БИОХИМИЯ, 2019, том 84, вып. 6, с. 786–794

УДК 577.123.1

Дифференциальные профили экспрессии микроРНК могут являться потенциальными биомаркерами аденокарциномы протоков поджелудочной железы*,**

© 2019 Y. Zhu 1 #, J. Wang 2 #, F. Wang 3, Z. Yan 3, G. Liu 2, Y. Ma 4, W. Zhu 5, Y. Li 3, L. Xie 3, A.V. Bazhin  6***, X. Guo 3***

1 Department of Oncology, International Joint Laboratory for Cell Medical Engineering of Henan Province, Henan University Huaihe Hospital, No. 8 Baobei Road, Kaifeng, Henan 475000, People’s Republic of China; E-mail: celltransplant@163.com

2 Department of Oncology, the Second Affiliated Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou, No. 2 Jingba Road, Henan 450014, People’s Republic of China; E-mail: wj68happy@hotmail.com

3 Department of Preventive Medicine, Cell Signal Transduction Laboratory, Joint National Laboratory for Antibody Drug Engineering, Institute of Biomedical Informatics, Medical School, Henan University, Kaifeng, Henan 475004, People’s Republic of China; E-mail: xqguo@henu.edu.cn

4 College of Pharmacy and Tianjin Key Laboratory of Molecular Drug Research, Nankai University, Haihe Education Park, 38 Tongyan Road, Tianjin 300353, People’s Republic of China; E-mail: mayonggang@nankai.edu.cn

5 Department of Anesthesia, Stanford University, CA 94305, USA; E-mail: wan.zhu@stanford.edu

6 Department of General, Visceral, and Transplantation Surgery, Ludwig-Maximilians-University, Munich, Munich 81377, Germany; E-mail: alexandr.bazhin@med.uni-muenchen.de

Поступила в редакцию 04.12.2018
После доработки 02.02.2019
Принята к публикации 04.02.2019

DOI: 10.1134/S0320972519060046

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: аденокарцинома протоков поджелудочной железы (PDAC), miРНК плазмы крови, профили экспрессии.

Аннотация

Лечение аденокарциномы протоков поджелудочной железы (PDAC) вызывает определенные трудности, вызванные проблемами с ранней диагностикой данного заболевания. Возможными биологическими маркерами для раннего диагностирования этого вида рака могут служить специфичные сывороточные микроРНК (miРНК). В представленной работе мы проанализировали образцы плазмы крови здоровых людей и пациентов с PDAC для идентификации и оценки уровней экспрессии различных miРНК с помощью технологии секвенирования следующего поколения и биоинформационного анализа. Мы установили, что уровни экспрессии 165 зрелых miРНК претерпевали значительные изменения у больных раком, причем из них экспрессия 75 miРНК регулировалась положительно, а экспрессия 90 miРНК — отрицательно у больных пациентов по сравнению со здоровыми индивидами. Кроме того, мы идентифицировали 1029 новых miРНК. Можно заключить, что профили экспрессии miРНК в плазме крови различались между собой у пациентов с PDAC и здоровых людей. Полученные нами результаты могут свидетельствовать о возможности использования miРНК в качестве диагностических и прогностических биомаркеров при PDAC.

Текст статьи

Пожалуйста, введите код, чтобы получить PDF файл с полным текстом статьи:

captcha

Сноски

* Первоначально английский вариант рукописи опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow) http://protein.bio.msu.ru/biokhimiya, в рубрике «Papers in Press», BM18-333, 08.04.2019.

** Приложение к статье на английском языке опубликовано на сайте журнала «Biochemistry» (Moscow) и на сайте издательства Springer (Link.springer.com), том 84, вып. 5, 2019. Статья на английском языке опубликована в Biochemistry (Moscow), том 84, вып. 5, 2019.

*** Адресат для корреспонденции.

# Авторы внесли равный вклад в работу.

Финансирование

Данная работа была частично поддержана проектом Департамента науки и технологии провинции Хэнань (№ 162102410006), Комиссией по здравоохранению и планированию семьи провинции Хэнань (№ 2017049), Национальным фондом по естественным наукам Китая (No. 81602362), Программой по науке и техническому развитию провинции Хэнань (№ 162102310391), Программой для юных преподавателей провинции Хэнань (2016GGJS-214), вспомогательными грантами Хэнаньского университета (№ 2015YBZR048 и B2015151), Стипендиальной программой реки Желтой (№ H2016012), Программой поддержки инновационных талантов в области науки и техники провинции Хэнань (№ 18HASTIT048).

Благодарности

Авторы горячо признательны проф. Deling Yin (Department of Internal Medicine and Biomedical Sciences, State University’s Quillen College of Medicine, the East Tennessee) за инструктирование и помощь.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Исследование было санкционировано комитетом по этике Второго филиала госпиталя университета Чжанчжоу, Китай (№ лицензии LL201508001). Все процедуры, выполненные в исследовании с участием людей, соответствуют этическим стандартам институционального и/или национального комитета по исследовательской этике и Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующим изменениям или сопоставимым нормам этики. От каждого из включенных в исследование участников было получено информированное добровольное согласие.

Список литературы

1. Raimondi, S., Maisonneuve, P., and Lowenfels, A.B. (2009) Epidemiology of pancreatic cancer: an overview, Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol., 6, 699–708.

2. Hartwig, W., Werner, J., Jager, D., Debus, J., and Buchler, M.W. (2013) Improvement of surgical results for pancreatic cancer, Lancet Oncol., 14, e476–e485.

3. Lee, R.C., Feinbaum, R.L., and Ambros, V. (1993) The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14, Cell, 75, 843–854.

4. Krol, J., Loedige, I., and Filipowicz, W. (2010) The widespread regulation of microRNA biogenesis, function and decay, Nat. Rev. Genet., 11, 597–610.

5. Van Kouwenhove, M., Kedde, M., and Agami, R. (2011) MicroRNA regulation by RNA-binding proteins and its implications for cancer, Nat. Rev. Cancer, 11, 644–656.

6. Rana, T.M. (2007) Illuminating the silence: understanding the structure and function of small RNAs, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 8, 23–36.

7. Stefani, G., and Slack, F.J. (2008) Small non-coding RNAs in animal development, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 9, 219–230.

8. Suzuki, H.I., Arase, M., Matsuyama, H., Choi, Y.L., Ueno, T., Mano, H., Sugimoto, K., and Miyazono, K. (2011) MCPIP1 ribonuclease antagonizes dicer and terminates microRNA biogenesis through precursor microRNA degradation, Mol. Cell, 44, 424–436.

9. Esquela-Kerscher, A., and Slack, F.J. (2006) Oncomirs – microRNAs with a role in cancer, Nat. Rev. Cancer, 6, 259–269.

10. An, X., Sarmiento, C., Tan, T., and Zhu, H. (2017) Regulation of multidrug resistance by microRNAs in anti-cancer therapy, Acta Pharm. Sin. B, 7, 38–51.

11. Jafri, M.A., Al-Qahtani, M.H., and Shay, J.W. (2017) Role of miRNAs in human cancer metastasis: implications for therapeutic intervention, Semin. Cancer Biol., 44, 117–131.

12. Fattore, L., Costantini, S., Malpicci, D., Ruggiero, C.F., Ascierto, P.A., Croce, C.M., Mancini, R., and Ciliberto, G. (2017) MicroRNAs in melanoma development and resistance to target therapy, Oncotarget, 8, 22262–22278.

13. Fabbri, M., Paone, A., Calore, F., Galli, R., Gaudio, E., Santhanam, R., Lovat, F., Fadda, P., Mao, C., Nuovo, G.J., Zanesi, N., Crawford, M., Ozer, G.H., Wernicke, D., Alder, H., Caligiuri, M.A., Nana-Sinkam, P., Perrotti, D., and Croce, C.M. (2012) MicroRNAs bind to Toll-like receptors to induce prometastatic inflammatory response, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 109, E2110–E2116.

14. Cortez, M.A., Bueso-Ramos, C., Ferdin, J., Lopez-Berestein, G., Sood, A.K., and Calin, G.A. (2011) MicroRNAs in body fluids – the mix of hormones and biomarkers, Nat. Rev. Clin. Oncol., 8, 467–477.

15. Stroun, M., Lyautey, J., Lederrey, C., Olson-Sand, A., and Anker, P. (2001) About the possible origin and mechanism of circulating DNA apoptosis and active DNA release, Clin. Chim. Acta, 313, 139–142.

16. Mitchell, P.S., Parkin, R.K., Kroh, E.M., Fritz, B.R., Wyman, S.K., Pogosova-Agadjanyan, E.L., Peterson, A., Noteboom, J., O’Briant, K.C., Allen, A., Lin, D.W., Urban, N., Drescher, C.W., Knudsen, B.S., Stirewalt, D.L., Gentleman, R., Vessella, R.L., Nelson, P.S., Martin, D.B., and Tewari, M. (2008) Circulating microRNAs as stable blood-based markers for cancer detection, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 105, 10513–10518.

17. Karius, T., Schnekenburger, M., Dicato, M., and Diederich, M. (2012) MicroRNAs in cancer management and their modulation by dietary agents, Biochem. Pharmacol., 83, 1591–1601.

18. Brunetti, O., Russo, A., Scarpa, A., Santini, D., Reni, M., Bittoni, A., Azzariti, A., Aprile, G., Delcuratolo, S., Signorile, M., Gnoni, A., Palermo, L., Lorusso, V., Cascinu, S., and Silvestris, N. (2015) MicroRNA in pancreatic adenocarcinoma: predictive/prognostic biomarkers or therapeutic targets? Oncotarget, 6, 23323–23341.

19. Liu, R., Chen, X., Du, Y., Yao, W., Shen, L., Wang, C., Hu, Z., Zhuang, R., Ning, G., Zhang, C., Yuan, Y., Li, Z., Zen, K., Ba, Y., and Zhang, C.Y. (2012) Serum microRNA expression profile as a biomarker in the diagnosis and prognosis of pancreatic cancer, Clin. Chem., 58, 610–618.

20. Cote, G.A., Gore, A.J., McElyea, S.D., Heathers, L.E., Xu, H., Sherman, S., and Korc, M. (2014) A pilot study to develop a diagnostic test for pancreatic ductal adenocarcinoma based on differential expression of select miRNA in plasma and bile, Am. J. Gastroenterol., 109, 1942–1952.

21. Wang, J., Chen, J., Chang, P., LeBlanc, A., Li, D., Abbruzzesse, J.L., Frazier, M.L., Killary, A.M., and Sen, S. (2009) MicroRNAs in plasma of pancreatic ductal adenocarcinoma patients as novel blood-based biomarkers of disease, Cancer Prev. Res. (Phila), 2, 807–813.

22. Liu, J., Gao, J., Du, Y., Li, Z., Ren, Y., Gu, J., Wang, X., Gong, Y., Wang, W., and Kong, X. (2012) Combination of plasma microRNAs with serum CA19-9 for early detection of pancreatic cancer, Int. J. Cancer, 131, 683–691.

23. Schultz, N.A., Dehlendorff, C., Jensen, B.V., Bjerregaard, J.K., Nielsen, K.R., Bojesen, S.E., Calatayud, D., Nielsen, S.E., Yilmaz, M., Hollander, N.H., Andersen, K.K., and Johansen, J.S. (2014) MicroRNA biomarkers in whole blood for detection of pancreatic cancer, JAMA, 311, 392–404.

24. Sun, Z., Evans, J., Bhagwate, A., Middha, S., Bockol, M., Yan, H., and Kocher, J.P. (2014) CAP-miRSeq: a comprehensive analysis pipeline for microRNA sequencing data, BMC Genomics, 15, 423.

25. Langmead, B., Trapnell, C., Pop, M., and Salzberg, S.L. (2009) Ultrafast and memory-efficient alignment of short DNA sequences to the human genome, Genome Biol., 10, R25.

26. An, J., Lai, J., Lehman, M.L., and Nelson, C.C. (2013) miRDeep*: an integrated application tool for miRNA identification from RNA sequencing data, Nucleic Acids Res., 41, 727–737.

27. Friedlander, M.R., Mackowiak, S.D., Li, N., Chen, W., and Rajewsky, N. (2012) miRDeep2 accurately identifies known and hundreds of novel microRNA genes in seven animal clades, Nucleic Acids Res., 40, 37–52.

28. Robinson, M.D., McCarthy, D.J., and Smyth, G.K. (2010) edgeR: a bioconductor package for differential expression analysis of digital gene expression data, Bioinformatics, 26, 139–140.

29. Chen, X., Su, Z., Wang, S., and Xu, H. (2016) Clinical and prognostic significance of Arl4c expression in colorectal cancer, Cancer Biomark., 16, 253–257.

30. Li, Y., Li, A., Wu, J., He, Y., Yu, H., Chai, R., and Li, H. (2016) MiR-182-5p protects inner ear hair cells from cisplatin-induced apoptosis by inhibiting FOXO3a, Cell Death Dis., 7, e2362.

31. Czabotar, P.E., Colman, P.M., and Huang, D.C. (2009) Bax activation by Bim? Cell Death Differ., 16, 1187–1191.

32. Chen, Q., Yang, L., Xiao, Y., Zhu, J., and Li, Z. (2014) Circulating microRNA-182 in plasma and its potential diagnostic and prognostic value for pancreatic cancer, Med. Oncol., 31, 225.

33. Persson, H., Kvist, A., Rego, N., Staaf, J., Vallon-Christersson, J., Luts, L., Loman, N., Jonsson, G., Naya, H., Hoglund, M., Borg, A., and Rovira, C. (2011) Identification of new microRNAs in paired normal and tumor breast tissue suggests a dual role for the ERBB2/Her2 gene, Cancer Res., 71, 78–86.

34. Pouladi, N., Kouhsari, S.M., Feizi, M.H., Gavgani, R.R., and Azarfam, P. (2013) Overlapping region of p53/wrap53 transcripts: mutational analysis and sequence similarity with microRNA-4732-5p, Asian Pac. J. Cancer Prev., 14, 3503–3507.

35. Maitra, A., Adsay, N.V., Argani, P., Iacobuzio-Donahue, C., De Marzo, A., Cameron, J.L., Yeo, C.J., and Hruban, R.H. (2003) Multicomponent analysis of the pancreatic adenocarcinoma progression model using a pancreatic intraepithelial neoplasia tissue microarray, Mod. Pathol., 16, 902–912.

36. Li, L., Li, B., Chen, D., Liu, L., Huang, C., Lu, Z., Lu, N., and Wan, X. (2015) miR-139 and miR-200c regulate pancreatic cancer endothelial cell migration and angiogenesis, Oncol. Rep., 34, 51–58.

37. Miyoshi, J., Toden, S., Yoshida, K., Toiyama, Y., Alberts, S.R., Kusunoki, M., Sinicrope, F.A., and Goel, A. (2017) MiR-139-5p as a novel serum biomarker for recurrence and metastasis in colorectal cancer, Sci. Rep., 7, 43393.

38. Chen, Z., Yu, T., Cabay, R.J., Jin, Y., Mahjabeen, I., Luan, X., Huang, L., Dai, Y., and Zhou, X. (2017) miR-486-3p, miR-139-5p, and miR-21 as biomarkers for the detection of oral tongue squamous cell carcinoma, Biomark. Cancer, 9, 1–8.

39. Sun, C., Sang, M., Li, S., Sun, X., Yang, C., Xi, Y., Wang, L., Zhang, F., Bi, Y., Fu, Y., and Li, D. (2015) Hsa-miR-139-5p inhibits proliferation and causes apoptosis associated with down-regulation of c-Met, Oncotarget, 6, 39756–39792.

40. Mo, Y., Lu, Y., Wang, P., Huang, S., He, L., Li, D., Li, F., Huang, J., Lin, X., Li, X., Che, S., and Chen, Q. (2017) Long non-coding RNA XIST promotes cell growth by regulating miR-139-5p/PDK1/AKT axis in hepatocellular carcinoma, Tumour Biol., 39, 1010428317690999.

41. Sand, M., Skrygan, M., Sand, D., Georgas, D., Hahn, S.A., Gambichler, T., Altmeyer, P., and Bechara, F.G. (2012) Expression of microRNAs in basal cell carcinoma, Br. J. Dermatol., 167, 847–855.

42. Xu, K., Shen, K., Liang, X., Li, Y., Nagao, N., Li, J., Liu, J., and Yin, P. (2016) MiR-139-5p reverses CD44+/CD133+-associated multidrug resistance by downregulating NOTCH1 in colorectal carcinoma cells, Oncotarget, 7, 75118–75129.

43. Chen, H., Xu, H., Meng, Y.G., Zhang, Y., Chen, J.Y., and Wei, X.N. (2016) miR-139-5p regulates proliferation, apoptosis, and cell cycle of uterine leiomyoma cells by targeting TPD52, Onco Targets Ther., 9, 6151–6160.

44. Janikova, M., Zizkova, V., Skarda, J., Kharaishvili, G., Radova, L., and Kolar, Z. (2016) Prognostic significance of miR-23b in combination with P-gp, MRP and LRP/MVP expression in non-small cell lung cancer, Neoplasma, 63, 576–587.

45. Cinegaglia, N.C., Andrade, S.C., Tokar, T., Pinheiro, M., Severino, F.E., Oliveira, R.A., Hasimoto, E.N., Cataneo, D.C., Cataneo, A.J., Defaveri, J., Souza, C.P., Marques, M.M., Carvalho, R.F., Coutinho, L.L., Gross, J.L., Rogatto, S.R., Lam, W.L., Jurisica, I., and Reis, P.P. (2016) Integrative transcriptome analysis identifies deregulated microRNA-transcription factor networks in lung adenocarcinoma, Oncotarget, 7, 28920–28934.

46. Begum, S., Hayashi, M., Ogawa, T., Jabboure, F.J., Brait, M., Izumchenko, E., Tabak, S., Ahrendt, S.A., Westra, W.H., Koch, W., Sidransky, D., and Hoque, M.O. (2015) An integrated genome-wide approach to discover deregulated microRNAs in non-small cell lung cancer: clinical significance of miR-23b-3p deregulation, Sci. Rep., 5, 13236.

47. Wang, P., Zhang, J., Zhang, L., Zhu, Z., Fan, J., Chen, L., Zhuang, L., Luo, J., Chen, H., Liu, L., Chen, Z., and Meng, Z. (2013) MicroRNA 23b regulates autophagy associated with radioresistance of pancreatic cancer cells, Gastroenterology, 145, 1133–1143.e12.