[논문 리뷰] Cancer systems biology: exploring cancer-associated genes on cellular networks

Edwin Wang, Anne E.G. Lenferink외 1명|ArXiv.org|2007. 12. 21.

Bioinformatics and Genomic NetworksBiochemistry, Genetics and Molecular Biology참고 문헌 72인용 수 21

한 줄 요약

이 논문은 세포 단백질 및 신호 전달 네트워크에 통합된 유전자들을 통합하여 암 관련 유전자를 이해하기 위한 시스템 생물학적 접근을 제안한다. 네트워크 구조 분석을 통해 암 관련 유전자가 종종 여러 경로를 연결하는 허브 단백질로 기능하며, 발현 데이터를 사용한 유전자-유전자 상호작용 네트워크 및 유전자 조절 네트워크 재구성으로써 새로운 후보를 규명함으로써 암 유전자 조절인자 발견을 촉진한다.

ABSTRACT

Genomic alterations lead to cancer complexity and form a major hurdle for a comprehensive understanding of the molecular mechanisms underlying oncogenesis. In this review, we describe the recent advances in studying cancer-associated genes from a systems biological point of view. The integration of known cancer genes onto protein and signaling networks reveals the characteristics of cancer genes within networks. This approach shows that cancer genes often function as network hub proteins which are involved in many cellular processes and form focal nodes in the information exchange between many signaling pathways. Literature mining allows constructing gene-gene networks, in which new cancer genes can be identified. The gene expression profiles of cancer cells are used for reconstructing gene regulatory networks. By doing so, the genes, which are involved in the regulation of cancer progression, can be picked up from these networks after which their functions can be further confirmed in the laboratory.

연구 동기 및 목표

• 암 관련 유전자가 세포 네트워크의 맥락에서 수행하는 역할을 이해하기 위해.
• 기존 암 관련 유전자 네트워크의 구조적 특성, 특히 중심성 및 연결성의 패턴을 규명하기 위해.
• 유전자 및 발현 데이터의 네트워크 기반 통합을 통해 새로운 암 관련 유전자를 식별하기 위한 시스템 수준의 접근법을 개발하기 위해.
• 암 세포의 유전자 발현 프로파일에서 유전자 조절 네트워크를 재구성하여 암 발생의 핵심 조절인자를 특정하기 위해.

제안 방법

• 암 관련 유전자를 단백질-단백질 상호작용 네트워크 및 신호 전달 상호작용 네트워크에 통합하여 네트워크 특성을 분석하기 위해.
• 문헌 마이닝을 활용하여 유전자-유전자 상호작용 네트워크를 구축하여 잠재적 암 관련 유전자를 식별하기 위해.
• 컴퓨터 기반 방법을 사용하여 암 세포의 유전자 발현 프로필에서 유전자 조절 네트워크를 재구성하기 위해.
• 네트워크 내 허브 단백질 및 블로킹 단백질을 식별하여 암에서 기능적 중요성을 가질 수 있는 유전자를 우선순위 정하기 위해.
• 네트워크 중심성 측정법을 적용하여 신호 전달 경로 내에서 암 관련 유전자 중요도를 평가하기 위해.
• 실습 환경에서 실험적 후속 조치를 통해 예측된 조절 관계를 검증하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 암 관련 유전자는 세포 단백질 및 신호 전달 네트워크 내에서 어떻게 분포되어 있는가?
• RQ2 암 관련 유전자에 특징적인 네트워크 특성, 예를 들어 중심성 또는 연결성은 무엇인가?
• RQ3 문헌 마이닝을 통해 유도된 유전자-유전자 상호작용 네트워크가 새로운 암 관련 유전자 규명에 기여할 수 있는가?
• RQ4 유전자 발현 프로파일을 어떻게 활용하여 암 진행의 핵심 조절인자를 드러내는 조절 네트워크를 재구성할 수 있는가?
• RQ5 암 관련 유전자는 신호 전달 경로 전반에 걸쳐 정보 흐름에서 허브 또는 블로킹 지점으로 기능하는 정도는 어느 정도인가?

주요 결과

• 암 관련 유전자는 세포 네트워크 내에서 허브 단백질로 유의미하게 풍부하게 분포해 있으며, 다양한 세포 기능에서 중심적인 역할을 함을 시사한다.
• 이러한 허브 단백질은 종종 여러 신호 전달 경로를 연결하여 암 유도 신호의 조율에서 중요성을 지닌다는 것을 시사한다.
• 문헌 마이닝에서 유도된 유전자-유전자 상호작용 네트워크의 네트워크 기반 분석이 새로운 잠재적 암 관련 유전자 규명에 성공하였다.
• 암 세포 발현 프로파일에서 재구성된 유전자 조절 네트워크는 암 진행 조절에 관여하는 특정 유전자를 부각시켰다.
• 유전체 데이터와 네트워크 구조의 통합을 통해 후보 암세포 조절인자를 우선순위 정리할 수 있었으며, 향후 실험적 검증에 적합하게 되었다.
• 암 관련 유전자들은 종종 네트워크 내에서 블로킹 지점에 위치하여 암세포 신호 전달에서 핵심 제어 지점으로서의 잠재력을 지닌다는 것을 시사한다.