雄激素依賴型與非依賴型前列腺癌基因芯片數(shù)據(jù)分析

1、雄激素依賴型與非依賴型前列腺癌基因芯片數(shù)據(jù)分析 作者：羅烈偉，馬文麗,鄭文嶺【摘要】 目的 根據(jù)高通量基因表達(dá)譜數(shù)據(jù),采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)識(shí)別前列腺癌相關(guān)的特征基因與功能,探討雄激素非依賴型前列腺癌形成的分子機(jī)制。方法 應(yīng)用GeneSifter在線分析軟件對(duì)6個(gè)雄激素依賴型前列腺癌(ADPC）和6個(gè)雄激素非依賴型前列腺癌(AIPC）基因芯片數(shù)據(jù)分成兩組進(jìn)行分析。結(jié)果 篩選得到348個(gè)差異表達(dá)基因，并發(fā)現(xiàn)這些差異表達(dá)基因涉及的生物學(xué)過(guò)程和KEGG通路的一些相關(guān)基因。結(jié)論 雄激素非依賴型前列腺癌的形成可能與GREB1 protein基因表達(dá)下調(diào)有關(guān)，并在細(xì)胞通訊和細(xì)胞黏附等過(guò)程和通路方面與雄激素非依賴

2、型前列腺癌的形成有一定關(guān)系。 【關(guān)鍵詞】 ADPC；AIPC； 基因表達(dá)譜；數(shù)據(jù)分析Abstract:Objective To investigate the molecular mechanisms of androgen-independent prostate cancer using microarray data.Methods Microarray data from the Gene Expression Omnibus (GEO) was used to examine the molecular changes between androgen-dependent and i

3、ndependent primary prostate tumors. This dataset was analyzed with GeneSifter microarray analysis software (VizX Labs,Seattle,WA).Results After filtering the data,348 differentially expressed genes were identified. Gene Ontology and KEGG analysis showed that the genes are correlated with RNA metabol

4、ism,cell cycle,macromolecule biosynthesis,and cell adhesion.Conclusions The GREB1 protein gene possibly plays an important role in androgen-independent prostate cancer. Genes changes of cell adhesion and cell communication also contribute to the understanding of androgen-independent prostate cancer.

5、Key words:ADPC；AIPC；gene expression profile; data analysis前列腺癌(prostate cancer,PC)為全世界男性最常見(jiàn)的癌癥之一，在美國(guó)男性所有診斷出來(lái)的腫瘤當(dāng)中PC占了1/3，病死率排第二，僅次于肺癌。近年來(lái)PC在中國(guó)的發(fā)病率也呈不斷上升趨勢(shì)1，2。前列腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)有依賴雄激素的生物學(xué)特性，多數(shù)前列腺癌患者在首次接受雄激素剝奪療法后都有顯著療效，但最后超過(guò)一半的患者會(huì)復(fù)發(fā)并由雄激素依賴型前列腺癌（androgen-dependent prostate cancer,ADPC）發(fā)展成高度惡化且廣泛轉(zhuǎn)移的雄激素非依賴型前列腺癌（a

6、ndrogen-independent prostate cancer,AIPC）3。AIPC的形成機(jī)制還不清楚，基因芯片技術(shù)對(duì)PC在雄激素剝奪治療前后的基因表達(dá)改變分析也許對(duì)了解AIPC的形成過(guò)程可以提供一些線索。本研究利用基因芯片數(shù)據(jù)分析軟件GeneSifter對(duì)來(lái)自基因芯片公共數(shù)據(jù)庫(kù)Gene Expression Omnibus(GEO)的12個(gè)ADPC和AIPC基因表達(dá)譜芯片數(shù)據(jù)作進(jìn)一步生物信息學(xué)分析，以了解PC在雄激素剝奪治療后的基因表達(dá)變化，并進(jìn)一步探討AIPC形成的分子機(jī)理，并為其他研究提供參考。1 材料與方法 基因表達(dá)譜芯片數(shù)據(jù)來(lái)自GEO公共數(shù)據(jù)庫(kù)，由BEST CJ等提交的GS

7、E2443系列20個(gè)樣品芯片數(shù)據(jù)中選取12個(gè)，分別是6個(gè)AIPC患者和6個(gè)ADPC患者原位腫瘤活檢組織用激光捕獲顯微切割（LCM）方法取得的樣品經(jīng)RNA提取、擴(kuò)增、逆轉(zhuǎn)錄和熒光標(biāo)記等步驟，最后與Affymetrix Human Genome U133A芯片雜交，經(jīng)Affymetrix GeneChip Scanner 3000掃描得到原始圖像數(shù)據(jù)，再經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化等處理后輸出的芯片數(shù)據(jù)4。 GeneSifter屬于基因芯片數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在線分析工具，經(jīng)登陸GeneSifter網(wǎng)站以個(gè)人名義注冊(cè)可以得到一定期限功能完整的免費(fèi)試用。 從GEO下載下來(lái)的壓縮數(shù)據(jù)經(jīng)解壓縮得到的是CEL文件格式，再將需要上傳的12

8、個(gè)GEL文件壓縮成一個(gè)ZIP格式文件上傳至GeneSifter網(wǎng)站進(jìn)行分析，啟動(dòng)pair-wise analysis,以ADPC樣品為第一組，AIPC樣品為第二組。設(shè)置分析參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)化：None； 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法：t-test；閥值：1.5； 校正方法：Benjamini and Hochberg；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：Data Aleady Log Transformed。原數(shù)據(jù)已經(jīng)過(guò)GC-RMA對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化處理5，由于是兩組樣本的比較，所以采用t檢驗(yàn)，篩選閥值至少為1.5，P2則認(rèn)為GO術(shù)語(yǔ)（或通路）具有顯著豐度（Over-representation）,而Z分值-2暗示GO術(shù)語(yǔ)（或通路）具有顯著貧

9、度（Under-representation）,兩者均具有顯著性意義7。2.2.2 KEGG通路分析結(jié)果 KEGG通路分析發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外基質(zhì)受體相互作用、細(xì)胞通訊、黏著斑（focal adhesion）等相關(guān)基因表達(dá)上調(diào)；核糖體、氨基糖代謝、氧化磷酸化等相關(guān)基因表達(dá)下調(diào)，見(jiàn)表2。表1 差異表達(dá)基因GO分析結(jié)果 （略）Tab.1 Gene Ontology analysis of some differentially expressed genes表2 差異表達(dá)基因KEGG通路分析（略）Tab.2 KEGG pathway analysis of some differentially expre

10、ssed genes3 討論 ADPC一旦發(fā)展成為AIPC就往往意味著這些腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)不受控制，這個(gè)階段是前列腺癌病人死亡的主要原因，基因表達(dá)的改變和表觀遺傳的改變被認(rèn)為是ADPC發(fā)展為AIPC的主要原因，基因芯片表達(dá)譜的應(yīng)用為這種改變的分子機(jī)制研究提供很好的線索，基因芯片應(yīng)用同時(shí)產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)，如何分析這些數(shù)據(jù)的生物學(xué)功能已經(jīng)成為基因芯片技術(shù)廣泛應(yīng)用的瓶頸，于是專門(mén)分析這些數(shù)據(jù)的軟件應(yīng)運(yùn)而生，GeneSifter軟件是一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)集統(tǒng)計(jì)分析和生物學(xué)功能分析為一體的基因芯片數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，它具有快速、易用和直觀的特點(diǎn)。 從GeneSifter對(duì)ADPC和AIPC兩組表達(dá)譜數(shù)據(jù)差異分析結(jié)果

11、看，表達(dá)差異基因篩選得到348個(gè)基因中有108個(gè)基因表達(dá)上調(diào)，240個(gè)基因表達(dá)下調(diào)，其中有一些基因以前有文獻(xiàn)報(bào)道過(guò)與腫瘤有關(guān)，如Bcl-2、Tetraspanin 1、GALNT128-10，其中表達(dá)最具顯著意義的是GREB1 protein基因，下調(diào)表達(dá)達(dá)到15.48倍，是表達(dá)倍數(shù)最高的基因，GREB1（gene regulated by estrogen in breast cancer1）是雌激素應(yīng)答基因，在乳腺癌研究中被認(rèn)為在腫瘤對(duì)激素反應(yīng)中有重要的作用，此次發(fā)現(xiàn)在AIPC中顯著低表達(dá)，提示其對(duì)前列腺癌在激素剝奪治療后可能也有重要的作用。通過(guò)GeneSifter自帶的GO生物學(xué)過(guò)程分析

12、和KEGG通路分析，得到比較有意思的結(jié)果是，在細(xì)胞黏附以及細(xì)胞通訊相關(guān)的基因表達(dá)有顯著的變化，提示細(xì)胞黏附過(guò)程可能與前列腺癌相關(guān)。相鄰細(xì)胞間的連接決定細(xì)胞和組織的形態(tài)、調(diào)控細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、生長(zhǎng)、分化和存活等。細(xì)胞間黏附連接結(jié)構(gòu)(adherens junction) 的形成是通過(guò)相鄰細(xì)胞表面的鈣依賴性鈣黏著素受體的細(xì)胞外區(qū)域的相互作用實(shí)現(xiàn)的11，細(xì)胞的惡變通常表現(xiàn)為組織結(jié)構(gòu)中細(xì)胞骨架的根本改變，一方面通過(guò)下調(diào)鈣黏素或連環(huán)蛋白(catenin)家族成員的表達(dá)實(shí)現(xiàn)，另一方面可以通過(guò)激活一些可阻斷細(xì)胞間黏附連接結(jié)構(gòu)聚集的信號(hào)傳導(dǎo)途徑實(shí)現(xiàn)。已有研究發(fā)現(xiàn),上皮型鈣黏素(E-cad) 表達(dá)的缺失可使腺瘤向腺癌轉(zhuǎn)

13、化12。另有研究也表明, 細(xì)胞黏附蛋白的共同異常表達(dá)對(duì)前列腺癌的預(yù)后診斷有重要意義13。 通過(guò)對(duì)前列腺癌基因芯片數(shù)據(jù)的再挖掘，雖然篩選出的差異基因及其相關(guān)通路還有待更多的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但可為雄激素非依賴性前列腺癌的基因診斷以及藥物作用靶點(diǎn)方面提供更多的信息?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】 1AHMEDIN J,REBECCA S,ELIZABETH W,et al. Cancer statisticsJ. CA Cancer J Clin,2007,57:43-66.2葉定偉，李長(zhǎng)嶺. 前列腺癌發(fā)病趨勢(shì)的回顧和展望J.中國(guó)癌癥雜志,2007,17(3):177-180.3SCHRODER F H. Progress

14、 in understanding androgen-independent prostate cancer (AIPC):a review of potential endocrine-mediated mechanisms J. Eur Urol,2008,28(2):28.4BEST C J M,GILLESPIE J W,GADISETTI Y Y,et al. Molecular alterations in primary prostate cancer after androgen ablation therapy J. Clin Cancer Res,2005,11(19):6

15、823-6834.5WU Z,IRIZARRY R A. Preprocessing of oligonucleotide array dataJ. Nature Biotechnology,2004,22(6):656-658.6ANAT R,DANIEL Y,YOAV B R. Identifying differen-tially expressed genes using false discovery rate controlling procedures J. Bioinformatics,2003,19(3):368-375.7廖之君，馬文麗，梁爽,等 GeneSifter在基因

16、表達(dá)譜芯片數(shù)據(jù)挖掘中的應(yīng)用J. 醫(yī)學(xué)信息學(xué),2007,20（11）：1882-1887.8LEONETTI C,BIROCCIO A,DANGELO C,et al. Therapeutic integration of c-myc and bcl-2 antisense molecules with docetaxel in a preclinical model of hormone-refractory prostate cancerJ. Prostate,2007,67(13):1475-1485.9LEE S,BANG S,SONG K,et al. Differential exp

17、ression in normal-adenoma-carcinoma sequence suggests complex molecular carcinogenesis in colonJ.Oncol Rep,2006,16(4):747-754. 10GUO J M,CHEN H L,WANG G M,et al. Expression of UDP-GalNAc:polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase-12 in gastric and colonic cancer cell lines and in human colorectal cancerJ. Oncology,2004,67(3-4):271-276.11NAGAFUCHI A.Molecular architecture of adherens junctions J. Curr Opin Cell Biol,2001,13(5):600-603.12PERL A K,WILGENBUS P,DAHL U,et al. A causal role f