτη έδειξε συμφωνία μεταξύ πρωτεομική και γονιδιωματική των δεδομένων που κυμαίνονται από 46% έως 68% με βάση τα «απών /παρών» κλήσεις? Ωστόσο, οι συσχετισμοί ήταν χαμηλά όταν συγκρίθηκαν τα πραγματικά επίπεδα της έκφρασης [19]. Όπως φαίνεται σε μια πρόσφατη εργασία [20], πολύ πιο εκτεταμένη ποσοτικό χαρακτηρισμό πρωτεΐνη οδηγεί σε σημαντική βελτίωση στην συσχέτιση μεταξύ των επιπέδων της πρωτεΐνης και γονιδιακής έκφρασης. Ακόμα, υπάρχουν πολλαπλές εγγενείς πηγές της ασυμφωνίας, συμπεριλαμβανομένων αποικοδόμηση του mRNA, εναλλακτικό μάτισμα, ρύθμιση μεταφραστική, μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις, και η υποβάθμιση πρωτεΐνη [21]. Αυτά δεν μπορούν να ξεπεραστούν με βελτιώσεις τεχνολογία από μόνη της και πρέπει να αντιμετωπιστούν με νέες αναλυτικές προσεγγίσεις για την ενσωμάτωση των δεδομένων. Νωρίτερα οι προσπάθειες στον τομέα αυτό χρησιμοποιούνται προκαθορισμένα σετ γονιδίων (οδών, κατηγορίες Gene Ontology) να ψάξουν για συμφωνία μεταξύ πρωτεομική και γονιδιωματική δεδομένα σε αυτό το επίπεδο [22], [23].

Πρόσφατα έχουμε αναπτύξει μια νέα υπολογιστική μεθοδολογία, η οποία μπορεί να βοηθήσει να προωθήσει ολοκληρωμένη ανάλυση των πολλαπλών τύπων δεδομένων ένα βήμα παραπέρα [24]. Η προσέγγισή μας συνδυάζει ασθένειες ή την κατάσταση ειδικές, υψηλής απόδοσης μοριακά δεδομένα με το παγκόσμιο δίκτυο των αλληλεπιδράσεων πρωτεΐνης για τον εντοπισμό των κόμβων που κατέχουν σημαντικές θέσεις του δικτύου σε σχέση με διαφορικά εκφρασμένων γονιδίων ή πρωτεϊνών στα παρουσίασε μοριακά σύνολα δεδομένων. Ακόμα και όταν υπάρχει σημαντική θόρυβος και ασυμφωνία στην ίδια τα δεδομένα, οι προβλέψεις του αλγορίθμου είναι πιθανό να συγκλίνουν σε ένα κοινό σύνολο πρωτεϊνών σηματοδότησης στις οδούς υπεύθυνες για αλλαγές στην έκφραση των γονιδίων στόχων και των πρωτεϊνών. Συχνά, η δραστηριότητα αυτών των πρωτεϊνών σηματοδότησης τροποποιείται με λεπτή μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις, σύνδεση με δεύτερους αγγελιαφόρους, ή την πρόσληψη σε ένα συγκεκριμένο υπο-κυτταρική τοπικής ρύθμισης. Αυτά τα γεγονότα δεν αντικατοπτρίζονται ρητά στο αντίστοιχο μοριακό προφίλ? ως εκ τούτου, παραμένουν «κρυφό» από τις τυπικές μοριακές αναλύσεις. Η μεθοδολογία μας είναι σε θέση να βρείτε πολλά τέτοια «κρυμμένα» πρωτεΐνες προσδιορίζοντας σύνολα ενδέχεται κατάντη τους στόχους και την αξιολόγηση εμπλουτισμός των συνόλων από διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων ή πρωτεϊνών. Καλούμε αυτή τη διαδικασία «τοπολογική βαθμολογίας» (ανατρέξτε στην ενότητα για περισσότερες λεπτομέρειες «Μέθοδοι»).

Σε προηγούμενη εργασία μας αυτή η μέθοδος δοκιμάστηκε σε ένα σύνολο δεδομένων γονιδιακής έκφρασης μικροσυστοιχιών από ψωριασική ασθενείς όπου ήταν σε θέση να προσδιορίσει σωστά πολλές βασικές ρυθμιστικές πρωτεΐνες των οποίων η σχέση με την ασθένεια επιβεβαιώνεται από ανεξάρτητες μελέτες [24]. Στην παρούσα μελέτη έχουμε εφαρμόσει την προσέγγιση τοπολογικές βαθμολόγησης για τη διερεύνηση της απόκρισης του LNCap κυττάρων καρκίνου του προστάτη σε θεραπεία με συνθετικό ανδρογόνο (R1881), ως ένα καλά μελετημένο σύστημα μοντέλο για την εξέλιξη καρκίνου του προστάτη. Πήραμε μια προσέγγιση που βασίζονται σε δεδομένα, χωρίς να έχει καμία προκατάληψη υπόθεση σχετικά με κυτταρικές διεργασίες που ενεργοποιούνται από ανδρογόνων σε αυτά τα κύτταρα. Έχουμε συλλέγονται και αναλύονται τόσο γονιδιακής έκφρασης και πρωτεομική δεδομένα προκειμένου να διασταυρούμενη επικύρωση προβλέψεις βασίζονται σε διαφορετικούς τύπους των δεδομένων και να αξιολογήσει τη χρησιμότητα αυτής της προσέγγισης για την ολοκληρωμένη ανάλυση των δεδομένων.

Αποτελέσματα

Γονίδια και πρωτεΐνες που επηρεάζονται από ανδρογόνα επεξεργασία προσδιορίζονται από μικροσυστοιχιών και πρωτεΐνες φασματομετρία μάζας

για να ανακρίνουν τον ρόλο των ανδρογόνων στον καρκίνο του προστάτη, ο καρκίνος του προστάτη κυτταρική σειρά ανδρογόνο-απόκρισης LNCaP υποβλήθηκε σε επεξεργασία με συνθετικό ανδρογόνο R1881 (βλέπε » ενότητα μέθοδοι «για λεπτομέρειες). LNCaP κύτταρα κατεργασμένα με ανδρογόνο έδειξαν αυξημένη κυτταρικό πολλαπλασιασμό ενώ τα κύτταρα ελέγχου σταματήσει να αυξάνεται στην ανδρογόνων εξαντλημένο μέσο. Χρησιμοποιώντας στατιστική ανάλυση των δεδομένων γονιδιακής έκφρασης έχουμε εντοπίσει 347 και 257 γονίδια που ήταν πάνω και κάτω ρυθμίζονται, αντίστοιχα, σε κατεργασμένα έναντι μη επεξεργασμένα κύτταρα (FDR≤1%) (Πίνακας S1). Τα ρυθμισμένα προς τα πάνω γονίδια που περιλαμβάνονται γνωστά γονίδια προκαλούνται από τα ανδρογόνα, όπως η καλλικρεΐνη 3 (

KLK3

? Aka

PSA

), πρωτεΐνη δέσμευσης FK506 5 (FKBP5), Ν-myc κατάντη ρυθμίζονται 1 (NDRG1 ) και συνθάσης λιπαρού οξέος (FASN). Χρησιμοποιώντας iTRAQ 2DLC-MS /MS με βάση πρωτεομική χαρακτηριστικών των ανδρογόνων επεξεργασμένου εναντίον μη επεξεργασμένα κύτταρα LNCap, έχουμε εντοπίσει 70 και 39 πρωτεΐνες που ήταν αυξημένα ή προς τα κάτω ρυθμισμένα, αντίστοιχα, σε κατεργασμένα κύτταρα σε σύγκριση με τα μη επεξεργασμένα κύτταρα (Πίνακας S1) ( οι λεπτομέρειες της φασματομετρίας μάζας και στατιστικές αναλύσεις που περιγράφονται στο [25]). Τα προϊόντα ανδρογόνο ρυθμιζόμενη πρωτεΐνη συνόλου δεδομένων που περιλαμβάνονται γονίδιο για τις γνωστές up-ρυθμιζόμενα γονίδια που αναφέρθηκαν παραπάνω, καθώς επίσης και αρκετές άλλες πρωτεΐνες προηγουμένως γνωστές και άγνωστες να ρυθμίζεται από ανδρογόνο. Σετ up-ρυθμιζόμενων γονιδίων και πρωτεϊνών έχουν 13 κοινά μέλη που είναι ~ 17% του μικρότερου συνόλου. Για τα γονίδια και πρωτεΐνες κάτω-ρυθμίζονται το επίπεδο της αντιστοιχίας είναι περίπου 8%.

τοπολογικά σημαντική κόμβους στο παγκόσμιο δίκτυο σηματοδότησης

Για να εξακριβώσει τις πιθανολογούμενες μηχανισμών σηματοδότησης που ενεργοποιούν το γονίδιο και την έκφραση της πρωτεΐνης μετά ανδρογόνων διέγερση, έχουμε εφαρμόσει πρόσφατα ανέπτυξε την τεχνική μας τοπολογική ανάλυση σημασίας [24]. Έχουμε υποβάλει τις λίστες μέχρι ρυθμιζόμενων γονιδίων και πρωτεϊνών στην on-line έκδοση τοπογραφικών εργαλείο βαθμολόγησης μας (https://topology.genego.com/zcgi/topology_scoring.cgi) τον προσδιορισμό των βασικών ρυθμιστικών πρωτεϊνών των οποίων η δραστηριότητα σε επεξεργασμένα κύτταρα θα μπορούσε αντιπροσώπευαν αλλαγές στα επίπεδα του γονιδίου και της πρωτεΐνης. έκφραση γονιδίων και πρωτεομική δεδομένα υποβλήθηκαν στη διαδικασία βαθμολόγησης ξεχωριστά, με αποτέλεσμα δύο σύνολα τοπολογικά σημαντικών ρυθμιστικών πρωτεϊνών. Κάθε κόμβος στο παγκόσμιο δίκτυο αλληλεπιδράσεων πρωτεΐνης ανατέθηκε τοπολογική βαθμολογίες (τοπολογικό ρ-τιμές) σε σχέση με το κάθε σύνολο μοριακά δεδομένα. Για τον έλεγχο της ψευδούς ποσοστό ανακάλυψη εφαρμόστηκε (FDR) το φίλτρο επίπεδο σημαντικότητας. Χρησιμοποιώντας FDR≤5% εντοπίσαμε 962 τοπολογικά σημαντικές πρωτεΐνες από τα δεδομένα γονιδιακής έκφρασης και 577 τοπολογικά σημαντικές πρωτεΐνες από πρωτεομική δεδομένων (Πίνακας S2). Είναι ενδιαφέρον, οι δύο ομάδες τοπολογικά σημαντικές πρωτεΐνες περιέχουν 301 κοινά στοιχεία (ή 52% του μικρότερου συνόλου) αποτέλεσμα .Αυτό είναι σε πλήρη αντίθεση με το μόλις 17% επικάλυψη μεταξύ καταλόγους μέχρι ρυθμιζόμενων γονιδίων και up-ρυθμιζόμενες πρωτεΐνες.

παράγοντα ανάπτυξης του δικτύου σηματοδοσίας είναι ιδιαίτερα εμπλέκεται σε ανδρογόνων απάντηση

Για την λειτουργική ανάλυση, τα δύο σύνολα των τοπολογικά σημαντικές πρωτεΐνες φορτώθηκαν στο πακέτο λογισμικού MetaCore ™ (GeneGo, Inc.) όπου υπολογίζεται εμπλουτισμού στο οντολογία των λειτουργικών διαδικασιών, όπως ορίζονται από το «δίκτυα διαδικασία GeneGo». Χρησιμοποιήσαμε όλες τις πρωτεΐνες στο (ρύθμιση «default») δικτύου MetaCore με τον κατάλογο αναφοράς για τον υπολογισμό p-τιμές εμπλουτισμού. Όπως ήταν αναμενόμενο, η διαδικασία top-βαθμολόγησης είναι «πυρηνική σηματοδότηση υποδοχέα ανδρογόνων» (Σχήμα 1α). Αναπάντεχα, όμως, η διαδικασία αυτή είναι πολύ εμπλουτισμένο μόνο σε πρωτεΐνες των οποίων τοπολογική βαθμολογίες προέρχονται από το προφίλ γονιδιακής έκφρασης? 82 από 126 κόμβους στο δίκτυο αυτό η διαδικασία θεωρείται σημαντική σε σχέση με την υπερ-εκφρασμένων γονιδίων. Σε αντίθεση, μόνο οι 19 κόμβοι θεωρούνται ουσιώδη σε σχέση με up-ρυθμιζόμενες πρωτεΐνες από το σύνολο δεδομένων iTRAQ. Η επόμενη εμπλουτισμένο δικτύου η διαδικασία είναι «ρύθμιση αυξητικό παράγοντα του κυτταρικού κύκλου». Σε αντίθεση με ανδρογόνο σηματοδότηση, το δίκτυο αυτό είναι πολύ εμπλουτισμένο σε πρωτεΐνες που είναι τοπολογικά σημαντική τόσο για γονίδιο έκφρασης και πρωτεομική δεδομένων. Από 186 κόμβους σε αυτό το δίκτυο, το 95 είναι ιδιαίτερα σκόραρε σε σχέση με την υπερ-εκφράζεται γονίδια, ενώ 63 είναι ιδιαίτερα σκόραρε σε σχέση με iTRAQ-προσδιορίζονται πρωτεΐνες up-ρυθμίζεται μετά ανδρογόνων θεραπεία. Σε συνδυασμό, οι 49 κόμβοι επιβεβαιώνονται ως τοπολογικά σημαντική και από τις δύο σύνολα μοριακών δεδομένων. Προσεκτική εξέταση αυτής της διαδικασίας αποκαλύπτει ότι τοπολογικά σημαντικές πρωτεΐνες που είναι παρούσες σε όλα τα επίπεδα της ιεραρχίας σηματοδότησης, μεταξύ των οποίων πολλοί παράγοντες ανάπτυξης (EGF, FGF, VEGF-A), υποδοχείς (IGFR, EGFR, ActRIIB, VEGFR-2), κινάσες σηματοδότησης (ΑΚΤ , GSK3, ΡΙ3Κ, JNK, ERK1 /2, PKC), παράγοντες μεταγραφής (c-Myc, IRF1, η TCF (Lef), Smad3, Smad4, STAT1, STAT3) και, τέλος, κινάσες κυκλίνης (κυκλίνη D, κυκλίνη Ε), ότι ρυθμίζουν άμεσα κυτταρικού κύκλου (Σχήμα 2). Σημαντικά, τοπολογική σημασία πολλών από αυτών των πρωτεϊνών επιβεβαιώθηκε και για τα δύο σύνολα δεδομένων. Για σύγκριση έχουμε επίσης πραγματοποιήθηκε ανάλυση εμπλουτισμό μονοπάτι των αρχικών συνόλων επάνω ρυθμιζόμενα γονίδια και πρωτεΐνες. Είναι ενδιαφέρον ότι, η πλειοψηφία των προσδιορισμένων χαρτών οδού τόσο για την έκφραση γονιδίων και πρωτεϊνωματική σύνολα σχετίζονται με μεταβολικές διεργασίες, οι περισσότεροι από αυτούς με το μεταβολισμό των λιπαρών οξέων (Πίνακας S3). Επιπλέον, οι διάφορες οδούς σηματοδότησης αποκαλύφθηκε από αυτή την ανάλυση, κυρίως αυξητικού παράγοντα σηματοδότηση μέσω ΜΑΡΚ και PIK3, ρύθμιση του μεταβολισμού των λιπιδίων και έναν χάρτη πορείας που σχετίζονται με τον κυτταρικό κύκλο. Ωστόσο, κανένα από τα μονοπάτια σηματοδότησης είναι πολύ υψηλή θέση και τη γενική σημασία του εμπλουτισμού είναι χαμηλή σε σύγκριση με τα αποτελέσματα που ελήφθησαν για τις πρωτεΐνες που προσδιορίζονται από τα τοπολογικά βαθμολόγησης. Εμπλουτισμός των δικτύων GeneGo από πάνω ρυθμισμένα πρωτεΐνες δεν αποκαλύπτει ανδρογόνων δίκτυο σηματοδότησης, αλλά είναι επίσης στο κάτω μέρος της λίστας (p = 0,007). Εκτός από την ινσουλίνη σηματοδότηση φαίνεται να υπάρχει συνέπεια μεταξύ των δικτύων εμπλουτισμένο σε up-ρυθμιζόμενα γονίδια και τα πάνω ρυθμισμένα πρωτεΐνες εκεί. Συνολικά, φαίνεται ότι η λειτουργική ανάλυση των διαφορικά εκφραζόμενων γονιδίων και πρωτεϊνών τείνει να προσδιορίσουν τις βασικές οδούς στόχο, όπως ο μεταβολισμός, ενώ ο anaylysis του τοπολογικά σημαντικών πρωτεϊνών αποκαλύπτει κλειδί σηματοδότηση επεξεργασία ενεργοποιείται σε κύτταρα ανδρογονο-διεγερμένα.

(Α) Εμπλουτισμός των δικτύων διαδικασία GeneGo με τοπολογικά σημαντικές πρωτεΐνες ταυτοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας όλες τις up-ρυθμιζόμενα γονίδια και πρωτεΐνες. (Β) Εμπλουτισμός των δικτύων διαδικασία GeneGo με τοπολογικά σημαντικές πρωτεΐνες πιστοποιούνται χρησιμοποιώντας κολοβωμένη σύνολα δεδομένων (εκτός από τα γονίδια και τις πρωτεΐνες ρυθμίζεται άμεσα από υποδοχέα ανδρογόνων). Πορτοκαλί μπαρ-εμπλουτισμός με σημαντικές πρωτεΐνες που ταυτοποιούνται με τη χρήση σετ πρωτεομική δεδομένων. Μπλε μπαρ-εμπλουτισμός με σημαντικές πρωτεΐνες που ταυτοποιούνται με τη χρήση των δεδομένων γονιδιακής έκφρασης.

Η

Κόκκινο κουκίδες δείχνουν πρωτεΐνες αναγνωρίζονται ως τοπολογικά σημαντικές χρησιμοποιώντας το προφίλ της γονιδιακής έκφρασης. Μπλε κουκκίδες υποδεικνύουν πρωτεΐνες αναγνωρίζονται ως τοπολογικά σημαντικές χρησιμοποιώντας το προφίλ πρωτεομική. Κόκκινα κουτιά-πρωτεΐνες αναγνωρίζονται ως τοπολογικά σημαντική και από τις δύο ομάδες δεδομένων.

Η

Για να διερευνηθεί κατά πόσο σημαντικές διαφορές στα μεγέθη των συνόλων που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση μας, θα μπορούσαν να επηρεάσουν τα αποτελέσματα που τυχαία δειγματοληψία από την πισίνα του γονίδια και πρωτεΐνες και τους προστίθενται στα διαφορικά εκφραζόμενο σύνολα. Αυτό το στάδιο ακολουθήθηκε από εμπλουτισμό ανάλυση των εκτεταμένων συνόλων. Ωστόσο, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι δεν νέους χάρτες ή δίκτυα γίνονται σημαντικές για μεγαλύτερα σύνολα και επιπλέον, τη σημασία έχουν εντοπιστεί στο παρελθόν χάρτες και δίκτυα μειώνεται σταθερά καθώς προστίθενται περισσότερα τυχαία γονίδια. (Βλέπε Πίνακα S4).

Η σκιαγράφηση των ανδρογόνων που εξαρτώνται και ανδρογόνα-ανεξάρτητη δραστηριότητα

Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται παραπάνω δείχνουν ότι η πλειοψηφία των πρωτεϊνών στο δίκτυο σηματοδότησης σύνδεση πολλαπλών αυξητικών παραγόντων στη ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου μπορεί να γίνει ενεργός μετά από διέγερση των ανδρογόνων. Η προκύπτουσα ενεργοποίηση του πολλαπλασιασμού των κυττάρων θα μπορούσε να αποτελέσει βασικό μηχανισμό που συμβάλλει για τη μετάβαση στην ανεξαρτησία από ανδρογόνα στον καρκίνο του προστάτη. Για την περαιτέρω επαλήθευση αυτή συγκυρία θα πρέπει να ερευνηθεί κατά πόσον ή όχι το αποτέλεσμα αυτό εξαρτάται από την άμεση δράση του υποδοχέα ανδρογόνων. Έτσι, το επόμενο βήμα μας ήταν να οριοθετηθούν επιδράσεις που είναι ανεξάρτητες από την άμεση ενεργοποίηση του υποδοχέα ανδρογόνων σηματοδότησης.

Πρώτον, χρησιμοποιήσαμε MetaCore ™ να προσδιορίσει ποια από τα γονίδια υπερ-εκφράζονται και up-ρυθμιζόμενες πρωτεΐνες είναι άμεσοι στόχοι της μεταγραφική ρύθμιση από υποδοχέα ανδρογόνων. Για το σκοπό αυτό χτίσαμε το δίκτυο «πλησιέστεροι γείτονες» γύρω υποδοχέα ανδρογόνων με το φίλτρο αλληλεπίδρασης σε σύνολο MetaCore να επιτραπεί μόνο είδος «μεταγραφική ρύθμιση» των συνδέσεων. Κατάλογοι επάνω ρυθμισμένη γονίδια και πρωτεΐνες χαρτογραφήθηκαν πάνω στο προκύπτον δίκτυο. Χρησιμοποιώντας αυτό το δίκτυο επιλέξαμε περαιτέρω κόμβους που είναι και τα δύο: «προς τα κάτω» του υποδοχέα ανδρογόνων και να έχουν πειραματικά δεδομένα που συνδέονται με αυτά. Βρήκαμε 45 άμεσους στόχους του υποδοχέα ανδρογόνων μεταξύ των υπερ-εκφρασμένων γονιδίων και 9 στόχους μεταξύ του συνόλου των up-ρύθμιση των πρωτεϊνών. Αυτά τα μόρια αποκλείστηκαν από τις αρχικές λίστες και ακρωτηριασμένη σύνολα εκ νέου αναλύθηκαν με την τοπολογική εργαλείο σημασία με επακόλουθη λειτουργική ανάλυση των τοπολογικά σκόραρε κόμβων σε MetaCore ™. Ταυτοποιήσαμε 565 σημαντικές πρωτεΐνες με βάση δεδομένα iTRAQ και 668 σημαντικές πρωτεΐνες με βάση το σύνολο δεδομένων γονιδιακής έκφρασης (με FDR & lt? 5%, Πίνακας S5). Μία παρατήρηση αμέσως αισθητή από την εξέταση του διαγράμματος εμπλουτισμού είναι η απουσία του δικτύου σηματοδοσίας ανδρογόνου (Σχήμα 1β). Αυτή η απουσία επιβεβαιώνει ότι πολλές πρωτεΐνες στο μονοπάτι ανδρογόνου έλαβαν υψηλή βαθμολογία τοπολογική με τη δύναμη της υπερ-έκφραση ενός μεγάλου αριθμού άμεσοι στόχοι του υποδοχέα ανδρογόνων. Μόλις αυτές οι στόχοι εξαλείφονται από την εξέταση, οι βαθμολογίες για τις πρωτεΐνες στην οδό ανδρογόνο ρυθμίζονται πέσει κάτω από το επίπεδο σημαντικότητας. Σε αντίθεση, η υψηλή εμπλουτισμός για το δίκτυο της ρύθμισης παράγοντα ανάπτυξης του κυτταρικού κύκλου παρέμεινε σχεδόν ανέπαφο. Ενώ αριθμό των κόμβων σε αυτό το δίκτυο δέχεται με βάση δεδομένα μικροσυστοιχιών μειώθηκε από 95 έως 78, ο αριθμός των κόμβων βαθμολογήθηκαν με βάση τα δεδομένα iTRAQ αυξήθηκε από 63 έως 71. Η επικάλυψη μεταξύ των δύο συνόλων σημαντικών πρωτεϊνών αυξήθηκε επίσης σε 54 (ή 76% του μικρότερου συνόλου). Το εύρημα αυτό υποστηρίζει την πρόταση ότι η δραστηριότητα της οδού αυτής είναι ανεξάρτητη της άμεσης δράσης των ανδρογόνων και μπορεί να αντιπροσωπεύει σημαντικούς μηχανισμούς για τη μετάβαση σε ανδρογόνα-ανεξάρτητους πολλαπλασιασμό του καρκίνου του προστάτη.

Top-κατετάγη ρυθμιστικές πρωτεΐνες και τα μονοπάτια τους

στη συνέχεια εξετάσαμε τα κορυφαία μόρια στα σύνολα των τοπολογικά σκόραρε πρωτεϊνών. Ο στόχος μας ήταν να καθορίσει ειδικούς παράγοντες μεταγραφής που οδηγούν απάντηση της γονιδιακής έκφρασης μετά τη θεραπεία ανδρογόνων και να εντοπίσει κανονιστικά καταρράκτες που τους ενεργοποιούν. Υπάρχουν διάφοροι παράγοντες μεταγραφής που μπορεί να ρυθμίζει την έκφραση σημαντικών αριθμών «στόχων» μεταξύ υπερ-εκφρασμένων γονιδίων ή πάνω ρυθμισμένα πρωτεΐνες ή και τα δύο (Πίνακας 1). Για παράδειγμα, c-Myc έχει 25 στόχους μεταξύ 70 έως ρυθμιζόμενες πρωτεΐνες που προσδιορίζονται από iTRAQ και 63 στόχους μεταξύ 347 υπερ-εκφρασμένων γονιδίων που προσδιορίζονται από την ανάλυση μικροσυστοιχιών. c-Myc βρίσκεται στη θέση # 1 σε τοπολογική βαθμολόγησης με βάση τα δεδομένα iTRAQ και # 11 στην βαθμολόγηση με βάση την έκφραση του γονιδίου (ακόμα στην κορυφή 2%). Άλλοι παράγοντες μεταγραφής που ελάμβαναν υψηλές βαθμολογίες τοπολογική σχέση με τα δύο σύνολα δεδομένων είναι SREBP1 και ΥΥ1, οι οποίες είναι σημαντικοί ρυθμιστές των ενζύμων που εμπλέκονται στην λιπιδίων και λιπαρών οξέων μεταβολισμό. Σε αντίθεση, CREB1 και ATF-4 είναι οι top-σκοράροντας μεταγραφικές ρυθμιστικές αρχές σε σχέση με τα δεδομένα μικροσυστοιχιών αλλά δεν λαμβάνουν καμία βαθμολογία με βάση τα δεδομένα iTRAQ. Ο λόγος για μια τέτοια διαφορά είναι η έλλειψη σημαντικού αριθμού στόχων CREB1 και ATF-4 μεταξύ των πάνω ρυθμισμένα πρωτεΐνες που προσδιορίζονται από φασματομετρία μάζας (Πίνακας 1). Αυτό μπορεί να υποδεικνύει δραστικότητα μερικών μεταμεταγραφικές διαδικασίες που αποκλεισμό της σύνθεσης ή την επαγωγή αποικοδόμησης των πρωτεϊνών αυτών κατά το χρόνο της δειγματοληψίας. Ενώ οι παράγοντες μεταγραφής συχνά λαμβάνουν υψηλές τοπολογικές βαθμολόγησης, λόγω του σημαντικού αριθμού των άμεσων στόχων τους στα πειραματικά σύνολα δεδομένων, τα ανάντη μόρια σηματοδότησης βαθμολογήθηκαν με βάση τον εμπλουτισμό των συνόλων των «μακρινούς στόχους» -genes και οι πρωτεΐνες τους μερικά βήματα προς τα κάτω στη σηματοδότηση μονοπάτια.

η

από την εξέταση των ατομικών καταρράκτες σηματοδότησης που οδηγεί στην κορυφή της μεταγραφής ρυθμιστικές αποκαλύπτει ότι σηματοδότησης ΡΙ3Κ υποστηρίζεται από σταθερά υψηλή τοπολογικές αποτελέσματα που προέρχονται και από τις δύο πρωτεομική και σύνολα δεδομένων μικροσυστοιχιών. Το Σχήμα 3 δείχνει αυτήν την καταρράκτη στο πλαίσιο της σηματοδότησης IGF. Ο καταρράκτης ΡΙ3Κ τονίζεται από την κόκκινη γραμμή, ενώ όλα τα στοιχεία του που επιτυγχάνουν υψηλές βαθμολογίες τοπολογική σχέση με τα δύο σύνολα χαρακτηρίζονται από κόκκινα κουτιά. Τέτοια συνεπής βαθμολόγησης υποδηλώνει τον κεντρικό ρόλο αυτής της οδού στη ρύθμιση γεγονότα που ακολουθούν ανδρογόνων θεραπεία. Το πιο πιθανό, ο ρόλος του σε αυτό το σύστημα είναι η αναστολή της GSK3 κινάσης και την ικανότητά της να φωσφορυλιώνει c-Myc και κυκλίνης D (Εικ. 3). Κανονικά τέτοια φωσφορυλίωση θα στοχεύουν αυτά τα μόρια για την πρωτεόλυση, περιορίζοντας έτσι τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων. Σε αυτήν την κατάσταση, ωστόσο, ο-Μγο φαίνεται να ενεργοποιείται επίμονα κρίνοντας από τον υψηλό αριθμό των άμεσων στόχων της και στα δύο σετ. Ένας πιθανός λόγος για την επίμονη δράση της ΡΙ3Κ σηματοδότησης είναι ομόζυγο μετάλλαξη ΡΤΕΝ σε κύτταρα LNCaP που οδηγεί στην έλλειψη της έκφρασης του σε αυτό το σύστημα [26]. Αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να επιδεινωθεί από το συνδυασμό του υψηλού επιπέδου καλλικρεΐνης 3, υπερ-έκφραση του υποδοχέα IGF, και υπο-έκφραση των πρωτεϊνών σύνδεσης IGF (ΣΜΕ). Καλλικρεΐνη 3 (επίσης γνωστή ως PSA) είναι ιδιαίτερα επάνω ρυθμισμένο στον καρκίνο του προστάτη και είναι σταθερά υπερεκφράζεται στις δύο mRNA και τα επίπεδα πρωτεΐνης σε πειραματικά δεδομένα μας. Είχε προηγουμένως δειχθεί ότι το PSA έχει πρωτεολυτική δυναμικό σε σχέση με το IGF-δεσμευτικές πρωτεΐνες [27], [28]. Επιπλέον, προτάθηκε ότι αυτό μπορεί να είναι ένας μηχανισμός με τον οποίο αυξάνεται η βιοδιαθεσιμότητα του IGF, συμβάλλοντας στην αύξηση των κυττάρων καρκίνου του προστάτη [29], [30].

Red επίπεδο στους «θερμόμετρα» αντιπροσωπεύει σχετική κατάταξη (εκατοστημόριο) μιας πρωτεΐνης στην αντίστοιχη λίστα των τοπολογικά σημαντικών πρωτεϊνών. Ο αριθμός προσδιορίζει το σύνολο δεδομένων από το οποίο υπολογίστηκε σημασία: 1-iTRAQ, 2-Affymetrix. Κόκκινα κουτιά και τόνισε πορεία απεικονίζουν καταρράκτη με ισχυρότερη υποστήριξη από τα δύο σύνολα σηματοδότησης.

Η

Στην ανάλυσή μας, έχουμε λάβει πολλά πρόσθετα αποδεικτικά στοιχεία για να υποστηρίξουν αυτή την υπόθεση. Κατ ‘αρχάς, οι πρωτεΐνες IGF-δεσμευτική έλαβαν υψηλή βαθμολογία τοπολογική βάση τόσο μικροσυστοιχιών και τα δεδομένα iTRAQ. Αυτό το αποτέλεσμα επιβεβαιώνει ότι είναι ιδιαίτερα σημαντικό να παρατηρηθεί αλλαγές στην έκφραση γονιδίων και πρωτεϊνών μετά από ανδρογόνων μεταχείριση των LNCaP κυττάρων. Δεύτερον, μετά ανδρογόνου θεραπεία βρήκαμε ότι τα επίπεδα έκφρασης τουλάχιστον μία από τις πρωτεΐνες IGF-σύνδεσης (IBP3) και μετατόπισης των υποδοχέων του IGF σε αντίθετες κατευθύνσεις. IBP3 είναι 30% κάτω από-εκφράζεται σε αγωγή κύτταρα, ενώ IGF-υποδοχέα είναι 46% υπερ-εκφράζεται. Κάτω ρύθμιση του IBP3 στο γονιδιωματικό επίπεδο εκτός από πρωτεολυτική ενεργότητα του PSA θα συμβάλει στη χαμηλότερη συγκέντρωση του IBP3 πρωτεΐνης και αυξημένη διαθεσιμότητα του IGF. Η προκύπτουσα υψηλότερο επίπεδο ΙΟΡ συνδυάζεται με υπερ-έκφραση του υποδοχέα του, οδηγώντας σε υψηλή δραστηριότητα του κατάντη οδών.

Συζήτηση

δίκτυο αυξητικού παράγοντα ως το κύριο δομοστοιχείο απόκριση σε ανδρογόνα διέγερση σε LNCap κύτταρα

τοπολογική ανάλυση μας εντοπιστεί το δίκτυο της ρύθμισης του αυξητικού παράγοντα του κυτταρικού κύκλου ως η κύρια μονάδα ανταπόκρισης για τη θεραπεία ανδρογόνων σε LNCaP κύτταρα. Όπως περιγράφεται στην εισαγωγή, διάφορες πτυχές της σηματοδότησης παράγοντα ανάπτυξης έχουν ερευνηθεί εκτενώς στο πλαίσιο του διακόπτη καρκίνου του προστάτη σε λειτουργία ανεξάρτητου από ανδρογόνο. Τα αποτελέσματά μας υποστηρίζουν αυτές τις προηγούμενες παρατηρήσεις από ένα συμπληρωματικό σύστημα-επίπεδο, προοπτική που βασίζονται σε δεδομένα. Αντί της εστίασης στη δραστηριότητα των μεμονωμένων πρωτεϊνών, δείχνουμε ότι η πλειοψηφία των κόμβων του δικτύου που συνδέει πολλαπλούς παράγοντες ανάπτυξης σε βασικές ρυθμιστές του κυτταρικού κύκλου σηματοδότησης καταλαμβάνουν σημαντικές θέσεις σε σχέση με την παρατηρούμενη γονιδιακή έκφραση και πρωτεομική προφίλ που προκαλείται από ανδρογόνα ερέθισμα. Το δίκτυο αυτό περιλαμβάνει πολλαπλές συμβατικά «μονοπάτια» μετάδοση σημάτων από τους υποδοχείς του αυξητικού παράγοντα. Αυτές περιλαμβάνουν σηματοδότηση μέσω MAP κινάσες, PI3K οδό και τη σηματοδότηση μέσω Smads και cross-talk μεταξύ των συστημάτων αυτών. Έτσι, είναι λογικό να συμπεράνουμε ότι τα καρκινικά κύτταρα του προστάτη τα πολλαπλασιαστικά σήματα που μεταδίδονται από τους υποδοχείς του αυξητικού παράγοντα από ένα πλήθος οδών που συγκλίνουν σε πολλά βασικά ρυθμιστές του κυτταρικού πολλαπλασιασμού, όπως c-myc, κυκλίνης D και CREB1 σηματοδότησης. Επιπλέον, αυτές οι οδοί δεν είναι μεμονωμένα αλλά αποτελούν ένα διασυνδεδεμένο δίκτυο ενότητα που περιέχει πολλές εναλλακτικές διαδρομές από τις εισόδους σε εξόδους.

Τα αποτελέσματά μας υποδεικνύουν περαιτέρω ότι η σηματοδότηση του αυξητικού παράγοντα αποτελεί ίσως μια «δεύτερη φάση» των κυττάρων απάντηση ανδρογόνων ερέθισμα. Όταν όλες οι άμεσοι στόχοι του υποδοχέα ανδρογόνων απομακρύνονται από την εξέταση, οι περισσότερες πρωτεΐνες στο δίκτυο αυξητικού παράγοντα είναι ακόμα ιδιαίτερα σημειωθούν σε σχέση με τις υπόλοιπες ομάδες του υπερ-εκφρασμένων γονιδίων και πρωτεϊνών. Αυτή η απόκριση μπορεί να διαμεσολαβείται από συνδυασμένες επιδράσεις των υψηλών επιπέδων του PSA και υποδοχέων παράγοντα ανάπτυξης και τα χαμηλά επίπεδα των αναστολέων αυξητικού παράγοντα, όπως IGF-δεσμευτικές πρωτεΐνες (ΣΜΕ) (Σχ. 3). Πρωτεολυτική δράση του PSA μπορεί να συμβάλει περαιτέρω στη μείωση των επιπέδων ΣΜΕ. Παράλληλα, η έκφραση του PSA μπορεί να διατηρηθεί ανεξάρτητα από υποδοχέα ανδρογόνου με CREB1 και μερικούς άλλους παράγοντες μεταγραφής [31]. Όταν οι παράγοντες αυτοί ενεργοποιούνται μέσω μονοπατιών σηματοδότησης αυξητικού παράγοντα, μια θετική βρόχος ανάδρασης προκύπτει ότι μπορούν να διατηρήσουν τα υψηλά επίπεδα PSA και τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων ακόμη και εν απουσία του ενεργοποιημένου υποδοχέα ανδρογόνων. Έχουμε σημειωθεί ότι CREB1 βρίσκεται στη θέση # 1 σε τοπολογικές βαθμολόγησης των δεδομένων γονιδιακής έκφρασης, που σημαίνει ότι είναι πολύ ενεργός σε αυτό το σύστημα.

Αν και περαιτέρω πειραματικές εργασίες, όπως μελέτες siRNA απαιτείται για να επιβεβαιώσει αυτά τα συμπεράσματα, εάν αποδείχθηκε σωστή μπορούν να μας οδηγήσουν να επανεξετάσει την προσέγγισή μας για την εξεύρεση στοχευμένες θεραπείες για τον καρκίνο του προστάτη. Βιολογική δίκτυα είναι ισχυρή με την έννοια ότι υπάρχουν πολλοί εναλλακτικοί τρόποι για να μεταδώσει ένα μοριακό σήμα από το ένα σημείο στο άλλο. Δεδομένου υψηλά ποσοστά μετάλλαξης των γονιδίων σε καρκινικά κύτταρα, είναι πιθανό ότι, ακόμη και αν έχουμε μπλοκάρει μια ορισμένη καταρράκτη με μια στοχευμένη φάρμακο, θα υπάρχει τουλάχιστον μια υπο-πληθυσμός των κυττάρων σε έναν όγκο που θα μπορούσε να παρακάμψει ένα τέτοιο μπλοκ χρησιμοποιώντας ένα εναλλακτική διαδρομή σηματοδότησης. Αν το σύνολο του δικτύου εμπλέκεται, ένα ακριβώς διατυπώνεται η συνδυασμένη θεραπεία θα πρέπει να καταπολεμήσει την ανάπτυξη του όγκου αποτελεσματικά. Επιπλέον, τέτοιες θεραπείες συνδυασμού μπορεί να χρειαστεί να είναι ειδικό για ένα μικρό υποπληθυσμό ασθενών ή ακόμη και μεμονωμένους ασθενείς δεδομένο ασθενή-ειδικές ιδιότητες των ογκογόνων δικτύων.

δυναμικής φύσης των κυτταρικών αποκρίσεων και της ενσωμάτωσης των δεδομένων που παράγονται από διαφορετικές τεχνολογίες

Σε αυτή τη μελέτη, η ταυτόχρονη μετρήσεις της γονιδιακής έκφρασης και τα επίπεδα πρωτεΐνης μετά τη θεραπεία με συνθετικό ανδρογόνο διεξήχθησαν, και εκατοντάδες γονιδίων και δεκάδες πρωτεΐνες των οποίων τα επίπεδα αυξάνονται μετά το ερέθισμα ήταν αταξινόμητους. Ωστόσο, υπάρχει μόνο μέτρια επικάλυψη (περίπου 17%) που παρατηρείται μεταξύ των σετ μέχρι ρυθμιζόμενα γονίδια και πρωτεΐνες. Ενώ αρχικά αυτό ακούγεται περίεργο, θα πρέπει να αναμένεται το αποτέλεσμα αυτό. Τα κύτταρα είναι πολύπλοκα δυναμικά συστήματα στα οποία οι διαδικασίες συμβαίνουν σε πολλαπλές χρονικές κλίμακες. Όταν δοκιμασία ενός βιολογικού δείγματος κάνουμε ένα στατικό στιγμιότυπο αυτής της δυναμικής συμπεριφοράς. Για παράδειγμα, τα επίπεδα του mRNA μπορεί να αυξηθεί μετά από 20-60 λεπτά μετά από τη θεραπεία, αλλά η σύνθεση πρωτεΐνης θα μπορούσε να καθυστερήσει περαιτέρω, και στατιστικώς σημαντική αλλαγή στις συγκεντρώσεις της πρωτεΐνης θα πάρει πολύ περισσότερο χρόνο για να αναπτύξουν και να έχουν μικρότερα ποσοστά. Μέχρι τη στιγμή που οι πρωτεΐνες συντίθενται ορισμένα mRNA θα μπορούσε να υποβαθμιστεί, δεν αφήνει κανένα ίχνος του γονιδίου υπερ-έκφραση. Έτσι, κατά τη μελέτη μικροσυστοιχιών ή πρωτεομικά δεδομένα, έχουμε να κάνουμε με κατακερματισμένο ίχνη δραστηριότητας που έχουν μείνει πίσω από παροδικές δυναμικές διεργασίες σε διαφορετικά επίπεδα του κυτταρικού μηχανισμού. Ακόμη και στα πειράματα όπου τα δείγματα αναλύθηκαν σε διάφορα χρονικά σημεία είμαστε ακόμη ψάχνει σε μια μικρή συλλογή των επιμέρους στιγμιότυπα και όχι την πλήρη εικόνα της κυτταρικής δυναμική.

Εδώ χρησιμοποιείται η έννοια των τοπογραφικών σημασίας για την ανοικοδόμηση ανάντη οδούς που θα μπορούσαν να έχουν οδηγήσει σε αυτά τα ίχνη της δυναμικής δραστηριότητας που μπορούμε να ανιχνεύεται ως παρατηρήσιμα μοριακό προφίλ. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η προσέγγιση αυτή ήταν επιτυχής στην πρόβλεψη βασικών ρυθμιστικών πρωτεϊνών και μονοπατιών σηματοδότησης όπως ανδρογόνα, σηματοδότηση παράγοντα ανάπτυξης και της ρύθμισης του κυτταρικού κύκλου που διαμεσολαβούν αποκρίσεις των LNCaP κυττάρων σε θεραπεία με συνθετικό ανδρογόνο (R1881). Το πιο σημαντικό, έχουμε ανακαλύψει ότι ο βαθμός αλληλεπικάλυψης μεταξύ των σετ των ρυθμιστικών πρωτεϊνών που προβλέπεται από την έκφραση του γονιδίου και πρωτεομικά δεδομένα είναι πολύ υψηλότερη από ό, τι η επικάλυψη μεταξύ της πειραματικής εαυτό τους (52% έναντι 17%) θέτει. Επιπλέον, για τη ρύθμιση του αυξητικού παράγοντα του κυτταρικού κύκλου που φαίνεται να είναι μια βασική διαδικασία σε αυτό το σύστημα, η επικάλυψη φτάνει το 76%.