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COPA analysis for Prostate cancer #
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Biology

Recurrent Fusion of TMPRSS2 and ETS Transcription Factor Genes in Prostate Cancer #

Science. 2005 Oct 28;310(5748):644-8

1. 연구배경 #

① Leukemia, Lymphoma, Sarcoma등에서 지놈 재배열이 종종 발생함

② 이러한 지놈 재배열은 두 가지 형태로 나타나는데 i) 특정 유전자의 promoter, enhancer등이 oncogene 근처에 재배열되는 경우 (예: IG+TCR이 MYC에 재배열되는 경우) ii) 두 개의 유전자가 fusion되어 새로운 기능 및 활성을 가지는 경우 (BCR-ABL 유전자 fusion)임

2. 연구목적 #

대부분의 암종이 유전자 발현 패턴에 heterogeneous한 특징을 보이므로 기존의 T-test 등의 방법으로는 driver를 찾아내는데 한계가 있음. 그러므로 본 연구에서는 Cancer Outlier Profile Analysis (COPA) 분석을 개발하여 heterogeneous한 발현 패턴에 상관없이 driver를 찾아내고자 함

3. 연구결과 #

1) COPA

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① 10,486개의 샘플에 대한 132개의 마이크로어레이 데이터를 포함한 Oncomine 데이터베이스에 COPA를 적용한 결과 표1의 결과를 얻었음

2) Outlier profiles for ERG and ETV1 in prostate cancer

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① 표1에서 알 수 있듯이 COPA는 ERG와 ETV1을 6개의 독립적인 prostate cancer에서 상위 10위의 유의 유전자로 동정하였음

② 그림1에서 알 수듯이 ERG와 ETV1는 2개의 데이터에서 mutually exclusive한 발현 패턴을 보임

③ Prostate cancer 또는 전이가 되는 prostate cancer에서는 mutually exclusive하게 발현되지만 precursor lesion prostatic intraepithelial neoplasia (PIN)이나 adjacent benign epithelia에서는 발현 증가가 관측되지 않았음

3) Recurrent gene fusion of TMPRSS2 to ERG or ETV1 in prostate cancer

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① 추가 실험을 위해 ERG와 ETV1을 발현시키는 세포주를 찾아내기 위해 qRT-PCR를 수행한 결과 (그림 2A)

② consistent한 결과를 얻지 못하여 DNA 재배열 가능성을 염두에 두고 exon에 대한 qRT-PCR를 수행한 결과, LNCap 세포주는 모든 exon에 대해 비슷한 발현 증가를 보였으나 MET26유래 세포들은 exon간 다른 발현 양상을 보임 (그림 2B)

③ 5’ transcript를 확보하기 위해5’ RNA ligase-mediated rapid amplification of cDNA ends (RLM-RACE)를 수행하고 시퀀싱한 결과 그림2C와 같이 prostate 특이 유전자인 TMPRSS2와 ETV1, ERG가 MET26-N, MET28-LN세포주에서 각각 fusion되어 있는 것을 발견함

4) Validation of TMPRSS2:ERG and TMPRSS2:ETV1 gene fusions in prostate cancer

① TMPRSS2:ERG gene fusion을 확인하기 위해 TMPRSS2의 forward primer+ERG의 exon4에 대한 reverse primer를 디자인하여 qRT-PCR을 수행한 결과 그림 2D와 같이 MET26 유래 세포주에서TMPRSS2:ERG이 확인되었음

②TMPRSS2:ETV1 gene fusion을 확인하기 위해TMPRSS2의 forward primer+ETV의 exon4에 대한 reverse primer를 디자인하여 qRT-PCR을 수행한 결과 그림 2E와 같이 여러 샘플에서TMPRSS2:ETV1이 확인되었음

5) Genomic confirmation of TMPRSS2:ETV1 translocation and ERG rearrangement

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① ETV1::TMPRSS2 Gene fusion을 검증하기 위해MET26, MET28에 대해interphase fluorescence in situ hybridization (FISH)를 수행한 결과, 정상 조직에서는 빨간색의 ETV1과 녹색의 TMPRSS2가 독립적으로 확인되었지만 MET26에서는 두 색깔이 합쳐진 노란색으로 나타나는 것을 확인함 (그림 3A,B)

② ERG2 재배열을 확인하기 위해 ERG의 5’에는 녹색, 3’에는 빨간색 형광을 붙인 경우 정상조직에서는 이 두 형광이 합쳐진 노란색으로 나타나지만 MET28에서는 5’와 3’가 분리되어 나타나는 것을 확인함 (그림 3C,D)

③ETV1::TMPRSS2는 29개 샘플에서 7번, ERG2 재배열은 29개 샘플에서 16번 발생하는 것으로 확인되었음 (그림 3E)

6) Fusion of TMPRSS2 and ERG results in androgen regulation of ERG

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① TMPRSS2는 정상과 neoplastic prostate tissue에서 발현되며 androgen에 의해 강하게 발현되는 유전자임

② androgen에 대한 TMPRSS2::ERG의 발현 패턴을 분석하기 위해 해당 fusion gene을 발현시키는VCaP 세포주와 발현시키지 않는LNCaP 세포주에 androgen을 처리한 후, PSA (androgen target gene)의 발현 및 androgen receptor antagonist (bicalutamide and flutamide)에 대한 반응을 조사하였음

③ 그 결과, 두 세포주에서의 PSA발현량은 유사하였지만 ERG의 발현은 VCaP 세포주에서 2천배 가량 높았음 (그림 4)

④ 즉, TMPRSS2의 5’와 fusion이 일어난 ERG의 경우 androgen에 대해서 sensitive하게 발현이 증가하는 것으로 확인됨

4. 결론 #

본 연구는 COPA 분석을 통해 prostate cancer에서TMPRSS2::ERG, TMPRSS2::ETV1 의 gene fusion이 발생한 것을 새롭게 규명하였으며 이로 인해 androgen 처리 시 ERG, ETV1의 발현이 크게 증가하여 암이 발생하는 기전을 새롭게 밝힘

[출처 : http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16254181]

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