Solving the glucocorticoid paradox in cancer using expression data

Abstract

Els glucocorticoides s'utilitzen comunament com a tractament adjuvant per tractar efectes secundaris i tenen una activitat antiproliferativa en diversos tumors però, d'altra banda, el seu efecte proliferatiu s’ha documentat en diversos estudis i en alguns d'ells implica la propagació del càncer. Aquestes paradoxes són comuns en l’investigació del càncer. Molt sobint, els mateixos gens semblen ser a l’hora promotors i inhibidors del càncer. Amb el present treball pretenem conciliar aquestes incongruències des de la perspectiva de la genética i de la fisiologia del teixit amb els nostres procediments i troballes.

Un anàlisi precís dels fenotips presents a les dades d'expressió gènica pot ajudar a resoldre múltiples paradoxes derivades dels models de progressió de tumors. En aquest sentit hem desenvolupat diverses estratègies, eines i bases de dades, per facilitar l'estudi de les interdependències entre els fenotips ocults dins de les dades d'expressió. Aquests fenotips poden ser identificats pels grups de mostres obtinguts mitjançant mètodes comuns d'agrupament (HC, SOTA, SOM, PAM), però els mètodes d'agrupament no proporcionen informació sobre la seva interdependència. Nosaltres estudiem aquestes interdependències per la detecció de relacions d'expressió no lineals, on cada fluctuació en la relació implica un canvi fenotípic i cada tipolologia de la relació diferent implica una interdependència fenotípica específica. D'aquesta manera, s'han desenvolupat diferents estratègies i eines per estudiar els canvis fenotípics i les paradoxes sotmeses a ells.

Utilitzant les eines desenvolupades s'han estudiat les relacions d'expressió no lineals relacionades amb l'activitat dels glucocorticoides. Estudiant-les, hem trobat la possible raó dels efectes oposats d'alguns agents estressants com la dexametasona sobre la progressió tumoral, com ha estat confirmat per la literatura. Aquesta raó oculta ha resultat estar vinculada amb el tipus de progressió del tumor en cada teixit. En el primer tipus de progressió tumoral trobat, les noves cèl·lules poden ser estressades durant la proliferació i els agents estressants augmenten la proliferació tumoral. En el segon tipus, l'estrès cel·lular i la proliferació del tumor són antagonistes així, per tant, els agents estressants aturen la proliferació tumoral amb la finalitat d’estressar les cèl·lules.

Glucocorticoids are commonly used as an adjuvant treatment for side-effects and have anti-proliferative activity in several tumours. Inspite of this fact, there has been reported a proliferative effect in several studies, that some of them involving the spread of cancer. These paradoxes are common in cancer research. Usually the same genes seem to be promoter and inhibitor of cancer. We shall attempt to reconcile these incongruities from the transcriptomic and tissue-physiology perspectives with our procedures and findings.

An accurate phenotype analysis of expression data can help to solve multiple paradoxes derived from tumour-progression models. We have developed several strategies, tools and databases to facilitate the study of interdependences among the phenotypes hidden inside expression data. These phenotypes can be identified by the sample clusters obtained by common clustering methods (HC, SOTA, SOM, PAM), but clustering methods do not provide information about their interdependence. We study these interdependences by the detection of non-linear expression-relationships where each fluctuation in the relationship implies a phenotype change and each relationship typology implies specific phenotype interdependence. In this way different strategies and tools have been developed to study phenotypic changes and the paradoxes subjected to them.

Using the tools developed we have studied the non-linear expression relationships related to glucocorticoid activity. The result is that we have found the possible reason for opposite effects of some stressor agents like dexamethasone on tumour progression as it has been confirmed by literature. This hidden reason has resulted in being linked with the type of tumour progression of the tissues. In the first type of tumour progression found, new cells can be stressed during proliferation and stressor agents increase tumour proliferation. In the second type, cell stress and tumour proliferation are antagonists so, therefore, stressor agents stop tumour proliferation in order to stress the cells.