Stomach Health > mave Sundhed >  > Gastric Cancer > Gastric Cancer

PLoS ONE: Opdagelsen af ​​tumormarkører for mavekræft ved Proteomics

Abstrakt

mavekræft (GC) har en høj grad af sygelighed og dødelighed blandt forskellige kræftformer i hele verden. Udviklingen af ​​noninvasive diagnostiske metoder eller teknologier til sporing af forekomsten af ​​GC haster, og søger pålidelige biomarkører er considered.This studie beregnet til direkte opdage differentierede biomarkører fra GC væv ved to-dimension-differentiale gelelektroforese (2D-DIGE), og yderligere at validere proteinekspression ved western blotting (WB) og immunhistokemi (IHC) .Pairs af GC væv (gastrisk kræft væv og de tilstødende normale væv) opnået ved kirurgi blev undersøgt for 2D-DIEG.Five proteiner wereconfirmed af WB og IHC, herunder glukose -regulated protein 78 (GRP78), glutathion-s-transferase pi (GSTpi), apolipoprotein AI (ApoAI), alfa-1 antitrypsin (A1AT) og gastrokine-1 (GKN-1). Blandt resultaterne, GRP78, GSTpi og A1ATwere significantlyup-reguleret og nedreguleret i henholdsvis gastrisk kræftpatienter. Desuden blev GRP78 og ApoAI korreleret med A1AT for protein expressions.This undersøgelse forudsætter disse proteiner kan være kandidater af pålidelige biomarkører for mavekræft

Henvisning:. Wu JY, Cheng CC, Wang JY, Wu DC, Hsieh JS Lee SC, et al. (2014) Opdagelsen af ​​tumormarkører for gastrisk kræft ved Proteomics. PLoS ONE 9 (1): e84158. doi: 10,1371 /journal.pone.0084158

Redaktør: Salvatore V. Pizzo, Duke University Medical Center, USA

Modtaget: August 19, 2013; Accepteret: November 12, 2013; Udgivet: 3 jan 2014

Copyright: © 2014 Wu et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Finansiering:. Dette arbejde blev støttet af tilskud NSC96-3111-P-042A-004-Y, NSC100-2314-B-037-040, og af National Science Rådet for Kina. Dette arbejde blev også støttet af Kaohsiung Medical University Hospital (KMUH97-7R32, KMUH98-8R33). De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

Selvom theprevalence af mavekræft er faldende, og varierende geografisk, er det stadig en af ​​de mest almindelige kræftformer i asiatiske lande og er den fjerde mest almindeligt forekommende kræft (9% af alle kræfttilfælde) på verdensplan. De aldersbetingede standardiserede incidensrater (ASR) er større end 20 pr 100.000 i lande med høj risiko som Kina, Japan og Korea [1], [2], [3]. Det er også den næststørste årsag til kræft død hos begge køn i hele verden (737,000 dødsfald, 9,7% af det samlede beløb). I Østasien, har dødeligheden blevet anslået som omkring 28,1 pr 100.000 i mænd og 13,0 pr 100.000 i kvinder, whilein Nordamerika, de er omkring 2,8 og 1,5 henholdsvis [4].

Femårige overlevelsesrater har varieret fra 90% til mindre end 5 procent, primært afhængigt af den fase af diagnosen [5], [6] .Hvis kan påvises mavekræft og behandles i tidlige stadier, den femårige overlevelse rateis bedre end 90%; men der isno tilsyneladende eller specifik symptom i den tidlige fase gastrisk cancer.Thus, tidligt detectionof mavekræft becomesmore difficult.Although serumpepsinogen (PG) testssuch så lav BGB koncentration og /eller lav BGB /II-forholdet var suggestive screeningstest i høj- risiko lande som Japan, de weregood indikatorer for atrofisk gastritis stedet diagnostisk markersof mavekræft [7] - [9] .Essentially har endoskopi beenthe lovende værktøj med 2,7 til 4,6 gange højere opdagelse end barium undersøgelser [10]. Men tidlig gastrisk kræftdiagnose ved endoscopydependson professionelle dygtighed.

Nogle ikke-invasive biomarkører for diagnose eller opfølgning i mave og lever tumorshave blevet rapporteret. For eksempel, alfa-fetoprotein (AFP) er en af ​​de klinisk nyttige biomarkører til diagnosticering og opfølgning af hepatocellulært carcinom (HCC) .AFP blev hævet over 20 ng /mL i en undersøgelse i mere end 70% af patienter med HCC [11]. Ifølge konklusionerne fra den europæiske sammenslutning for Studiet af leveren (EASL) konference Barcelona-2000, kunne HCC diagnosticeres uden biopsyin tilfælde, hvor AFP er større end 400 ng /ml med en knude større end 2 cm, som viser tegn på arteriel hypervascularization hos patienter med cirrose [12] .Incolorectal karcinom (CRC), præoperativ carcinoembryonisk antigen (CEA) niveau er en meget betydelig prognostisk kovariat og det anbefales af American Society of Clinical Oncology (ASCO), som det bør afprøves præoperativt til give prognostisk information [13]. Serielle forhøjelser af CEA angiver højere mulighed for fornyet CRC. Men der er ingen pålidelige biomarkør for mavekræft.

Derfor søger efter pålidelige biomarkører for mavecancer er meget vigtigt for klinisk praksis. Denne undersøgelse havde til formål at opdage pålidelige protein biomarkører fra matchede væv (tumor og tilstødende normale væv) med to-dimension-forskel gelelektroforese (2D-DIGE), og identificere de proteiner ved matrix-assisteret laser desorption /ionisering-billeddannelse massespektrometri (MALDI -IMS).

Materialer og metoder

Vævsprøver

Vævsprøver blev opnået efter informere tilladelser blev underskrevet. Parret samplesincluding tumor og tilstødende normale tissuesfrom patienter blev afledt endoskopiske biopsier eller surgery.The tumor kvaliteter blev bestemt ifølge den amerikanske Joint Commission om kræft Iscenesættelse (AJCCS) system ved patologer under methylenblåt staining.Clinical information af patienterne blev registreret, herunder alder, køn, tumortype, invasion og overlevelse. Derudover blev koncentrationen CEA i serum også målt med radioaktivt immunoassay i rutinemæssig medicinsk diagnosis.The individualsenrolled i nærværende undersøgelse har givet skriftligt informeret samtykke til at offentliggøre disse tilfælde details.This undersøgelse blev godkendt af Institutional Review Board of Kaohsiung Medical University Chung- Ho Memorial Hospital (KMUH-IRB-980.382).

To dimension-forskel gelelektroforese

En (tabel 1) par vævsprøver washomogenized (PRO 200, Bertec, Taiwan) i moderat lydstyrke lyseringsbuffer (50 mM Tris-HCI, 8M urinstof, 4% (w /v) 3 - [(3-cholamidopropyl) dimethylammonio] -1-propansulfonat, og pH 8,5). Den individuelle 50 ug prøveprotein blev mærket med 400 pmol Cy3 eller Cy5 separat for 30 minutter (fig. 1B). Desuden blev poolet prøveblandingen (100 ug) mærket med 800 pmol CY2 som intern standard på samme tid. Efterfølgende mærkningen reactionswere stoppet ved inkubering 1 pi 10 mM lysin-buffer i 30 minutter, derefter en-folds volumen af ​​prøvebuffer (8 M urinstof, 20 mM dithiothreitol, 4% (w /v) 3 - [(3 -Cholamidopropyl) dimethylammonio] -1-propansulfonat, 0,5% (v /v) IPG buffer og få bromphenolblåt) blev added.The første separation, isoelektrisk fokusering, blev udført under anvendelse cap loading på gelen strimler (7 cm, pI 4- 7) ved 20 ° C holde under 15000voltage-timer (IPGphor-system, GE Healthcare). Efter ækvilibrering med natriumdodecylsulfat, andet separationwas udført using4-12% natriumdodecylsulfat-polyacrylamid gelelektroforese. De gel billeder blev erhvervet (Typhoon TRIO Variabel tilstand Imager, GE Healthcare) ved hjælp af 488, 532, og 633 nm lasere med en emission filter på 520, 532 og 670 nm. Alle billeder blev analyseret med DeCyder 6.5 software (GE Healthcare) for at vælge den differentierede proteiner, som wereselected afhængigt onthe anbringelse under en betydelig værdi på 0,05 i henhold til Student t
-test.

In-gel tryptisk fordøjelse

De geler farvet med Sybro Ruby (sigma) blev efterfølgende affarvet med 10% methanol og 7% eddikesyre i deioniseret vand for præcis 30 min.The synlige-spots geler under en UV-transilluminator (Spectroline) var anvendes til at grave for de interessante proteiner manuelt. Disse gelpartikler blev vasket i 100 pi 25 mM ammoniumbicarbonat i 50% acetonitril i 15 minutter og derefter vasket i 200 pi 25 mM ammoniumbicarbonat i deioniseret vand i 15 minutter to gange, og derefter nok acetonitril blev tilsat for at formindske gelpartikler. Efter tørring ned, den enkelte gel particleswereincubated med 3 pi 20 ng /pl trypsin i 25 mM ammoniumbicarbonat ved 4 ° C i 1 time og efterfølgende 3 pi 25 mM ammoniumbicarbonat blev tilsat til at fordøje proteinerne ved 56 ° C i 1 time. Efter In-gel fordøjelse blev 2 pi 100% acetonitril med 1% trifluoreddikesyre tilsat til opløsningerne og derefter blev prøverne sonikeret i 10 min for at frigive peptider fra gelpartikler.

Massespektrometrisk analyse til identifikation protein

Hver proteinopløsningen spaltet med trypsin blev blandet 1:01 med 10 mg /mlof α-cyano-4-hydroxykanelsyre opløst i 50% acetonitril /0,1% trifluoreddikesyre, og spottet på AnchorChip MALDI target (Bruker Daltonics GmbH , Bremen, Tyskland), indtil tør. Peptider blev analyseret ved MALDI-TOF /TOF UltraflexIII (Bruker Daltonics) under 20 KV med positiv model, og peak-data blev overført til FlexAnalysis ™ 3.0 software (Bruker Daltonics) til avanceret beregning og kalibrering. MASCOT 2.2 (Matrix Science) blev anvendt til at matche peptider med NCBI eller Swiss-Prot database for identifikation protein. Indstillingen var begrænset til menneskelige taksonomi parameters.Meanwhile blev carbamidomethyl cystein brugt som en fast modifikation, og oxideret methionin som en variabel modifikation. Sandsynligheden (P) var baseret på mowse udregnet fra -10 × Log (P). Protein score større end 56 var signifikant ( s
< 0,05). Desuden blev en af ​​de store peptid toppe optræder på frekvenser, der anvendes til at bekræfte ens resultat ved at identificere aminosyresekvens, som kaldes peptid fragment fingeraftryk metode.

Western blotting

Parrene af vævsprøver blev homogeniseret (Pro 200, Bertec) i lysepuffer (10 mM natriumphosphat, 0,9% natriumchlorid, 1% Triton-X100, pH 7,4) og inkuberet på rystning ved 4 ° C i 1 time. Efter at komme af de udfældede pellets ved højhastighedscentrifugering (10000 rpm, 5 minutter), blev pipetterede supernatanter tilsat til prøve-buffer (10 mM natriumphosphat, 0,9% natriumchlorid, 8 M urinstof, 30% glycerol, 2 % natriumdodecylsulfat, 0,1% β-mercaptoethanol og 0,1% bromphenolblåt) ved 1: 1 ratio og koges ved 100 ° C i 5 minutter for protein denature.Approximately 20 ug af hver prøve-protein blev påført på individuelle gitter af 4- 12% natriumdodecylsulfat-polyacrylamidgelelektroforese (SDS-PAGE, Invitrogen). Den iblot tør blotting-systemet (Invitrogen) blev anvendt til at transformere proteinerne til polyvinylidenfluorid (PVDF) membran baseret på ion strømmer langs med en kobber elektrode. Efter anvendelse af 0,5% mælk for at udviske PVDF-membranen i 30 minutter blev theindividual primære antistof (2 ug /ml) tilsat til inkubation i 2 timer på rystning. De konsekvente sekundære antistoffer konjugeret med peberrodsperoxidase (HRP) (2 ug /ml) blev inkuberet i 1 time på omrystning fortløbende. Mellem inkubation processer, repeatedlywashings af PBS-buffer (10 mM natriumphosphat, pH 7,4 og 0,9% natriumchlorid) weredone. ECL detection system (Millipore) blev udført, og billederne blev erhvervet af Imaging System (Gel Doc XR System, Bio-Rad), afhængigt af moderate udforske tid.

Immunhistokemi

Immunhistokemi var performedusing en standard peroxidase-baseret farvningsfremgangsmåde. Vævsprøverne blev skåret af en kryostat (HM525, uM) .Fresh vævssnit (10 um) på lysin-coatede objektglas blev driedon et varmelegeme ved 37 ° C og konsekutivt nedsænket ved sekventiel 75%, 95% og 100% ethanol i 1 minut for protein fiksering. Kort fortalt blev endogen peroxidaseaktivitet standset med 3% hydrogenperoxid i 10 minutter. Antigenet episode blev blotlagt ved at nedsænke vævet slide i 10 mM citrat syre inden kogende vand i 25 minutter. Successive inkuberinger med de individuelle primære antibodyandthe HRP-konjugeret sekundære antistoffer blev udført til individuel 1 time på omrystning. AEC-kit (Sigma) blev anvendt til at farve væv, og operationen fulgte den vedlagte manual. Kort fortalt wasperformed themixed opløsning af 2,5 M acetat-puffer, AEC kromogent (3-amino-9ethylcarbazole) og 3% hydrogenperoxid øjeblikkeligt og fortløbende inkuberet med væv slides.The billed farvende objektglas blev observeret og erhvervet under en mikroskopi (BX51, Olympus) .

Statistik analyse

den statistiske software SPSS blev udført for at beregne betydningen ifølge Student t
-test og korrelation blandt GRP78, GSTpi, A1AT, ApoAI og GKN- 1. Den significantdifference ( s Drømmeholdet værdi) var acceptabelt som mindre end 0,5.

Resultater

Biomarkører opdagelse baseret på 2D-DIGE

mavekræft væv blev analyseret af 2D-DIGE og sammenlignet med parrede normale væv for at søge efter de formodede biomarkører for mavekræft. Forskelle i proteinexpressions større end 1,2 gange var formodede kandidater. Gelen billede var præsentation af proteiner placering mærket med cy-farvestoffer (fig. 1). Femten proteiner kunne identificeres, herunder glucose-reguleret protein 78 (GRP78), varmechok beslægtede 71 kDa protein (hsc70), protein-disulfid-isomerase A3 (PDIA3), mitokondrie ATP syntase-underenheden beta (ATPB), disulfidisomeraseproteinet-relateret protein 5 (PDIRP5), gastricsin, glutathion s-transferase pi (GSTpi), apolipoprotein AI (ApoAI), alfa-1-antitrypsin (A1AT) og gastrokine-1 (GKN-1) .I 3 duplikerede gentagelser blev nogle identiske proteiner findes på forskellige placeringer af gel og udelukket under mistanke for post-translationel modifikation. Endelig blev fem proteiner, herunder GRP78, GSTpi, ApoAI, A1AT og GKN-1 bekræftet og yderligere valideret som formodede markører for mavekræft. De detaljerede sammenligninger ved stereopicture og forstørret gel imageswere vist i figur 2.

Western blotting og statistisk analyse

Twelvepairs af væv fra mavecancerpatienter blev brugt som validering gruppe. Fire patienter var stadium I, 3 patienter var trin II, 2 patienter var stadium III, og 3 patienter var stadie IV. Den kliniske oplysninger blev anført i tabel 1.Five af proteinerne (GRP78, GSTpi, ApoAI, A1AT og GKN-1) blev bekræftet af vestlige blotting.Amongthe resultater, GRP78 og GSTpiwere significantlyup-reguleret mens A1AT var signifikant nedreguleret i gastrisk cancer væv sammenlignet med normale væv (figur 3). .For GSTpi, nineout af 12 patienter (75%) havde opreguleret protein udtryk i tumortissues; på den anden side 10 af 12 patienter (83%) har nedreguleret A1AT protein expression.Regarding forholdet mellem protein udtryk og kliniske faser, GRP78 har en tendens til at stige fra trin I til trin IValthough ingen statistisk signifikans kunne findes. Ekspressionen af ​​GSTpi og A1AT blev ikke korreleret med kliniske stadier (figur 4)

Interessant nok protein udtryk for GRP78 i disse par af væv svarede til den for ApoAI (r 2:. -0,61, s
< 0,01) og A1AT (r 2: -0,49, s
< 0,05) (figur 5).. I mellemtiden var det protein udtryk for ApoAI korreleret med den for A1AT (r 2: 0,62, s
< 0,01, figur 4.). Resultaterne indikerede, at disse tre formodede biomarkører, GRP78, ApoAI og A1AT, var forbundet med hinanden i proteinekspression. På kontrasten, GSTpi og GKN-1 syntes at være uafhængige for proteinekspression.

Immunhistokemi

DespiteGRP78, GSTpi og A1AT er statisticallydifferent betydeligt, den ekspressionel tendens for andre proteiner var den samme som den observation i 2D-DIGE eksperiment. Immunhistokemi blev brugt til at validere de erhvervede resultater fra western blotting eksperiment. GRP78, GSTpi, ApoAI, GKN-1, og A1AT blev valideret i gastrisk cancer væv og ikke-cancervæv som vist i figur 6. De protein udtryk i par af væv stemte overens med den observation i western blotting. Især de up-regulerede proteiner, GRP78 og GSTpi, blev specifikt placeret på gastrisk adenocarcinom celler. På den anden side er de nedregulerede proteiner, herunder ApoAI og A1AT var til stede på de normale gastriske kirtler. En anden nedreguleret protein, GKN-1, blev vist som den, der optrådte på slimhinden af ​​gastrisk væv.

Diskussion

Det er vigtigt at have biomarkører til diagnosticering og opfølgning af gastrisk cancer.However, carcinoembryonisk antigen (CEA), kulhydrat antigen (CA19-9) og CA72-4 er ikke almindeligt anvendt i klinisk practices.The nærværende undersøgelse havde til formål at afsløre formodede biomarkører ved at sammenligne den differentierede proteiner mellem matchede kræft og normale væv. Bagefter blev disse formodede biomarkører undersøgt i validering group.Five formodede proteiner, herunder GRP78, GSTpi, ApoAI, A1AT og GKN-1, blev identificeret ved to-dimensiondifference gelelektroforese (2D-DIGE), andmatrix-assisteret laser desorption /ionization- imaging massespektrometri (MALDI-IMS) og fatherlyvalidated i 12 kliniske patients.Among fem formodede proteiner, GRP78 og GSTpi var betydeligt opreguleret og specifikt forbedret i cancerceller ved western blotting og immunohistochemistry.In kontrast, A1AT wassignificantlydown-regulerede og havde positive og negativ korrelation med ekspression af ApoAI og GRP78.

Mange potentielle biomarkører for mavekræft er blevet foreslået i tidligere studies.High niveauer af GSTpi i mave karcinomer blev demonstreret [14] .De udtryk for GSTpi blev også korreleret med mavekræft stagewhere forhøjede GSTpi werefound i 50% ved trin i eller II, og 80% ved trin III eller IV gastrisk kræftpatienter [15] .Et tidligere undersøgelse viste, at GSTpi-positive patienter havde mindre femårige sygdomsfrie overlevelse (49,0%) sammenlignet med GSTpi-negative patienter (75,0%), anført GSTpi var en markør for prognostisk betydning [16] .I den foreliggende undersøgelse overekspression af GSTpi i 75% af mavecancerpatienter var også demonstrated.However, omfanget af overekspression af GSTpi blev ikke korreleret med kliniske stadier (fig. 4).

Over-expressionof GRP78 protein blev også rapporteret som en formodet biomarkør for gastrointestinal cancers.GRP78 over-udtryk kan påvises og relateret til den fase og prognose af esophageal adenocarcinom [17], og kolorektal cancer [ ,,,0],18]. Det er en af ​​de cellulære stress respons proteiner, som spiller en vigtig rolle i tumor biologi, såsom regulering af apoptose og vedligeholdelse af intracellulært calcium balance [19], [20]. Det blev også rapporteret, at over-udtryk for GRP78 ved immunhistokemi i gastrisk kræft prøver og metastatiske lymfeknuder blev omvendt korreleret med patientens overlevelse [21]. Men de metoder, der anvendes i den foreliggende undersøgelse var forskellige fra Zhang rapport. Vi udforskes kandidat proteiner ved 2D-DIGE at adskille differentierede proteiner og MALDI-TOF /TOF at identificere peptider i matchede cancer og normale tissues.In vores undersøgelse, at overekspression af GRP78 blev forøget og havde en tendens til korrelation med kliniske stadier, selvom ingen statistisk signifikans på grund af begrænsningen af ​​sagsnumre.

nedregulering af proteiner kan spille en vigtig rolle i carcinogenese. I den foreliggende undersøgelse tre proteiner, ApoAI, A1AT, og GKN-1, blev nedreguleret i de normale gastriske væv sammenlignet med mavekræft tissues.The forholdet ApoAI og mavekræft er ikke blevet rapporteret. ApoAI er en af ​​de største proteinbestanddele af high-density lipoprotein kolesterol (HDL-C) og spiller en fremtrædende rolle i opretholdelsen cholesterol transport og atheroprotektiv virkning af HDL-C [22] .Apolipoproteins såsom ApoAI kan modulere lipopolysaccharid-inducedinflammatory respons i sepsis [23]. I den foreliggende undersøgelse, er det muligt, at faldet ApoAI er en afspejling af kronisk inflammation, der er en årsag til carcinogenese. Yderligere undersøgelse er nødvendig for at påvise sammenhængen mellem faldet i ApoAI og dys-regulering af inflammation.

Selvom øget A1AT i indledende faser og korrelation med udviklingen af ​​gastrisk stadier kræft blev observeret af Bernacka K. et al. [ ,,,0],24], kunne begrænsede data belyse øget A1AT som tumormarkør af gastrisk cancer. I stedet faldt A1AT i gastrisk cancer blev fundet i vores studie. A1AT besidder antiinflammatorisk aktivitet in vitro og bidrager til undertrykkelse af proinflammatorisk cytokinsyntese såsom interleukin-8, TNF-alfa, interleukin-1 beta [25]. Det er blevet rapporteret, at værten genetiske faktorer, der påvirker interleukin-1-beta kan bestemme sygdommen fænotype af H. pylori-infektion [26]. Det er muligt, at nedsat A1AT inhiberer proinflammatorisk cytokin suppressionsvirkning. [25]. I vores undersøgelse korrelationen mellem nedsat A1AT og ApoA1 antoges en indikator for kronisk inflammation.

Gastrokine-1 (GKN-1), der besidder nogle mitogene virkninger på intestinale epitelceller (IEC-6), var ned -regulated i gastrisk cancer væv sammenlignet med matchede normal maveslimhinden i vores undersøgelse. Maveslimhinden restaurering efter skade kan hæmmes, hvis GKN-1 nedreguleres [27], [28] .Det er blevet rapporteret, at GKN1 er relateret til apoptotiske signaler, der er vigtige for vævsheling under neoplastisk transformation [29]. Dataene af denne undersøgelse tyder også en nedsat GKN-1 findes i gastrisk kræft væv.

Proteomics-baserede metode til at identificere apoptose-relaterede proteiner i mavekræft er tidligere rapporteret af Bai Z. et al [ ,,,0],30] .Nevertheless, differentiel ekspression proteiner ifølge den foreliggende undersøgelse var ikke identisk med Bai rapport tyder ENO1, GRP78, GRP94, PPIA, PRDX1 og PTEN som potentiel mavekræft biomarkers.Regarding udviklingen af ​​gastrisk cancer, er en kompliceret proces, og udstiller interaktioner mellem vært, miljø og bakterier såsom Helicobacter pylori
.En enkelt faktor eller protein kunne ikke være i stand til at forudsige forekomst og progression af mavekræft. I den foreliggende undersøgelse blev der fundet fem formodede proteiner, som skal udtrykkes forskelligt i matchede væv (tumor og tilstødende normalt væv). To af dem (GRP78 og GSTpi) var opreguleret og de andre (ApoAI, A1AT, og GKN-1) blev nedreguleret. Yderligere undersøgelser vil være nødvendige for at belyse theseproteins asbiomarkers til påvisning af gastrisk cancer.