High throughput analysis of gene expression patterns in liver cancers using SAGE

Abstract

Worldwide, HCC (Hepatocellular carcinoma) is one of the most common malignant tumor that takes the lives of ~1 million people annually. In attempt to understand the molecular basis of HCC progression, the differentially expressed genes were analyzed in HCC by serial analysis of gene expression (SAGE). Total 107,309 tags were obtained from two SAGE tag libraries constructed for one set of liver cancer and normal tissues of undifferentiated HCC patient and 62,857 tags were obtained from two SAGE tag libraries constructed for the other set of liver cancer and adjacent normal tissues of moderately differentiated HCC patient. Liver normal function related-genes such as albumin, haptoglobin, transferrin, fibrinogen, apolipoprotein C and SERPINA1 were highly expressed in adjacent liver normal tissues of both HCC patients as expected. Most of those genes like albumin, transferrin and SERPINA1 were also highly expressed in cancer tissue of moderately differentiated HCC. On the other side, lysozyme, cystatin A, beta-2-microglobulin and NADH dehydrogenase 1 were highly expressed in cancer tissue of undifferentiated HCC. By comparing the tags from adjacent normal and cancer tissues, CYP51A1, cyclin-E binding protein 1 and eukaryotic translation elongation factor were induced only in cancer tissues of moderately differentiated HCC patient. While on the other, lysozyme, S100 calcium binding protein A10 and chemokine ligand 9 were induced only in cancer tissue of undifferentiated HCC. The genes that showed consistent regulation patterns included well-known genes such as high mobility group nucleosome binding protein, HSP90, phospholipase C and solute carrier family 23. Interestingly, several genes were differentially regulated in cancer tissues. Solute carrier family 25, eukaryotic translation elongation factor 1 and cathepsin B were not induced in cancer tissue of undifferentiated HCC but induced in that of moderately differentiated HCC. On the contrary, adaptor-related protein complex 3, histone H2A and galectin 3 were induced in cancer tissue of undifferentiated HCC but not induced in that of moderately differentiated HCC. One striking finding was an asymmetrical distribution pattern of expression profiling, in which the number of down-regulated genes was more predominant than up-regulated genes in HCC. The present findings indicate that establishing libraries of HCC may provide a reliable set of genes to explain the development of hepatocarcinogenesis. The genes identified in this study would also provide useful target genes for diagnosis, prognosis and therapy of liver cancer. ;암은 진행 과정에서 많은 생리, 생화학적 변화를 동반하며 이것은 많은 유전자들의 발현 조절로 인한 결과로 알려져 있다. 특히 우리 나라는 간암이 호발하는 지역중의 하나로, 발생률은 세계에서 가장 높은 편이며 간암으로 인한 사망률은 위암과 더불어 높게 나타난다. 이러한 암을 치료하고 예방하기 위해, 암에 관한 연구가 매우 활발하게 진행되고 현재 그 연구에서 암 조직에서의 차등적 유전자 발현 양상을 다량 분석하는 방법인 serial analysis of gene expression (SAGE)나 microarray 등이 널리 알려져 있다. 본 연구에서는 분자생물학적 기초 연구의 하나로 간 정상 조직과 간암 조직에 대한 SAGE library를 작성하고 분석하여 간암에서의 생물학적 marker를 찾아내고자 하였다. SAGE는 대량의 transcripts를 정량·정성적으로 분석할 수 있는 방법으로 유전자에 대한 사전 정보가 없는 경우에도 적용되어 조직에서의 유전자 발현 양상을 알 수 있으므로 간암과 관련된 많은 유전자를 파악할 수 있다는 장점을 갖는다. 더욱이 새로 도입된 LongSAGE 방법은, 기존의 SAGE법에 비해 4 bp 긴 tag을 확보함으로써 많은 유전자를 얻음과 동시에 더욱 정확한 유전자의 정보를 얻을 수 있다는 점에서 매우 유용한 방법이라 하겠다. 이렇게 개선된 방법을 이용하여 분석된 조기 간암의 결과는 기존의 방법으로 분석된 진행성 간암에서 보이는 결과와 매우 상이하였다. 진행성 간암에서 발현이 높은 유전자들은 정상 간 조직에서 대개 발현이 감소하는 반면, 조기 간암의 경우 발현이 높은 유전자들의 대부분은 정상 간암 조직에서의 유전자들과 유사하였다. 또한 정상 간 조직과 비교하여 발현이 유도되는 유전자도, 조기 간암의 경우 cytochrome P450, eukaryotic translation elongation factor 그리고 galectin 8, 이와 달리 진행성 간암의 경우 lysozyme, cystatin A 등으로 차이를 보였다. 특히 각각의 진행 단계에서 DJ79P11.1, ERP70 등 새로운 간암 관련 유전자를 발굴해 내었다. 흥미로운 사실은 몇몇 유전자의 경우, 간암의 조기에는 발현이 증가하였다가 진행이 된 후에는 오히려 그 발현이 억제되는가 하면 조기에 발현이 억제되었다 진행된 후에 큰 폭으로 발현이 유도되는 양상을 보인다는 것이다. 전자의 대표적인 유전자에는 apolipoprotein L, cathepsin B등 간암의 기능과 관련하여 잘 알려진 유전자들도 포함된다. 반면, 진행된 후에나 발현이 유도되는 유전자에는 histone H2A, kinectin 1 등, 간암에서는 잘 알려져 있지 않지만 다른 암에서 이미 보고가 되었던 유전자들이 새로운 유전자들과 함께 분석되었다. 이 논문에서는 진행 단계가 다른 간암에서의 유전자 발현 양상을 분석하고 특이적으로 발현이 유도되는 유전자에 대한 고찰을 하였다. 이 연구가 암을 단계적으로 진단하고 치료할 수 있는 유전자를 발굴하는 데 크게 기여할 것으로 생각된다.