We present CoPhosK to predict kinase-substrate associations for phosphopeptide substrates detected by mass spectrometry (MS). The tool utilizes a Naive Bayes framework with priors of known kinase-substrate associations (KSAs) to generate its predictions. Through the mining of MS data for the collective dynamic signatures of the kinases substrates revealed by correlation analysis of phosphopeptide intensity data, the tool infers KSAs in the data for the considerable body of substrates lacking such annotations. We benchmarked the tool against existing approaches for predicting KSAs that rely on static information (e.g. sequences, structures and interactions) using publically available MS data, including breast, colon, and ovarian cancer models. The benchmarking reveals that co-phosphorylation analysis can significantly improve prediction performance when static information is available (about 35% of sites) while providing reliable predictions for the remainder, thus tripling the KSAs available from the experimental MS data providing a to comprehensive and reliable characterization of the landscape of kinase-substrate interactions well beyond current limitations.

Abstract Metastasis remains a major cause of morbidity and mortality in men with prostate cancer, and the functional impact of the genetic alterations, alone or in combination, driving metastatic disease remains incompletely understood. The proto-oncogene c-MYC, commonly deregulated in prostate cancer. Transgenic expression of c-MYC is sufficient to drive the progression to prostatic intraepithelial neoplasia and ultimately to moderately differentiated localized primary tumors, however, c-MYC-driven tumors are unable to progress through the metastatic cascade, suggesting that a “second-hit” is necessary in the milieu of aberrant c-MYC-driven signaling. Here, we identified cooperativity between c-MYC and KLF6-SV1, an oncogenic splice variant of the KLF6 gene. Transgenic mice that co-expressed KLF6-SV1 and c-MYC developed progressive and metastatic prostate cancer with a histological and molecular phenotype like human prostate cancer. Silencing c-MYC expression significantly reduced tumor burden in these mice supporting the necessity for c-MYC in tumor maintenance. Unbiased global proteomic analysis of tumors from these mice revealed significantly enriched vimentin, a dedifferentiation and pro-metastatic marker, induced by KLF6-SV1. c-MYC-positive tumors were also significantly enriched for KLF6-SV1 in human prostate cancer specimens. Our findings provide evidence that KLF6-SV1 is an enhancer of c-MYC-driven prostate cancer progression and metastasis, and a correlated genetic event in human prostate cancer with potential translational significance.