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单基因干湿生信结合发4分SCI生信分析

单基因思路 管理员 202℃ 0评论

单基因干湿生信结合发4分SCI生信分析插图

今天和大家分享的是2020年7月份发表在Aging杂志上的一篇文章“Higher expression of cell division cycle-associated protein 5 predicts poorer survival outcomes in hepatocellular carcinoma”(IF=4.831)。文章中作者基于304例HCC肿瘤样本的TAM数据以及TCGA数据库进行了CNV、miRNA和甲基化分析,揭示了CDCA5上调表达导致HCC患者生存较差的潜在机制。

Higher expression of cell division cycle-associated protein 5 predicts poorer survival outcomes in hepatocellular carcinoma

高表达细胞分裂周期相关蛋白5与肝细胞癌生存较差有关

一、研究背景

肝细胞癌(HCC)是最常见的肝癌形式,当前关于HCC的肿瘤学研究的主要目的是了解HCC进展的病理生理机制。细胞分裂周期相关蛋白5(CDCA5),也被称为由CDCA5基因sororin编码,胞外信号调节激酶(ERK)使Ser209处的CDCA5磷酸化可以抑制肺癌细胞的增殖,这在诱导CDCA5的外源表达后被逆转。CDCA5在各种人肿瘤组织中显著上调,包括肺癌,口腔鳞状细胞癌,膀胱上皮癌和胃癌。这些发现表明CDCA5作为癌症的重要致癌启动子。但是CDCA5调节HCC肿瘤发生的潜在机制仍不清晰。

二、研究思路

单基因干湿生信结合发4分SCI生信分析插图1

三、结果解读

1、CDCA5在肝癌中的临床意义

为了评估CDCA5在肝癌中的临床意义,使用TMA检测了CDCA5的表达,纳入了HCC样本(n = 304)和癌旁组织(n = 50)。结果表明,HCC样品的CDCA5表达升高。同时,通过GEO数据集的进一步验证了肿瘤组织中CDCA5的表达更高。

单基因干湿生信结合发4分SCI生信分析插图2

图1.GEO数据集中CDCA5的相对mRNA表达

通过根据X-tile软件设置的最佳临界点将患者分为亚组,发现较高的CDCA5表达与较差的OS和DFS结果相关。此外,多因素Cox回归分析表明CDCA5作为OS和DFS的独立危险因素的重要性。

单基因干湿生信结合发4分SCI生信分析插图3

图2.CDCA5在肝癌组织中上调,并预测较差的生存结果

2、CDCA5促进肝癌形成的潜在机制

为了阐明CDCA5促进肝癌形成的潜在机制,使用RNAseq分析了CDCA5高和低组的基因表达(以CDCA5低组为参考,1652个基因上调(≥1.5倍),而1885个基因下调(≥1.5倍)。GSEA分析表明,在CDCA5表达较高的患者中,与细胞周期,DNA复制和p53通路有关的基因显着富集。

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图3.鉴定CDCA5高和低患者之间差异表达的基因

这三种途径中基因的热图表明,高表达CDCA5患者的这些基因具有显著性差异,表明CDCA5充当p53途径下游目标并通过激活肿瘤细胞增殖促进HCC癌变的可能。

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图4.参与DNA复制和p53通路之间的基因表达分析

3、不同CDCA5表达的HCC突变特征

通过基于TCGA数据集的SNP数据的基因分析研究,提供了HCC中驱动基因的突变情况。为了找到与CDCA5表达相关的重大突变事件,分析了具有不同CDCA5表达(高vs.低)的HCC的突变特征。值得注意的是,高CDCA5组的样本中有超过一半在TP53中发生了突变事件。

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图5.通过CDCA5表达分层的HCC亚群中的显着突变的基因

具有较高CDCA5表达的肿瘤在TP53中显示出统计学上较高的突变负担,同时在高CDCA5肿瘤中也观察到了抑癌基因RB1的较高突变负担。有趣的是,在CDCA5表达较低的患者中,CTNNB1的突变负荷较高。

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表1.高低表达CDCA5患者的突变频率

4、CDCA5表达与CNV的相关性

HCC广泛拷贝数改变会增加的基因组不稳定性。为了确定CDCA5表达与CNV之间的相关性,使用GISTIC 2.0分析了各个染色体区域的拷贝数扩增和缺失。结果表明CDCA5高表达患者中有1035个基因显示出拷贝数缺失,而CDCA5低表达患者中的基因数目为436。此外,CDCA5高表达患者缺失区域内的133个基因在RNAseq中显示出一致的表达模式,这意味着这些基因的差异表达可能部分是由于拷贝数缺失所致。同时,CDCA5高的患者异常扩增区域内的基因数量为1245,这表明这些基因的差异表达可能部分是由于拷贝数扩增所致。尽管有一些基因显示出RNAseq和CNV结果之间的一致性,但CDCA5高表达的患者从RNAseq鉴定出的大多数异常表达基因不受CNV的影响。

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图6.CDCA5与突变特征,拷贝数变异之间的关联

5、CDCA5与miRNA的关系

研究进一步评估了CDCA5上调后miRNA的表达差异。在CDCA5高表达组(以CDCA5-low组为参考,共检测到44个上调的miRNA(≥1.5倍)和113个下调的miRNA(≥1.5倍)。通过使用TargetScan共鉴定了97对miRNA-mRNA相互作用,其中65对在CDCA5表达高的患者中具有显着下调的基因。值得注意的是,hsa-mir-200b负调控了29个基因的表达。PPI相互作用网络显示,一组癌基因,包括DNMT3A,TGFB2,CXCL12和BCL9,可能受到miRNA表达的调控。

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图7.CDCA5表达高、低组患者之间表观遗传变化和基因表达的整合

6、WGCNA评估不同CDCA5患者的DNA甲基化模式

DNA甲基化被认为是调节基因表达的重要表观遗传修饰。先前的研究表明,基因启动子的甲基化CpG岛将抑制基因表达。为了评估CDCA5高、低患者之间的DNA甲基化模式,我们使用WGCNA将甲基化的基因聚类到不同的甲基化模块中。该网络和已识别的模块说明如上图7C。结果显示,CDCA5上调可能会影响6种癌基因的甲基化状态(图7E),包括TBX3,PPP1R14A,FHL2,CAMK1D,ZBTB16和AKTIP 。在这6个基因中,FHL2,CAMK1D和ZBTB16的β值与CDCA5表达呈显着负相关,而PPP1R14A的β值与CDCA5表达呈正相关。

四、小结

作者基于TMA分析的304例HCC患者和TCGA-HCC数据,从miRNA,突变和WGCNA模块甲基化方面全面分析了CDCA5基因,根据CDCA5表达来评估样品的预后综合分析。结果表明,CDCA5表达与表观遗传变化之间存在关联,阐述了CDCA5上调导致HCC患者较差生存结果的潜在机制,引出CDCA5靶向疗法在未来临床实践中具有潜在价值。

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