Identification of a common stemness gene signature in breast cancer and mantle cell lymphoma

Abstract

Cancer remains the second leading cause of death globally. One of the potential reasons behind this is the existence of a subset of cells within the tumour with capacity to self-renew, migrate and resist to chemotherapy: cancer stem cells (CSCs). The objective of the present work is to study whether Breast Cancer and Mantle Cell Lymphoma share common molecular mechanisms related to the CSC machinery in order not only to advance in basic cancer knowledge but also to speed up diagnosis and provide novel and/or more effective treatment. Results obtained using Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) show that all BC and MCL expression datasets analysed are enriched with CSC related genes, especially in those datasets with invasive or early-onset phenotypes. Further analysis has led to the identification of a 269-CSC gene signature composed by CSC genes commonly enriched in BC and MCL. Noticeably, functional annotation analysis of the genes included in the 269-CSC gene signature has shown that almost 10% of the genes map to heterocyclic compound binding proteins, known to be key structural components of many of the available anti-cancer drugs. Survival analysis using Kaplan-Meier Plotter confirmed a significant correlation with survival for 51 of the genes included in the 53-CSC gene signature in various cancer types analysed (breast, ovarian, lung and gastric cancer). Finally, the predictive power for prognosis of the gene signature was assessed using machine learning. Results showed better accuracy in predicting prognosis of cancer cases than other CSC gene signatures published.

El cáncer sigue siendo la segunda causa de muerte a nivel mundial. Una de las razones es la existencia de un subconjunto de células dentro del tumor con capacidad de autorrenovarse, migrar y resistir a la quimioterapia: las células madre cancerosas (Cancer Stem Cells, CSCs). El objetivo del presente trabajo es estudiar si el cáncer de mama y el linfoma de células del manto comparten mecanismos moleculares relacionados con las CSCs para avanzar tanto en el conocimiento básico del cáncer como en su diagnóstico y tratamiento. Los resultados obtenidos mediante Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) muestran que todos los datos analizados (tanto de cáncer de mama como del linfoma de células del manto) están enriquecidos con genes relacionados con las CSCs, especialmente en aquellos cánceres con fenotipos invasivos, llevando a la identificación de 269 genes comúnmente enriquecidos en ambos tipos de cáncer. El análisis de anotación funcional de los 269 genes muestra que el 10% de los genes son proteínas de unión a compuestos heterocíclicos, conocidos por ser componentes clave de muchos de los medicamentos disponibles contra el cáncer. El análisis con la herramienta bioinformática Kaplan-Meier Plotter muestra una correlación significativa con parámetros de supervivencia de 51 de los 53 genes más significativos de la firma genética. Este hecho se ha observado en varios tipos de cáncer analizados (mama, ovario, pulmón y estómago). Finalmente, el poder predictivo de la firma genética ha sido evaluado mediante algoritmos de machine learning. Los resultados muestran una precisión en la predicción del pronóstico de los casos de cáncer mayor que la de otras firmas genéticas publicadas.