整合NCI-60细胞株中DNA拷贝数、基因表达水平和药物敏感性的数据

摘要

介绍

癌症的表型是DNA、mRNA和蛋白质水平变化的动态相互作用，导致对细胞外刺激的反应改变和不受调控的生长。癌症治疗的进一步改进在很大程度上取决于对这些不同因素如何相互作用的了解。DNA-RNA蛋白关系的复杂性为导致表型的几个水平的调节提供了充足的机会。没有理由预期这种关系会是线性的，跨基因的一致性，甚至在不同细胞条件下特定基因的一致。例如，有几种情况下，基因拷贝数与表达相关，另一些情况下基因拷贝数似乎与表达无关，还有两种情况都存在于同一基因中(1-5). 然而，DNA拷贝数与基因表达或药物反应之间的强烈相关性增加了基因受到选择性压力的可能性。

同一组样本的基因拷贝数和表达数据的获取提供了一个机会，可以询问基因拷贝数如何影响同一基因或不同基因的mRNA水平。然而，我们想在药物基因组问题上迈出另一步(6). 我们需要一个实验系统，在该系统中，我们可以评估DNA拷贝数和mRNA水平与细胞对各种药物和潜在药物的敏感性之间的关系。自然选择的是国家癌症研究所发展治疗计划使用的60个人类癌症细胞系（NCI-60），用于筛选和二次测试潜在抗癌药物。NCI-60面板具有多样性。它包括白血病、黑色素瘤、乳腺癌、卵巢癌、肾癌、结肠癌、前列腺癌、肺癌和中枢神经系统癌。自1990年NCI-60试验全面运行以来，在48小时的生长抑制试验中测试了超过100000种化合物（加上大量天然产物提取物）(7,8). 除了NCI-60的药理学特征外，与现有的任何其他细胞组相比，这些细胞在分子水平上的特征更为完整。我们和我们的合作者使用cDNA微阵列分析了它们的mRNA表达(9,10)和寡核苷酸芯片(11)，用于使用二维蛋白质凝胶电泳的蛋白质表达(12,13)和“反相”裂解物阵列(14,15)和染色体畸变(16).

在这里，我们介绍了NCI-60的第一个阵列比较基因组杂交（CGH）特征，并将结果与mRNA表达和药物敏感性联系起来。研究中使用的基因阵列包括与致癌、增殖、凋亡、细胞周期调控、信号转导和耐药性有关的癌症相关基因。一个特别的目的是跟进我们之前在NCI-60中观察到的对酶药物L-天冬酰胺酶敏感性与天冬酰胺合成酶mRNA表达之间的关系(9). 自20世纪70年代初以来，L-天冬酰胺酶被用于治疗急性淋巴细胞白血病；因此，我们有兴趣发现NCI-60白血病的L-天冬酰胺酶活性和天冬酰胺合成酶表达之间存在很强的负相关[-0.98；双尾95%自举置信区间（95%CI），-1.00至-0.928]。我们并不惊讶于看到相反的关系，但在一组不同的细胞系中（以及在面临实验错误的情况下），这种接近完美的相关性出乎意料。更有趣的是，卵巢细胞类型也存在强烈的负相关（-0.88；95%CI，-0.231至-0.987）。如后一个CI所示，当考虑与单一假设相关时，卵巢系的相关性具有统计学意义，但在对多重比较测试进行适当校正后，相关性并不显著。因此，我们认为这是一条线索，可以阐明这样一种假设，即低天冬酰胺合成酶的卵巢癌亚群对该药物敏感。因此，在本研究中，我们在DNA拷贝数水平上寻找证据，以支持或反驳该假设，并可能阐明拷贝数在决定天冬酰胺合成酶表达水平中的作用。结果令人惊讶地确定，稍后将详细描述。

材料和方法

结果

数组CGH表达式比较

我们探讨了DNA拷贝数与mRNA表达之间的关系。在阵列CGH和cDNA集合中共发现165个基因（由阵列CGH阵列上的204个序列和cDNA阵列上的206个序列表示）。在阵列CGH和寡核苷酸集合中均发现212个基因（分别由263个序列和252个序列表示）。为了确保稳健的分析，我们将注意力集中在所有三个数据集中的64个基因上，这些基因在任何一个数据集中都没有超过45个缺失或缺失值，并且在比较cDNA和寡核苷酸表达数据时，皮尔逊相关系数大于0.30(表1). 后一个标准定义了一组表达模式已被验证的基因生物信息学这一验证过程使我们有信心测量相同基因的表达水平和DNA拷贝数(18).

使用CIMminer，我们创建了基因组图像地图(图1A和B)分别包含阵列CGH-cDNA阵列和阵列CGH-寡核苷酸阵列数据的所有可能组合的皮尔逊相关系数。“自我”（即同一基因）相关性似乎位于每个图的主对角线上。阵列CGH-cDNA的阵列CGH表达自我相关性（在64个基因中）的平均±SE为0.29±0.03（范围为-0.28至0.63），而阵列CGH-寡核苷酸比较的平均±SE为0.23±0.02（范围为−0.29至0.51）。没有统计学意义上的负自我相关(表1). 这些跨不同细胞类型和跨基因组的发现支持了DNA拷贝数是影响基因表达的一个因素这一结论。

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图1

基因组图像图显示了NCI-60细胞系中DNA拷贝数与基因表达水平的皮尔逊相关性。基因按染色体顺序排列在轴上（对应于表1).A类，DNA拷贝数与使用cDNA阵列测量的表达水平的相关性。B类，DNA拷贝数与使用Affymetrix寡核苷酸阵列测量的表达水平的相关性。C类DNA拷贝数与自身的相关性。红色和蓝色分别表示高相关性和低相关性。右上，染色体数从1到X（X）.

图1A和B显示了几个有趣的非对角线模式，可能表示一个基因的DNA拷贝数与另一个基因（在同一条染色体上或不同的染色体上）的表达之间的关联。两种这样的正相关模式位于对角线附近，对应于3p21.31-p25.3的基因（即#19-12，图1，底部)和11q13.3（即#34–35）。这些区域包含几个基因(甚高频von Hippel-Lindau抑癌基因；RAF1，v-raf-1小鼠白血病病毒癌基因同源物1；CDC25A，细胞分裂周期25A；和ARHA公司，3p21.31-p25.3上的ras同源基因家族成员A；CCND1号机组、细胞周期蛋白D1和EMS1系统（11q13.3上的皮质素），DNA拷贝数和基因表达之间呈正相关，这是相互的（即甚高频与英国皇家空军1号反之亦然）。在阵列CGH-cDNA比较中，3p模式最引人注目(图1A). 有几个3p关系具有统计学意义(表2; 补充表S1）。¹⁵在阵列CGH-寡核苷酸比较中也发现了相同的模式(图1B;表2; 补充表S2）。¹⁵之间的关系CCND1号机组和EMS1系统11q13.3在两个比较中均显著且相互作用(表2).

表2

cDNA和寡核苷酸表达阵列比较的前50个阳性和阴性阵列CGH表达相关性具有统计学显著性（双尾95%自举）

列比较基因组杂交 基因	表达式 水平基因	R（右）*（cDNA阵列）	下部 95%CI绑定 （cDNA阵列）	上部 95%CI绑定 （cDNA阵列）	R（右）（寡核苷酸阵列）	下部 95%CI绑定 （寡核苷酸阵列）	上部 95%CI绑定 （寡头阵列）
CCND1号机组	EMS1系统	0.58	0.32	0.75	0.45	0.13	0.67
TFRC公司	PDGFRA公司	0.51	0.21	0.81	0.52	0.28	0.75
林恩	RAB2型	0.57	0.38	0.71	0.45	0.23	0.62
PSME1型	顶	0.62	0.45	0.76	0.39	0.13	0.62
CTSC公司	MRE11A型	0.54	0.34	0.70	0.46	0.17	0.67
EMS1系统	CCND1号机组	0.48	0.21	0.67	0.51	0.29	0.68
RAB2型	FKBP1A型	0.56	0.36	0.73	0.41	0.23	0.58
FGFR3型	CCNA2号机组	0.48	0.29	0.67	0.46	0.27	0.64
甚高频	英国皇家空军1号	0.56	0.40	0.71	0.35	0.08	0.59
川东北25B	PML公司	0.61	0.12	0.85	0.28	0.05	0.48
自动变速箱4	FKBP1A型	0.49	0.22	0.71	0.41	0.13	0.63
PTPN1号机组	CSE1L公司	0.48	0.18	0.74	0.39	0.06	0.65
第二个多年电价	CSE1L公司	0.48	0.19	0.74	0.39	0.07	0.64
文件1	DDR2（DDR2）	0.43	0.14	0.65	0.41	0.18	0.60
AKT1型	顶	0.53	0.30	0.70	0.30	0.06	0.51
AGTR1号机组	ACVR1型	0.48	0.21	0.68	0.35	0.05	0.59
PRKCBP1号机组	CDH1型	0.42	0.10	0.62	0.41	0.02	0.63
MX2型	FKBP1A型	0.36	0.10	0.58	0.47	0.23	0.67
PDGFRA公司	CCNA2号机组	0.47	0.26	0.63	0.36	0.16	0.51
英国皇家空军1号	甚高频	0.46	0.22	0.63	0.35	0.09	0.56
PRKCI公司	文件1	0.52	0.25	0.71	0.28	0.05	0.48
BCL6号机组	TFRC公司	0.31	0.01	0.57	0.48	0.35	0.61
ERBB2号机组	TOP2A公司	0.44	0.22	0.61	0.34	0.05	0.55
PLS1（PLS1）	RAB2型	0.43	0.21	0.60	0.34	0.14	0.54
CDC25A型	CCNA2号机组	0.42	0.20	0.60	0.35	0.10	0.57
体重指数	FYN公司	−0.32	−0.54	−0.07	−0.40	−0.56	−0.22
体重指数	DDR2（DDR2）	−0.46	−0.64	−0.25	−0.27	−0.45	−0.07
MRE11A型	CSF1型	−0.35	−0.59	−0.06	−0.39	−0.59	−0.15
CDH1型	FYN公司	−0.31	−0.55	−0.05	−0.42	−0.63	−0.17
MEN1（菜单1）	RAB2型	−0.41	−0.60	−0.12	−0.33	−0.54	−0.19
EMS1系统	PDGFRA公司	−0.50	−0.71	−0.19	−0.24	−0.38	−0.07
CCNA2号机组	ACVR1型	−0.44	−0.62	−0.22	−0.30	−0.52	−0.07
第二个多年电价	林恩	−0.45	−0.66	−0.12	−0.29	−0.49	−0.06
CSE1L公司	林恩	−0.41	−0.62	−0.12	−0.33	−0.52	−0.08
ALDH2型	ACVR1型	−0.39	−0.59	−0.19	−0.36	−0.55	−0.15
PTPN1号机组	林恩	−0.46	−0.67	−0.14	−0.29	−0.48	−0.05
个人信息管理1	CTSC公司	−0.32	−0.51	−0.09	−0.44	−0.61	−0.24
ALDH2型	RAB2型	−0.40	−0.62	−0.12	−0.36	−0.54	−0.20
SAS公司	FYN公司	−0.36	−0.62	−0.04	−0.41	−0.63	−0.15
CCNA2号机组	DDR2（DDR2）	−0.43	−0.63	−0.18	−0.36	−0.53	−0.16
CDKN1A基因	CTSC公司	−0.34	−0.50	−0.15	−0.46	−0.60	−0.28
CSF1型	CDH1型	−0.43	−0.65	−0.13	−0.38	−0.61	−0.10
ACVR1型	英国皇家空军1号	−0.34	−0.61	−0.04	−0.48	−0.65	−0.28
CCND1号机组	PDGFRA公司	−0.57	−0.77	−0.27	−0.27	−0.42	−0.10
SAS公司	DDR2（DDR2）	−0.53	−0.73	−0.25	−0.33	−0.53	−0.11
CDH1型	DDR2（DDR2）	−0.47	−0.68	−0.25	−0.42	−0.61	−0.22
ARHA公司	ERBB2号机组	−0.42	−0.61	−0.15	−0.48	−0.68	−0.19
FGFR3公司	FKBP1A型	−0.54	−0.72	−0.30	−0.41	−0.61	−0.18
ARHE公司	英国皇家空军1号	−0.51	−0.68	−0.30	−0.50	−0.65	−0.34
体重指数	PDGFRA公司	−0.66	−0.87	−0.42	−0.38	−0.60	−0.15

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^*皮尔逊相关系数。

相邻基因之间相互作用的观察可以解释为将基因表达与DNA拷贝数联系在一起的潜在结构机制的证据。阵列CGH阵列CGH相关性表明同一区域内相邻基因之间存在很强的相关性(图1C). 有趣的是，光谱核型数据(16)对于相同的60个细胞系中的58个，表明这些区域以断裂明显多于偶然预期的区域为界。此外，该区域内缺乏断裂，这表明在NCI-60细胞系的基因组重排期间，该区域保持相对完整。癌症染色体畸变的Mitelman数据库分析(30)表明3p上的这种断点模式（3p21断裂增加，端粒断裂有限）也是临床肿瘤样本的一个特征。

基因表达和基因拷贝数之间的非对角关系可能反映了许多不同的现象：基因产物之间的直接相互作用，直接相互作用的相邻基因的“连锁效应”，涉及通路中其他基因的间接相互作用，或潜在染色体介导机制的选择性压力。在最后一种情况下，我们可能会发现，阵列CGH表达相关性不是一个基因拷贝数影响另一个基因表达的结果，而是反映了DNA水平上的相关性。为了解决这一问题，我们将高正和负阵列CGH表达相关性的实例与高正和负阵列CGH自相关性的实例进行了比较。这两种相关性之间几乎没有重叠，表明在染色体水平上缺乏对坐标重排的选择(图1). 阵列CGH表达相关性和阵列CGH自相关性之间存在重叠的关联包括染色体3p25-p21（即#9-12，图1)和染色体11q13（即#33–34，图1). 此外，20p11-13（包括FKBP1A型，FK506结合蛋白1A，12kDa；川东北25B，细胞分裂周期25B；和第23B节，Sec23同源物B；即#54–56，图1)和MX2型，粘病毒（流感病毒）抵抗2小鼠（即#61，图1)在阵列中的21q22.3处，在阵列CGH自身比较中也存在CGH表达数据。

与不同染色体上的基因相对应的大多数统计显著的非对角关系无法根据文献进行解释。然而，根据已知生物学，有四种关系被确定为有趣的关系：

• (一)DNA拷贝数与CDC25A型和表达CCNA2号机组（cyclin A2）在阵列CGH-cDNA（0.42；95%CI，0.2–0.59）和阵列CGH-寡核苷酸（0.35；95%CI，0.10–0.57）比较中。Cdc25A是一种磷酸酶，直接与细胞周期蛋白依赖性激酶2/细胞周期蛋白a复合体相互作用，在G₁-S过渡。两者都有CDC25A型和CCNA2号机组在阵列CGH-cDNA阵列比较中显示出显著的自相关(表1).CCNA2号机组在CGH-寡核苷酸阵列比较中也显示出显著的自相关(表1). 这些观察结果表明，DNA拷贝数在决定这些基因的表达水平方面发挥了作用。检查两者之间的相关性CDC25A型副本编号和CCNA2号机组表达反映了DNA水平上的选择，我们检查了CDC25A型和CCNA2号机组DNA拷贝号。相关性为0.34（95%bootstrap CI，0.07–0.58），这表明可能存在保持这两个基因的DNA拷贝数在某种程度上平衡的选择性压力。
• (b条)CCNA2号机组拷贝数与细胞分裂周期25C显著正相关(CDC25C型)cDNA阵列比较中的表达（0.44；95%CI，0.25–0.61）。如上所述，CCNA2号机组显示出显著的自相关，而CDC25C型没有。然而CDC25C型和CCNA2号机组通过CDE-CHR复合物介导(31). 这种共同的监管，再加上CCNA2号机组表达与其拷贝数显著相关，表明CCNA2号机组副本编号和CDC25C型反映了这两个基因的共同转录控制。
• (c（c）)胸腺嘧啶-DNA糖苷酶(TDG公司)拷贝数与mif 2 3同源物3的SMT3抑制因子呈负相关(SMT3H1型)阵列CGH-寡核苷酸比较中的表达（−0.37；95%CI，−0.54至−0.16），但阵列CGH-cDNA比较中没有表达（−0.11；95%CI、−0.32至0.11）。TDG公司编码胸腺嘧啶-DNA糖苷酶，和SMT3H1型对SUMO-3进行编码。SUMO-3 sumoylates TDG，一种被认为是TDG和AP糖基化酶在碱基切除修复途径中连接的修饰(32).
• (d日)ERBB2号机组（c-erb B2/neu）表达与ARHA公司和CDC25A型DNA拷贝号。对于cDNA阵列表达数据，值分别为−0.42（95%CI，−0.61至−0.15）和−0.30（95%CI为−0.52至−0.08）。对于寡核苷酸阵列表达数据，相应的数字分别为−0.48（95%CI，−0.68至−0.19）和−0.31（95%CI）。文献中记录了这种反向关系ERBB2号机组由CGH或杂合性缺失决定的3p的扩增和/或过度表达和丢失(33,34). 这两项研究都无法显示两者之间的统计关系ERBB2号机组扩增和3p丢失，并没有说明ERBB2号机组过度表达与3p丢失有关。同样，对阵列CGH阵列CGH相关性的分析表明，3p拷贝数与ERBB2号机组副本编号。这一观察清楚地表明，先前建立的关联是ERBB2号机组过度表达，并且这种关联不依赖于ERBB2号机组放大。

阵列CGH与药物反应

除了检查DNA拷贝数和mRNA表达水平之间的关系外，我们还分析了118种化合物的DNA拷贝数与抗NCI-60药物活性之间的相关性，这些化合物的作用机制已知。计算这些“作用机制”药物的皮尔逊相关系数(24)和群集(6)在中生成了聚类图像映射图2A药物与DNA拷贝数的相关性在-0.57到0.54之间。具有类似作用机制的药物，如紫杉醇类似物和喜树碱衍生物，聚集在一起（补充图S3）。¹⁵已知关系，例如ATP-结合盒、B亚家族（MDR/TAP）成员1之间的反向相关性(ABCB1型)存在ABCB1/MDR1底物的DNA拷贝数和活性(图2B)还有一些新的关系。一些染色体区域（如3q）紧密地聚集在一起，而另一些（如7号染色体）则广泛分散（见图S4）。¹⁵ 表3和补充表S5¹⁵强调一些DNA拷贝数与bootstrap估计的95%CI之间的药物关系，这些CI不包括零。

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图2

聚类图像图显示了NCI-60细胞系中DNA拷贝数与药物敏感性之间的Pearson相关性。A类，显示353个基因与−log（GI₅₀)118种“作用机制”药物。ABCB1（MDR1）的DNA拷贝数与P-糖蛋白底物的负相关以黄色突出，在B类。红色和蓝色分别表示高相关性和低相关性。可在补充图S3和S4中查看带标签的两个轴的簇树（可在http://mct.aacrjournals.org).

表3

118种“作用机制”化合物的阵列CGH和药物敏感性之间的前50个正相关和负相关（具有95%的双尾助推器CI）

基因座	基因名称	NSC编号。	药物	R（右）*	低95% CI绑定	上限95% CI绑定
英国电信公司	布鲁顿无丙种球蛋白血症酪氨酸激酶	176323	喜树碱，9-MeO	0.54	0.27	0.72
ZNF70型	锌指蛋白70（Cos17）	658831	紫杉醇类似物	0.53	0.24	0.74
CTSB公司	组织蛋白酶B	153858	马坦星	0.51	0.13	0.75
AFM267xd9型		658831	紫杉醇类似物	0.51	0.31	0.67
巴西航空公司1	乳腺癌1，早发	109229	我-天冬酰胺酶	0.50	0.32	0.66
FGFR3公司	成纤维细胞生长因子受体3（软骨发育不全，致死性侏儒症）	143095	吡唑呋喃	0.50	0.32	0.66
GPRK2L型	G蛋白偶联受体激酶4	143095	吡唑呋喃	0.50	0.32	0.66
276n12版次		658831	紫杉醇类似物	0.49	0.28	0.66
TEC公司	Tec蛋白酪氨酸激酶	143095	吡唑呋喃	0.49	0.26	0.68
EST_185259		658831	紫杉醇类似物	0.49	0.23	0.68
ETV6发动机	ets变异基因6（TEL癌基因）	167780	阿萨利	0.48	0.28	0.73
低密度脂蛋白	脂蛋白脂肪酶	49842	硫酸长春碱	0.47	0.15	0.67
ETV6发动机	ets变异基因6（TEL癌基因）	172112	螺莫司汀	0.47	0.12	0.74
139k18转		658831	紫杉醇类似物	0.46	0.23	0.65
TCL1A公司	T细胞白血病/淋巴瘤1A	249992	安萨克林	0.46	0.25	0.64
AFMa082zd9型		658831	紫杉醇类似物	0.46	0.24	0.63
191e05版本		658831	紫杉醇类似物	0.46	0.22	0.65
ETV6发动机	ets变异基因6（TEL癌基因）	34462	乌拉尔芥末	0.46	0.06	0.76
CDH1型	钙粘蛋白1，1型，E-钙粘蛋白（上皮性）	606985	喜树碱，20-酯(S公司)	0.46	0.26	0.64
上海通用_6945		658831	紫杉醇类似物	0.46	0.24	0.64
CDH1型	钙粘蛋白1，1型，E-钙粘蛋白（上皮性）	249992	安萨克林	0.46	0.25	0.62
PRKCI公司	蛋白激酶C	176323	喜树碱，9-MeO	0.46	0.12	0.67
S1B11_PRLL系列		658831	紫杉醇类似物	0.46	0.20	0.65
第2页第1b页	蛋白磷酸酶2（原名2A）、调节亚单位A（PR65）、β亚型	143095	吡唑呋喃	0.45	0.19	0.64
CDH1型	钙粘蛋白1，1型，E-钙粘蛋白（上皮性）	94600	喜树碱	0.45	0.24	0.63
ETV6发动机	ets变异基因6（TEL癌基因）	664402	紫杉醇类似物	−0.45	−0.77	−0.01
澳大利亚广播公司	活性BCR相关基因	118994	肌苷-乙二醛	−0.45	−0.63	−0.21
AFM289zh5型		656178	紫杉醇类似物	−0.45	−0.62	−0.24
PTEN公司	磷酸酶和张力蛋白同源物（在多种晚期癌症中突变1）	330500	格尔德那霉素	−0.45	−0.64	−0.21
PTEN公司	磷酸酶和张力蛋白同源物（在多种晚期癌症中突变1）	673187	紫杉醇类似物	−0.45	−0.66	−0.21
中国北卡罗来纳州	周期素C	671870	紫杉醇类似物	−0.46	−0.71	−0.15
CEBPB公司	CCAAT/增强子结合蛋白（C/EBP），β	338947	氯米松	−0.46	−0.67	−0.15
GADD45A公司	生长停滞和DNA损伤-诱导型，α	118994	肌苷-乙二醛	−0.46	−0.63	−0.26
房地产税	ret原癌基因（多内分泌肿瘤和甲状腺髓样癌1，先天性巨结肠病）	656178	紫杉醇类似物	−0.46	−0.65	−0.21
CH1（瑞士法郎）	染色体1开放阅读框9	118994	肌苷-乙二醛	−0.46	−0.63	−0.26
ABCB1型	ATP-装订盒，B亚家族（MDR/TAP），成员1	666608	紫杉醇类似物	−0.46	−0.70	−0.03
AFM289zh5型		666608	紫杉醇类似物	−0.47	−0.64	−0.24
克/立方米	谷氨酸受体，代谢性3	671867	紫杉醇类似物	−0.47	−0.64	−0.25
风险调整资产基础	维甲酸受体，β	600222	紫杉醇类似物	−0.47	−0.66	−0.20
PTEN公司	磷酸酶和紧张素同源物（在多种晚期癌症中突变1）	664404	紫杉醇类似物	−0.47	−0.66	−0.25
PTEN公司	磷酸酶和张力蛋白同源物（在多种晚期癌症中突变1）	664402	紫杉醇类似物	−0.47	−0.68	−0.22
SAS公司	肉瘤放大序列	656178	紫杉醇类似物	−0.47	−0.64	−0.23
房地产税	ret原癌基因（多内分泌肿瘤和甲状腺髓样癌1，先天性巨结肠病）	666608	紫杉醇类似物	−0.47	−0.69	−0.19
中国北卡罗来纳州	周期素C	666608	紫杉醇类似物	−0.48	−0.76	−0.12
ZNF70型	锌指蛋白70（Cos17）	107124	喜树碱，10-OH	−0.48	−0.69	−0.19
GLI公司	胶质瘤相关癌基因同源物（锌指蛋白）	656178	紫杉醇类似物	−0.49	−0.65	−0.24
SRC公司	v-src肉瘤（Schmidt-Ruppin A-2）病毒癌基因同源物（禽类）	153858	马坦星	−0.50	−0.65	−0.31
AFMa303yb1型		600222	紫杉醇类似物	−0.51	−0.69	−0.26
ETV6发动机	ets变异基因6（TEL癌基因）	671867	紫杉醇类似物	−0.56	−0.76	−0.18
ARHI公司	ras同源基因家族成员I	118994	肌苷-乙二醛	−0.57	−0.71	−0.42

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^*皮尔逊相关系数。

阵列CGH药物基因组图像地图（未显示）产生了有趣的观察结果。基因组的某些区域显示出与各类药物的相关性，例如微管蛋白相互作用剂和通过并入DNA发挥作用的药物。例如，我们从染色体4q13-21上看到了三个基因块(PDGFRA公司血小板衍生生长因子受体，α多肽；埃法5EPH受体A5；和资产负债表（白蛋白）与几乎所有被认为通过并入DNA起作用的药物呈负相关。没有一个基因与DNA代谢有任何已知的关联，这表明我们观察到了连锁效应，并且负责关联的基因位于4q的同一区域。我们使用MatchMiner(25)检索4q13-21区域基因的HUGO符号列表。然后将该列表用作GoMiner的输入(35)鉴定可能参与DNA代谢，特别是DNA修复的基因。其中一个基因锚蛋白重复域17的电子注释(澳元17)表明它结合受损DNA并参与错配修复。

两个区域（3q26-qter和12p12-13）与微管蛋白相互作用因子相关。来自3q26的基因[SLC2A公司溶质载体家族2（易化葡萄糖转运蛋白），成员2；PIK3CA公司，磷脂酰肌醇-3-激酶，催化，α多肽；和TERC公司端粒酶RNA组分以及几个序列标记位点]与两种微管失稳剂maytansine和硫酸长春新碱的活性模式呈负相关，与微管稳定剂紫杉醇及其衍生物的活性模式呈正相关。这些观察结果表明，这些相关性在某种程度上与微管化学或功能有关，可能集中在β-微管蛋白上(36-38). 然而，与其他一些微管蛋白失稳剂，如秋水仙素、多司他丁-10、盐康蛋白B、三烷基半胱氨酸或硫酸长春碱，在统计学上没有显著相关性。阵列上映射到3q26或3q的基因均未与微管蛋白或β-微管蛋白发生任何已知的相互作用。

按照与上述类似的方法，我们检索了3q26-3qter上基因的基因符号，并使用GoMiner将其映射到基因本体中。已知有几个基因参与转运（包括一些ABC转运蛋白），参与细胞骨架组织和维持的基因，以及LOC389192号，一种假设蛋白质的基因，其序列与微管蛋白β-4q链相似。然而，没有一个基因是与微管蛋白相互作用因子相关的可能驱动因素。

在12号染色体上，ets变异基因6(ETV6/电话癌基因12p12-p13）与所有微管蛋白相互作用因子呈负相关。12号染色体上有几个微管蛋白或微管蛋白相关基因。然而，它们都在q臂上，12q基因与微管蛋白相互作用因子的活性模式之间没有显著的负相关。

从DNA到RNA再到药物敏感性

在之前的分析中，我们展示了一个特别有趣的关系，即天冬酰胺合成酶的表达与对_L（左）-天冬酰胺酶(9). 尽管所有60个细胞系之间的相关性只有中等程度的高（-0.44），但通过对来源组织的数据进行分析，发现白血病与卵巢癌之间存在较强的负相关（-0.98；95%自举CI，-1.00至-0.93）（-0.88；95%自展CI，-0.99至-0.23）。当我们询问在DNA水平上是否会出现类似的相关性时，7q上的基因座在卵巢细胞系和白血病细胞系中均显示出负相关。特别地，遇见（met原癌基因）是天冬酰胺合成酶的18.9 Mb端粒（天冬酰胺合成酶本身在阵列上不存在），卵巢细胞系的相关系数为-0.983（95%启动CI，-0.999~-0.899），白血病细胞系的相关性系数为-0.723（95%引导CI，-0.99~0.0388）(图3A)，与之前在表达式数据中发现的类似(图3B).

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图3

的关系_L（左）-天冬酰胺酶对天冬酰胺合成酶的活性(ASNS公司)NCI-60细胞系中的表达水平和DNA拷贝数。A类,_L（左）-天冬酰胺酶活性[来自谢尔夫等人(12)]与天冬酰胺合成酶表达水平的比较。这些数据产生了一个假设，即卵巢癌的一个子集可能对_L（左）-天冬酰胺酶。B类,_L（左）-7号染色体上靠近天冬酰胺合成酶的克隆（MET）的天冬酰胺酶活性与DNA拷贝数。蓝色、粉红色和灰色数据点分别来自白血病、卵巢和其他癌症细胞类型。蓝色和粉色线表示线性最小二乘拟合。结果中给出了相关系数估计值的CI。

讨论

在DNA和mRNA水平上进行高分辨率全基因组剖析的新技术使研究基因组重排和DNA拷贝数变化对基因表达的影响成为可能。通过对NCI-60细胞系进行此类研究，我们利用了这些细胞在药物敏感性方面的丰富特征（对>10000种化学定义的化合物），将DNA和mRNA图谱映射到分子药理学和药物发现领域(6,39). 这里使用的分析方法使我们能够将一个基因的DNA拷贝数与其自身表达以及其他基因（在同一条或不同的染色体上）的表达联系起来。

数据显示，给定基因的拷贝数与其在mRNA水平的表达之间普遍存在正相关。在乳腺细胞系和原发性乳腺肿瘤中也发现了基因拷贝数与基因表达的相关性(40,41)以及前列腺癌模型(42)和HL60中(43). Hyman等人(40)结果表明，在14个乳腺癌细胞系中，44%的高扩增基因得到了高表达，发现约10.5%的高表达基因得到了扩增。当DNA拷贝数和mRNA表达被分类为“增加”、“丢失”或“无变化”而不考虑大小时，他们还发现表达水平与拷贝数呈正趋势。44个原发性乳腺肿瘤和10个细胞系的结果相似(41). 62%的高扩增基因表现出至少中等水平的基因表达增加，42%的高放大基因表现出可比的mRNA过度表达，在所有类别的DNA拷贝数改变（缺失、无变化以及低水平、中等水平和高水平扩增）中，用DNA拷贝数跟踪平均RNA表达。12%的基因表达变异直接归因于基因拷贝数。在前列腺癌变模型中，Phillips等人(42)发现51%的基因在向恶性肿瘤转化过程中上调与DNA拷贝数增加有关，42%的下调基因位于DNA拷贝数丢失区域。当获得整个染色体臂或整个染色体时，所有相关基因的平均基因表达都会增加，尽管增加的程度因基因而异。

在我们的数据中，一个基因的DNA拷贝数和另一个基因表达之间的明显关系很少能在文献中反映出来。其中大多数可能反映了统计上的巧合，或者反映了大多数实体肿瘤的特征，并导致“连锁效应”的大型染色体重排。当驱动相关性的真正关系实际上涉及到与我们数据中确定的基因相近的基因时，我们可以预期这种“连锁效应“，但我们沿着染色体的分辨率不足以确定相关性的真正来源。除了解决问题外，应该认识到，目前的分析有以下局限性：(一)皮尔逊相关性基本上是线性关系；非线性关系很可能被忽略；(b条)单细胞系有时可能对确定特定基因对的相关性产生过度影响。数据见补充表S3和S4，¹⁵和计算（根据库克的D类统计）在补充信息中进行了描述。¹⁵事实上，剔除异常细胞系确实改变了某些情况下相关性的重要性。(c（c）)这里提供的数据给出了DNA和RNA之间关系的不完整生物学图片。癌细胞很少是二倍体，并且几乎总是显示大规模的基因组重排。NCI-60细胞系也不例外(16). 本研究中测量的DNA拷贝数与细胞的倍性有关，不能传递有关得失基因组背景的信息，也不能传递不导致净得失的重排信息。

我们观察到三种情况，其中已知其产物直接相互作用的基因之间存在强相关性：CDC25A型和CCNA2号机组,CCNA2型、和CDC25C型、和TDG公司和SMT3H1型.如果CDC25A型副本编号-CCNA2号机组表达和CCNA2型拷贝数-CDC25C的表达，我们质疑所观察到的相关性是否反映了基因之间在DNA水平或转录水平上的强烈相关性，而不是一个基因的DNA拷贝数与另一个基因转录本之间的相互作用。在以下情况下CDC25A型和CCNA2号机组，这种相关性反映了这两个基因之间在DNA水平上的关系。如结果中所述，我们之所以确定这一点，是因为我们发现了几种类型的相关性：CDC25A型与相关的拷贝数CCNA2型表达和两者CDC25A型和CCNA2号机组表现出显著的自相关。后者表明，DNA拷贝数在决定这些基因的表达水平方面起着重要作用。因此CCNA2号机组很可能在很大程度上反映了它的DNA拷贝数。如果是真的，那么这两个基因在DNA水平上的相关性将产生所观察到的CDC25A型副本编号和CCNA2号机组表达式。事实确实如此CDC25A型拷贝数与CCNA2号机组副本编号。

探索CCNA2号机组拷贝数和CDC25C表达在DNA水平上不支持相关性，而是指向转录水平上的相关性。我们的数据显示CCNA2号机组自相关，但CDC25C型自我相关不显著。因此，不太可能CDC25C型表达式将近似于其拷贝数。事实上，两者之间没有相关性CCNA2号机组副本编号和CDC25C型副本编号。然而，因为CCNA2号机组具有显著的自相关，DNA拷贝数可能接近表达水平。因此，我们从转录水平上寻找观察到的相关性的可能解释。CCNA2号机组和CDC25C型共享一个共同的阻遏物结合位点CDE-CHR。与该位点结合导致两个基因在S期的协同转录，以准备G₂-M过渡(31). 的相关性CCNA2号机组副本编号CDC25C型表达可能是这种常见转录控制的反映。

目前尚不清楚如何理解TDG公司副本编号SMT3H1型表达式。TDG公司编码胸腺嘧啶-DNA糖苷酶，这是一种参与碱基切除修复的不匹配特异性尿嘧啶/胸腺嘧啶-DNA糖苷酶。SMT3H1型编码SUMO-3，一种小的泛素样蛋白。在在体外碱释放分析，TDG结合不匹配的G*T或G*U，水解胸腺嘧啶/尿嘧啶，但不释放碱性位点(44,45). Hardeland等人(32)研究表明，磺酰化导致TDG的周转量增加～3倍。引入APEX核酸酶（多功能DNA修复酶）1（APE1）使周转率增加了3倍(32). 假设未修饰的TDG与不匹配的G*T或G*U具有高亲和力，催化T或U的去除，并保持结合以保护反应性碱性位点。SUMO-3在DNA-结合状态下修饰TDG，然后引起构象变化导致解离，该反应可能与修复过程中TDG下游的AP内切酶APE1协调(32). 如果SUMO-3加快了TDG的周转，那么在我们的数据中看到的反向相关性可能反映了一种补偿措施，即当TDG的数量因拷贝数丢失而减少时，保持基底切除修复的功能。

我们的数据表明，染色体3p上的基因拷贝数与ERBB2号机组。该观察结果与之前观察到的一致ERBB2号机组乳腺癌和卵巢癌中3p杂合性缺失与过度表达的关系(33,34). 在肺癌中也发现了类似的关系(46). 从文献中还不清楚是单纯的过度表达还是扩增导致的过度表达导致了这些关系。我们的数据没有表明ERBB2号机组副本编号和副本编号或表达式级别ARHA公司或CDC25A型，位于3p上。这些观察结果表明ERBB2号机组是重要因素。转基因小鼠原发性乳腺癌不同位点杂合性缺失的研究ERBB2号机组在小鼠乳腺癌病毒启动子的控制下，小鼠3号和4号染色体杂合性缺失的频率显著高于背景值(47). 该研究的结果表明，染色体3和4上杂合性缺失的区域可能含有参与ERBB2诱导致癌的抑癌基因。研究中的一个标记，D3米127，位于小鼠3号染色体的一个区域，该区域与人类3p号染色体在周围区域同步CDC25A型和ARHA公司在我们的研究中，拷贝数与ERBB2表达呈负相关的两个基因。3p基因的缺失可能是ERBB2号机组过度表达。

除了寻找基因拷贝数和mRNA水平之间的关系外，我们还对118种已知作用机制的药物的DNA拷贝数和药物敏感性之间的关系进行了研究(9,24). 我们首先研究了ABCB1/MDR1型基因拷贝数和药物参与多药耐药表型。与之前的文献一致，我们能够确定ABCB1型MDR1流出泵已知底物的拷贝号和活性。

为了确定可能需要随访的区域，我们使用了基因组图像地图分析和图形可视化。在某些情况下，基因组的特定基因或区域与整个类别的因子相关。我们发现微管蛋白相互作用剂与3q26基因之间存在正相关(SLC2A2系列,PIK3CA公司,TERC公司和几个序列标记的站点）和12p(ETV6发动机). 纳入DNA的试剂活性与4q基因呈负相关。在每种情况下，与相关性相关的基因与药物的作用机制没有明显的相关性。由于没有确定令人信服的候选靶点或作用修饰物，涉及这些位点的相关性可能是统计上的巧合或“连锁效应”，可以通过高分辨率研究解决。澳元17这可能解释了4q基因与DNA中的试剂之间的负相关。澳元17没有实验上已知的功能，但通过电子注释推测其在DNA结合和错配修复中起作用，这些功能与通过DNA掺入作用的试剂的负关联一致。

本研究中迄今为止发现的最有趣的药物拷贝数关系为我们之前关于NCI-60中天冬酰胺合成酶表达与细菌酶敏感性之间关系的报告提供了一个新的维度_L（左）-天冬酰胺酶(9)._L（左）-自20世纪70年代初以来，天冬酰胺酶被用于治疗急性淋巴细胞白血病和其他一些血液恶性肿瘤。这些细胞通常缺乏内源性天冬酰胺合成酶，因此必须从血液中清除天冬酰胺。_L（左）-天冬酰胺酶耗尽循环中的天冬酰胺并选择性地使癌细胞饥饿(48,49). 早期临床试验报告了不同类型实体瘤的偶尔反应(48)但数据显然不足以证明II期试验的临床疗效。正如结果中更详细的定量描述，我们发现了一个很强的负相关（-0.98；参考文献。9)天冬酰胺合成酶的表达与药物敏感性_L（左）-NCI-60中白血病细胞的天冬酰胺酶。卵巢细胞类型也有类似的相关性（-0.88）(9)但该值还不够高，无法通过统计“多重比较”测试。因此，我们认为这是一条制定无效假设的线索，即卵巢癌的一个子集可能会受到_L（左）-天冬酰胺酶。在分析本研究的数据时，我们询问是否在_L（左）-天冬酰胺合成酶附近7q位点的天冬酰胺酶活性和DNA拷贝数。如果是这样的话，这一发现将为最初的假设提供依据，并为酶的表达差异提供可能的机制。我们确实发现卵巢癌中的相关性非常强（-0.98；95%bootstrap CI，-0.999至-0.899）。此外，在卵巢癌中观察到7q的丢失(50-54). 这些观察加强了研究的基础_L（左）-天冬酰胺酶在临床卵巢肿瘤中的活性，并提出了敏感性或耐药性的机制。的另一个潜在重要属性_L（左）-天冬酰胺酶的作用机制（即消耗循环中的天冬酰胺）是，该酶无需穿透肿瘤才能发挥作用。

总之，我们在此提供了一个新的阵列CGH结果数据库，该数据库侧重于NCI-60细胞中的癌症相关基因，并分析了这些数据与这些相同细胞的mRNA表达和药物敏感性的相关性。这个_L（左）-天冬酰胺酶/天冬酰胺合成酶的故事对我们来说尤为明显和有趣，如果这种关系适用于临床肿瘤，那么它将具有临床意义。然而，DNA拷贝数数据库也将作为一个公开的“时间胶囊”由具有领域专业知识的研究人员挖掘，并将研究重点放在他们自己的特定基因或药物上。然后，将DNA拷贝数数据与NCI-60上的其他丰富数据资源集成，可用于进一步探索和深入分析。

致谢

脚注

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