Comparative secretome analysis of normal prostate and prostate cancer cell models
Date
2017-03
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH SUMMARY: Prostate cancer is the second most common cancer among men. The prostate
specific antigen (PSA) was the first biomarker identified for the diagnosis of this
prevalent disease. Although this biomarker is in routine use it has been extensively
criticised and discredited due to the large number of false positives identified
from its usage, which result from benign conditions such as benign prostatic
hyperplasia and prostatitis. Several studies have therefore made use of genomic,
transcriptomic and proteomic methods to identify novel candidate biomarkers for
prostate cancer, which can replace PSA. The aim of this study was to contribute
to this search by using state-of-the-art mass spectrometry based proteomics to
characterise the proteome and secretome of benign (BPH-1), cancerous (LNCaP
and PC-3) and normal (PNT2C2) prostate cell lines. The seeding densities of
the four prostate cell lines were optimised for maximum protein secretion and
reduced cell death in a chemically defined medium, with lower seeding densities
yielding the best results. Acetone precipitation was subsequently found to yield the
best protein recoveries from the conditioned media when compared to three other
methods, which included ammonium sulphate, methanol chloroform and PTAmediated
acetone precipitation. The proteome and secretome pro les of the four
cell lines were subsequently characterised by mass spectrometer based proteomics.
A total of 3576 and 1106 proteins were positively assigned from the proteome
and secretome samples, respectively. This data was subsequently analysed using
Ingenuity Pathway Analysis, several upregulated molecular pathways, upstream
regulators, molecular and cellular processes, disease states and potential biomarkers
were identified. The data showed that pathways involved in the regulation of a
Adherens junctions, oxidative phosphorylation and mitochondria were significantly
upregulated in the prostate cancer cell lines and may therefore be useful avenues to
pursue when searching for candidate biomarkers or therapeutic targets for prostate
cancer. Furthermore, a total of 157 candidate biomarkers which could distinguish
the prostate cancer cell lines from the benign prostatic hyperplasia cell line were
identified. Despite a number of limitations this study further demonstrates the use
of secretome based proteomics as a tool to complement biomarker discovery.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Prostaatkanker is die tweede mees algemene kanker onder mans. Die prostaatspesifieke antigeen (PSA) was die eerste biomerker geidentifiseer vir die diagnose van hierdie algemene siekte. Alhoewel hierdie biomerker in roetinegebruik is, is dit gekritiseer en gediskrediteer as 'n biomarker vir prostaatkanker as gevolg van die groot aantal vals positiewes wat geidentifiseer is met die gebruik daarvan, wat as gevolg van toestande soos nie-kwaadaardige prostaat hiperplasie en prostatitis is. Verskeie studies het dus gebruik gemaak van genomiese, transkriptomiese en proteomiese metodes om nuwe kandidaat biomerkers vir prostaatkanker, wat PSA kan vervang, te identfiseer. Die doel van hierdie studie was om by te dra tot hierdie soektog deur die gebruik van massaspektrometrie-gebaseerde proteomika. Die proteoom en secretoom van nie-kwaadaardige (BPH-1), kanker (LNCaP en PC-3) en normale (PNT2C2) prostaat sellyn was ontleed. Die lotingdigthede van die vier prostaat sellyne is geoptimiseer vir maksimum proteien sekresie en minimale seldood. 'n Laer lotingdigthede het die beste resultate gelewer. Asetoonpresipitasie het die beste proteienherwinning van die gekondisioneerde media gelewer. Die ander metodes wat getoets was, was die ammoniumsulfaat, metanol chloroform en PTA-bemiddelde asetoonpresipitasie metodes. Die proteoom en secretoom profiele van die vier sellyne is daarna met behulp van massaspektrometer bemiddelde proteomika ontleed. 'n Totaal van 3576 en 1106 proteiene is positief uit die proteoom en secretome monsters onderskeidelik, geintifiseer. Hierdie data is verder ontleed met behulp van \Ingenuity Pathway Analysis" sagteware. Verskeie veranderinge in molekulêre paaie, stroomop reguleerders, molekulêre en sellullêre prosesse, siektetoestande en potensile biomerkers is geidentifiseer. Die data het getoon dat paaie wat betrokke is by die regulering van 'n Adherens aansluitings, oksidatiewe fosforilering en mitochondria is opgereguleer in die prostaatkanker sellyne en is dus nuttig paaie om te ondersoek vir kandidaatbiomerkers of terapeutiese middels vir prostaatkanker. Verder is 'n totaal van 157 kandidate biomerkers wat die prostaatkanker sellyne van die nie-kwaadaardige prostaat hiperplasie sellyn kan onderskei, geidentifiseer. Ten spyte van 'n aantal beperkings in hierdie studie toon die resultate dat sekretoom-gebaseerde proteomika gebruik kan word om biomerker ontdekking aan te vul.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Prostaatkanker is die tweede mees algemene kanker onder mans. Die prostaatspesifieke antigeen (PSA) was die eerste biomerker geidentifiseer vir die diagnose van hierdie algemene siekte. Alhoewel hierdie biomerker in roetinegebruik is, is dit gekritiseer en gediskrediteer as 'n biomarker vir prostaatkanker as gevolg van die groot aantal vals positiewes wat geidentifiseer is met die gebruik daarvan, wat as gevolg van toestande soos nie-kwaadaardige prostaat hiperplasie en prostatitis is. Verskeie studies het dus gebruik gemaak van genomiese, transkriptomiese en proteomiese metodes om nuwe kandidaat biomerkers vir prostaatkanker, wat PSA kan vervang, te identfiseer. Die doel van hierdie studie was om by te dra tot hierdie soektog deur die gebruik van massaspektrometrie-gebaseerde proteomika. Die proteoom en secretoom van nie-kwaadaardige (BPH-1), kanker (LNCaP en PC-3) en normale (PNT2C2) prostaat sellyn was ontleed. Die lotingdigthede van die vier prostaat sellyne is geoptimiseer vir maksimum proteien sekresie en minimale seldood. 'n Laer lotingdigthede het die beste resultate gelewer. Asetoonpresipitasie het die beste proteienherwinning van die gekondisioneerde media gelewer. Die ander metodes wat getoets was, was die ammoniumsulfaat, metanol chloroform en PTA-bemiddelde asetoonpresipitasie metodes. Die proteoom en secretoom profiele van die vier sellyne is daarna met behulp van massaspektrometer bemiddelde proteomika ontleed. 'n Totaal van 3576 en 1106 proteiene is positief uit die proteoom en secretome monsters onderskeidelik, geintifiseer. Hierdie data is verder ontleed met behulp van \Ingenuity Pathway Analysis" sagteware. Verskeie veranderinge in molekulêre paaie, stroomop reguleerders, molekulêre en sellullêre prosesse, siektetoestande en potensile biomerkers is geidentifiseer. Die data het getoon dat paaie wat betrokke is by die regulering van 'n Adherens aansluitings, oksidatiewe fosforilering en mitochondria is opgereguleer in die prostaatkanker sellyne en is dus nuttig paaie om te ondersoek vir kandidaatbiomerkers of terapeutiese middels vir prostaatkanker. Verder is 'n totaal van 157 kandidate biomerkers wat die prostaatkanker sellyne van die nie-kwaadaardige prostaat hiperplasie sellyn kan onderskei, geidentifiseer. Ten spyte van 'n aantal beperkings in hierdie studie toon die resultate dat sekretoom-gebaseerde proteomika gebruik kan word om biomerker ontdekking aan te vul.
Description
Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2017.
Keywords
Prostate -- Cancer, Biomarkers, Proteomics, Secretomes, Mass spectrometry, Ingenuity Pathway Analysis, Prostate-specific antigen, Acetone -- Precipitation, UCTD