非タバコ関連口腔扁平上皮癌の定量的プロテオーム解析により、細胞骨格およびアポトーシスタンパク質の調節が明らかになった

Quantitative Proteomic Analysis of Non-Tobacco Associated Oral Squamous Cell Carcinoma Reveals Deregulation of Cytoskeletal and Apoptotic Proteins.

抄録

背景:

非タバコ関連口腔扁平上皮癌（NT-OSCC）の正確な病因は未だ不明である。口腔内扁平上皮癌のバイオマーカーが確立されていないため、効果的な治療や予後不良の原因となっています。ここでは、マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間（MALDI-TOF）と質量分析（MS）を組み合わせた二次元ゲル電気泳動（2D-GE）を用いて、NT-OSCCの定量プロテオーム解析から同定した潜在的マーカーを初めて報告し、さらに進化関係によるタンパク質解析（PANTHER）データベースを使って解析する。

BACKGROUND: The exact etiology of non-tobacco associated oral squamous cell carcinoma (NT-OSCC) is still unknown. The lack of established biomarkers for oral NT-OSCC has resulted in less effective management and poor prognosis. Here, we report for the first time a panel of potential markers identified from the quantitative proteomic analysis of NT-OSCC using two-dimensional gel-electrophoresis (2D-GE) using matrix-assisted laser desorption/ionization - time of flight (MALDI-TOF) coupled with mass spectrometry (MS) and further analysis using protein analysis through evolutionary relationships (PANTHER) database.

目的:

非タバコ関連口腔扁平上皮癌のプロテオミクスプロファイルを定量的に解析すること。

OBJECTIVE: To quantitatively analyze the proteomic profile of non-tobacco associated oral squamous cell carcinoma.

方法論:

健常対照者とNT-OSCCからそれぞれ10個ずつ、20個の新鮮な組織サンプルを採取し、プロテオーム解析に供した。タンパク質の存在に関するサンプルの定量は、ブラッドフォードアッセイを用いて行い、標準グラフを得るためにウシ血清アルブミンを標準タンパク質として使用した。タンパク質の分画は、ドデシル硫酸ナトリウム-ポリアクリルアミドゲル電気泳動（SDS-PAGE）を用いて行い、分子量に基づき分離した。MS分析を行い、精製されたペプチドをMALDI-TOFで分析した。機能分類のためのPANTHERデータベースと、タンパク質発現の同定のためのパスウェイ解析が行われました。

METHODS: Twenty fresh tissue samples were collected from healthy controls and NT-OSCC, ten each, and were subjected to proteomic analysis. Sample quantification for the presence of protein was done using Bradford assay and bovine serum albumin was used as a standard protein to obtain the standard graph. Fractionation of protein was done using sodium dodecyl sulphate - polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) and they were separated based on their molecular weight. MS analysis was done and the purified peptides were analysed using MALDI-TOF. PANTHER database for functional classification and pathway analysis was done for identification of protein expression.

結果:

2D-GEとMSを組み合わせたアプローチにより、NT-OSCCにおいて健常対照者と比較して有意に発現が異なるケラチン、α-1-アンチトリプシン（AAT）、S100、セルピンB5の4つの候補タンパク質を特定した。その結果、これらのタンパク質は、健常対照者と比較してNT-OSCCで有意に発現量が増加しており、NT-OSCC治療薬の候補ターゲットとして使用できることが示唆されました。

RESULTS: Our approach of combining 2D-GE with MS identified four candidate proteins including keratin, alpha-1-antitrypsin (AAT), S100 and serpin B5 with significant differential expression in NT-OSCC as compared with healthy controls. The results showed that the levels of these proteins were significantly upregulated in NT-OSCC when compared to the healthy controls that suggests that these proteins can be used as candidate targets for NT-OSCC therapeutics.

結論:

発現量の異なるタンパク質は、アポトーシスシグナル伝達経路や細胞骨格ダイナミクスに関与していることが判明し、口腔腫瘍の発生に重要な役割を果たすことが知られています。これらの結果は、NT-OSCCの発生と進行を理解するためのベースライン情報を提供するものである。さらに検証を進めることで、これらの同定されたタンパク質は、将来、NT-OSCC患者の早期発見や治療成績の予測のための潜在的なバイオマーカーとして使用される可能性があります。

CONCLUSION: The differentially expressed proteins are found to be involved in apoptotic signalling pathways, cytoskeletal dynamics and are known to play a critical role in oral tumorigenesis. Put together, the results provide available baseline information for understanding the development and progression of NT-OSCC. These identified proteins on further validation may be used as potential biomarkers in future for early detection and predicting therapeutic outcome of patients with NT-OSCC.