Stability Indicators in Network Reconstruction

The number of algorithms available to reconstruct a biological network from a dataset of high-throughput measurements is nowadays overwhelming, but evaluating their performance when the gold standard is unknown is a difficult task. Here we propose to use a few reconstruction stability tools as a quantitative solution to this problem. We introduce four indicators to quantitatively assess the stability of a reconstructed network in terms of variability with respect to data subsampling. In particular, we give a measure of the mutual distances among the set of networks generated by a collection of data subsets (and from the network generated on the whole dataset) and we rank nodes and edges according to their decreasing variability within the same set of networks. As a key ingredient, we employ a global/local network distance combined with a bootstrap procedure. We demonstrate the use of the indicators in a controlled situation on a toy dataset, and we show their application on a miRNA microarray dataset with paired tumoral and non-tumoral tissues extracted from a cohort of 241 hepatocellular carcinoma patients

Decorin as a multivalent therapeutic agent against cancer.

Decorin is a prototypical small leucine-rich proteoglycan that epitomizes the multifunctional nature of this critical gene family. Soluble decorin engages multiple receptor tyrosine kinases within the target-rich environment of the tumor stroma and tumor parenchyma. Upon receptor binding, decorin initiates signaling pathways within endothelial cells downstream of VEGFR2 that ultimately culminate in a Peg3/Beclin 1/LC3-dependent autophagic program. Concomitant with autophagic induction, decorin blunts capillary morphogenesis and endothelial cell migration, thereby significantly compromising tumor angiogenesis. In parallel within the tumor proper, decorin binds multiple RTKs with high affinity, including Met, for a multitude of oncosuppressive functions including growth inhibition, tumor cell mitophagy, and angiostasis. Decorin is also pro-inflammatory by modulating macrophage function and cytokine secretion. Decorin suppresses tumorigenic growth, angiogenesis, and prevents metastatic lesions in a variety of in vitro and in vivo tumor models. Therefore, decorin would be an ideal therapeutic candidate for combating solid malignancies

High Expression of Neuronal Calcium Sensor 1 Induces an Invasive Cellular Phenotype and Predicts Poor Disease Outcome in a Subset of Cancer Patients

Maligne Tumoren stellen heutzutage, gemeinsam mit kardiovaskulären Erkrankungen, die bedeutsamste Todesursache in Industrienationen dar. Epidemiologische Studien prognostizieren darüber hinaus einen Anstieg der diesbezüglichen rankheitslast um bis zu 50% innerhalb der nächsten 20 Jahre. Während Neoplasien in allen Stadien eine erhebliche Morbidität und Reduktion der Lebensqualität verursachen, sind etwa 90% der Tumor-bedingten Todesfälle auf metastasierte Erkrankungsstadien zurückzuführen. Da der hoch komplexe Prozess der Metastasierung zugleich den am wenigsten verstandenen Aspekt der Krebsbiologie darstellt, müssen Prävention, Diagnostik und Therapie von Stadium IV Tumoren auf Grundlage eines besseren molekularen und zellulären Verständnisses stetig weiterentwickelt werden. Zu den Phasen der Disseminierung von Krebszellen zählen die Loslösung vom Primärtumor, die lokale Invasion des Tumor-umgebenden Stromas, das Eindringen in Blut- und Lymphgefäße, sowie die Extravasation in entfernten Geweben. Eine Vielzahl von zellulären Subsystemen muss außerdem koordiniert zusammenspielen, um diese Prozesse zu ermöglichen. Dabei spielen diejenigen Signalwege eine zentrale Rolle, die zu einer erhöhten Zellmotilität führen, denn beinahe alle Stadien der Metastasierung setzen eine gerichtete Bewegung voraus. Im Hinblick auf die physiologische Migration von Zellen ist seit langem bekannt, dass Calcium eines der wichtigsten Sekundärsignale darstellt, die Zellen zur Wanderung bewegen. Zuletzt ist Calcium jedoch in zunehmendem Maße auch in der Krebsbiologie als Treiber von Motilität erkannt worden und eine Fülle von Kanälen, Pumpen und Calcium-bindenden Proteinen besitzt die Fähigkeit, physiologischerweise eng kontrollierte, intrazelluläre Calciumspiegel in Tumoren zu dysregulieren. Das Calcium-bindende Protein Neuronal Calcium Sensor 1 (NCS-1) ist diesbezüglich von besonderem Interesse, da es eine wichtige physiologische Funktion für die Calciumhomöostase besitzt, Calciumsignale in verschiedensten Krankheiten dysreguliert und eine erste Untersuchung einen präliminären Zusammenhang von NCS-1 mit Tumormetastasierung und reduziertem Patientenüberleben herstellen konnte. In der vorliegenden Studie wurde deshalb einerseits der Einfluss von NCS-1 auf das Metastasierungsverhalten von Tumorzellen untersucht, auf der anderen Seite fand eine Korrelation von NCS-1 Leveln mit klinischen Parameter, insbesondere der Mortalität von Patienten mit hepatozellulärem Karzinom (HCC), statt. Auf diese Weise konnte gezeigt werden, dass eine hohe NCS-1 RNA Expression in einer öffentlich verfügbaren HCC Kohorte mit einer ungünstigen Prognose assoziiert ist, wobei dies interessanterweise jedoch ausschließlich auf Patienten asiatischer Abstammung zutraf. Dieses Ergebnis wurde in einer weiteren Kohorte validiert und um eine bioinformatische Analyse ergänzt, die LIM-Domain Kinase 1 (LIMK-1) als Protein identifizierte, das potentiell den Mittelpunkt eines NCS-1-abhängigen Signalnetzwerks darstellt. Da LIMK-1 Inhibitoren gegenwärtig in klinischer Erprobung sind, ist diese Signalachse ein vielversprechender pharmakologischer Angriffspunkt. Um die Motilitätseffekte von NCS-1 zu untersuchen, wurde ein Zellmodell hergestellt, das NCS-1 stabil überexprimierte. Es zeigte sich im Vergleich zu der unveränderten Kontrollzelllinie nicht nur eine signifikante Änderung der Morphologie hin zu einem amöboiden Phänotypen. Auch die Migration in 2- und 3-dimensionalen Experimenten wurde durch NCS-1 deutlich verstärkt. Um den Prozess der Metastasierung zuletzt auch in vivo nachvollziehen zu können, wurden diese Zellen in die Schwanzvenen von gesunden Mäusen injiziert und deren Lungen bezüglich der Ausbildung von Filiae monitoriert. Unter dem Einfluss hoher NCS-1 Expression kam es zu einer deutlich verstärkten Absiedelung von Krebszellen mit größeren und vitaleren Tumoren nach 4 Wochen Wachstum. Mit diesen Experimenten ist erstmals gezeigt, dass NCS-1 nicht nur vielversprechendes Potential als klinischer Biomarker besitzt, sondern auch funktionell zur Metastasierung beiträgt. Zukünftigte Studien müssen erweisen, ob dysregulierte Calciumsignale oder die physische Interaktion von NCS-1 mit seinen Bindungspartner mechanistisch verantwortlich sind

Aberrant regulation of FBW7 in cancer

FBW7 (F-box and WD repeat domain-containing 7) or Fbxw7 is a tumor suppressor, which promotes the ubiquitination and subsequent degradation of numerous oncoproteins including Mcl-1, Cyclin E, Notch, c- Jun, and c-Myc. In turn, FBW7 is regulated by multiple upstream factors including p53, C/EBP-δ, EBP2, Pin1, Hes-5 and Numb4 as well as by microRNAs such as miR-223, miR-27a, miR-25, and miR-129-5p. Given that the Fbw7 tumor suppressor is frequently inactivated or deleted in various human cancers, targeting FBW7 regulators is a promising anti-cancer therapeutic strategy

Comprehensive analysis of human microRNA target networks

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>MicroRNAs (miRNAs) mediate posttranscriptional regulation of protein-coding genes by binding to the 3' untranslated region of target mRNAs, leading to translational inhibition, mRNA destabilization or degradation, depending on the degree of sequence complementarity. In general, a single miRNA concurrently downregulates hundreds of target mRNAs. Thus, miRNAs play a key role in fine-tuning of diverse cellular functions, such as development, differentiation, proliferation, apoptosis and metabolism. However, it remains to be fully elucidated whether a set of miRNA target genes regulated by an individual miRNA in the whole human microRNAome generally constitute the biological network of functionally-associated molecules or simply reflect a random set of functionally-independent genes.</p> <p>Methods</p> <p>The complete set of human miRNAs was downloaded from miRBase Release 16. We explored target genes of individual miRNA by using the Diana-microT 3.0 target prediction program, and selected the genes with the miTG score ≧ 20 as the set of highly reliable targets. Then, Entrez Gene IDs of miRNA target genes were uploaded onto KeyMolnet, a tool for analyzing molecular interactions on the comprehensive knowledgebase by the neighboring network-search algorithm. The generated network, compared side by side with human canonical networks of the KeyMolnet library, composed of 430 pathways, 885 diseases, and 208 pathological events, enabled us to identify the canonical network with the most significant relevance to the extracted network.</p> <p>Results</p> <p>Among 1,223 human miRNAs examined, Diana-microT 3.0 predicted reliable targets from 273 miRNAs. Among them, KeyMolnet successfully extracted molecular networks from 232 miRNAs. The most relevant pathway is transcriptional regulation by transcription factors RB/E2F, the disease is adult T cell lymphoma/leukemia, and the pathological event is cancer.</p> <p>Conclusion</p> <p>The predicted targets derived from approximately 20% of all human miRNAs constructed biologically meaningful molecular networks, supporting the view that a set of miRNA targets regulated by a single miRNA generally constitute the biological network of functionally-associated molecules in human cells.</p

Overexpression of ZFX confers self-renewal and chemoresistance properties in hepatocellular carcinoma

postprin

Reprogramming of Rat Hepatoma Cells with Fibroblast-specific Protein Twist1

In mammalian development, a complex system comprised of regulatory signals causes tissue distinction with unique structures as well as functions. Gene expression controls these functions through specific combinations of transcription factors and cofactors that influence cell differentiation by both activation and repression of genes. Whole genome microarray studies of fibroblasts have identified candidate genes that can serve as master regulators of fibroblast identity. A previous study showed that Prrx1 and Snai2 play important roles in activating expression of fibroblast identity, and Snai2 overexpression in hepatoma cells (Fg14) activated expression of fibroblast specific genes. Moreover, Snai2 overexpression resulted in repression of liver specific genes. This thesis addresses whether Twist1 has a similar effect as Snai2. More specifically, the objective of this work is to determine how Twist1 transfection of hepatoma cells (Fg14) affects fibroblast specific and hepatoma specific genes. qPCR analysis revealed that Twist1 was successfully over-expressed in pooled Fg14 transfectants and individual clones compared to the non-transfected cells. Following these experiments, expression of several important genes in hepatic and fibroblast function were monitored. Results show that, of the 7 fibroblast specific genes tested, Twist1 overexpression activated two genes, Prrx1 and Sema3a, in Fg14 hepatoma cells. However, the remaining 5 fibroblast genes were not affected. Twist1 overexpression was found to not affect expression of the 10 hepatoma-specific genes tested. Based on these results, unlike results obtained with Snai2 and Prrx1 overexpression studies, Twist1 appears to have limited potential to reprogram hepatoma cells toward the fibroblast phenotype