Many solid cancers are known to exhibit a high degree of heterogeneity in their deregulation of different oncogenic pathways. We sought to identify major oncogenic pathways in gastric cancer (GC) with significant relationships to patient survival. Using gene expression signatures, we devised an in silico strategy to map patterns of oncogenic pathway activation in 301 primary gastric cancers, the second highest cause of global cancer mortality. We identified three oncogenic pathways (proliferation/stem cell, NF-κB, and Wnt/β-catenin) deregulated in the majority (>70%) of gastric cancers. We functionally validated these pathway predictions in a panel of gastric cancer cell lines. Patient stratification by oncogenic pathway combinations showed reproducible and significant survival differences in multiple cohorts, suggesting that pathway interactions may play an important role in influencing disease behavior. Individual GCs can be successfully taxonomized by oncogenic pathway activity into biologically and clinically relevant subgroups. Predicting pathway activity by expression signatures thus permits the study of multiple cancer-related pathways interacting simultaneously in primary cancers, at a scale not currently achievable by other platforms.

Background & AimsGastric cancer (GC) is a heterogeneous disease comprising multiple subtypes that have distinct biological properties and effects in patients. We sought to identify new, intrinsic subtypes of GC by gene expression analysis of a large panel of GC cell lines. We tested if these subtypes might be associated with differences in patient survival times and responses to various standard-of-care cytotoxic drugs.MethodsWe analyzed gene expression profiles for 37 GC cell lines to identify intrinsic GC subtypes. These subtypes were validated in primary tumors from 521 patients in 4 independent cohorts, where the subtypes were determined by either expression profiling or subtype-specific immunohistochemical markers (LGALS4, CDH17). In vitro sensitivity to 3 chemotherapy drugs (5-fluorouracil, cisplatin, oxaliplatin) was also assessed.ResultsUnsupervised cell line analysis identified 2 major intrinsic genomic subtypes (G-INT and G-DIF) that had distinct patterns of gene expression. The intrinsic subtypes, but not subtypes based on Lauren's histopathologic classification, were prognostic of survival, based on univariate and multivariate analysis in multiple patient cohorts. The G-INT cell lines were significantly more sensitive to 5-fluorouracil and oxaliplatin, but more resistant to cisplatin, than the G-DIF cell lines. In patients, intrinsic subtypes were associated with survival time following adjuvant, 5-fluorouracil–based therapy.ConclusionsIntrinsic subtypes of GC, based on distinct patterns of expression, are associated with patient survival and response to chemotherapy. Classification of GC based on intrinsic subtypes might be used to determine prognosis and customize therapy. Gastric cancer (GC) is a heterogeneous disease comprising multiple subtypes that have distinct biological properties and effects in patients. We sought to identify new, intrinsic subtypes of GC by gene expression analysis of a large panel of GC cell lines. We tested if these subtypes might be associated with differences in patient survival times and responses to various standard-of-care cytotoxic drugs. We analyzed gene expression profiles for 37 GC cell lines to identify intrinsic GC subtypes. These subtypes were validated in primary tumors from 521 patients in 4 independent cohorts, where the subtypes were determined by either expression profiling or subtype-specific immunohistochemical markers (LGALS4, CDH17). In vitro sensitivity to 3 chemotherapy drugs (5-fluorouracil, cisplatin, oxaliplatin) was also assessed. Unsupervised cell line analysis identified 2 major intrinsic genomic subtypes (G-INT and G-DIF) that had distinct patterns of gene expression. The intrinsic subtypes, but not subtypes based on Lauren's histopathologic classification, were prognostic of survival, based on univariate and multivariate analysis in multiple patient cohorts. The G-INT cell lines were significantly more sensitive to 5-fluorouracil and oxaliplatin, but more resistant to cisplatin, than the G-DIF cell lines. In patients, intrinsic subtypes were associated with survival time following adjuvant, 5-fluorouracil–based therapy. Intrinsic subtypes of GC, based on distinct patterns of expression, are associated with patient survival and response to chemotherapy. Classification of GC based on intrinsic subtypes might be used to determine prognosis and customize therapy.