Comparative proteomic analysis of advanced serous epithelial ovarian carcinoma : predictors of chemoresistant disease

Abstract

[한글]난소암은 흔한 부인암 중의 하나이고 부인암으로 인한 사망원인 중 제 1위를 차지하고 있다. 이 연구에서는 병기가 Ⅲc인 장액성 난소암에서 일차 종양 감축술 후 보조적 항암화학요법을 시행 받은 환자 중 치료에 반응이 좋은 항암제 감수성 환자와 치료에 반응이 나쁜 항암제 저항성 환자를 대상으로 일차 종양에서 단백질 발현의 차이를 비교 분석하여 항암제 저항성과 관련된 단백질을 찾고자 하였다. 항암제 저항성과 관련된 단백질을 알아보고자 성공적으로 일차 종양감축술이 가능했던 장액성 난소암 병기 Ⅲc 환자 중 항암제 저항성 환자 [progression-free survival (PFS) ≤12 months] 5명과 항암제 감수성 환자 (PFS ≥48 months) 5 명을 대상으로 하여 동결 보존된 일차 종양으로부터 단백질을 분리하여 2차 전기영동을 시행하였다. 2차 전기영동에서 spot intensity가 유의하게 차이가 있는 단백질을 MALDI-TOF MS를 이용하여 규명하였다. 그 결과 항암제 저항성 난소암 조직에서는 4개의 단백질 (thioredoxin domain containing 4, similar to RIKEN cDNA 1700016G05, tubulin alpha 1A chain, PDH E1-beta subunit precursor)이 유의하게 증가되어 있었고, 7개의 단백질 [keratin 1, vitamin D binding protein, CKB, annexin V, SGEF, WDR1 protein, WDR 1 isoform 1] 이 감소되어 있었다. 이 단백질들을 항암제 저항성 질환을 예측하기 위한 표지자로서 의미가 있는지 확인하기 위하여 추가로 17명의 장액성 난소암 병기 Ⅲc 환자를 2차 전기 영동을 시행하여 각 단백질의 spot intensity를 측정하였다. 또한 1차 실험한 10명의 결과에서 ROC curve 분석을 통하여 항암제 저항성 질환을 예측하기 위한 각 단백질의 spot intensity의 cut off level를 결정하였다. Spot intensity에 따라서 각 환자를 두 개의 그룹(high 또는 low group)으로 나누어 두 그룹간에 무병생존율에 차이가 있는지 확인하였다. 그 결과 PDH E1-beta subunit precursor (p = 0.0025)의 과발현과 keratin 1 (p = 0.0080), CKB (p = 0.0357), annexin V (p = 0.0008), SGEF (p < 0.0001), WDR1 protein (p = 0.0489), WDR1 isoform 1 (p = 0.0010)의 저발현이 통계적으로 유의한 차이를 나타냈다. 또한 이 단백질들의 항암제 저항성 난소암에 대한 예측 인자로서의 정확성을 높이기 위하여 ROC curve분석을 통하여 가장 높은 AUC를 보이는 단백질 조합을 구하였다. 그 결과 PDH E1-beta subunit precursor과 SGEF의 조합(AUC 0.950)과 PDH E1-beta subunit precursor과 WDR1 isoform 1의 조합(AUC 0.950)이 항암제 저항성 난소암을 예측하는데 가장 정확한 것으로 나타났다.

결론적으로 이러한 단백질들은 장액성 난소암에서 항암제 저항성 질환을 예측할 수 있는 예측인자로 사용될 수 있을 것이다. 그러나 실제로 임상에 적용하기 위해서는 더 많은 환자를 대상으로 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

[영문]To identify specific proteins associated with chemotherapeutic responses, we analyzed protein expression patterns in stage IIIc primary serous epithelial ovarian cancer (EOC) tissues displaying differential responses to first-line postoperative adjuvant chemotherapy. Initially, the expression profiles of five chemoresistant serous EOC tissues [progression-free survival (PFS) ?? 12 months] and five chemosensitive serous EOC tissues (PFS ? 48 months) were analyzed with two-dimensional (2D) electrophoresis, and the spot intensities of differentially expressed proteins were quantified. A total of 46 differentially expressed protein spots were identified in serous EOC tumors compared to normal ovarian samples. In chemoresistant tissues, four proteins [thioredoxin domain containing 4, similar to RIKEN cDNA 1700016G05, tubulin alpha 1A chain, and the pyruvate dehydrogenase (PDH) E1-beta subunit precursor] were over-expressed. Seven proteins [keratin 1, vitamin D-binding protein, creatine kinase B (CKB), annexin V, SH3-containing guanine nucleotide exchange factor (SGEF), tryptophan-aspartate repeat protein-1 (WDR1), and WDR 1 isoform 1] were under-expressed in the chemoresistant tissues. To examine these proteins as potential markers for chemoresistant disease, we analyzed tissues from an additional 17 EOC stage IIIc patients using 2D protein electrophoresis. Receiver operating characteristics (ROC) curve analysis for selected protein spots was performed and the appropriate cut-off levels for protein spot intensity were selected. Patients were allocated to the over- or under-expressing group according to protein spot intensity, and survival analysis was performed. The over-expression of the PDH E1-beta subunit precursor (p = 0.0025) and the under-expression of keratin 1 (p = 0.0080), CKB (p = 0.0357), annexin V (p = 0.0008), SGEF (p < 0.0001), WDR1 (p = 0.0489), and WDR1 isoform 1 (p = 0.0010) were significantly correlated with poor progression-free survival in stage IIIc serous EOC. The two most reliable combinations of differentially expressed proteins for predicting chemoresistant disease were: 1) the over-expression of PDH E1-beta subunit precursor and the under-expression of SGEF protein, and 2) the over-expression of PDH E1-beta subunit precursor and the under-expression of WDR1 isoform 1. Therefore, the relative expression of these proteins may be useful as a predictor of chemoresistance in advanced serous EOC. However, further studies with a larger number of patients are required to confirm these results.