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通过基因家族筛选出单基因并湿实验验证的4分 标准模版,值得学习!

 微笑如酒 2020-08-04

题目:SLC7A2 serves as a potential biomarker and therapeutic target for ovarian cancer

SLC7A2可作为卵巢癌的潜在生物标志物和治疗靶标


摘要


溶质载体(SLC)家族蛋白是最大的膜转运蛋白,但其在卵巢癌(OV)中的功能尚不清楚。本文分析了OV中具有氨基酸转运功能的SLC蛋白家族成员。在基因表达谱交互式分析和Kaplan-Meier绘图仪数据库中分析了OVS中SLC的mRNA表达水平和预后价值。选择显示差异表达和最显著的预后价值的SLC7A2用于进一步分析。使用cBioPortal数据库、基因组富集分析和WGCNA分析来探讨SLC7A2的潜在功能和分子机制。后续用临床样本和GEO数据集进行了验证,并在OV细胞系中进行了SLC7A2功能验证。总共对73名SLC家庭蛋白进行了分析,在OV中有7个上调表达,而有11个下调表达,其中15个是预后保护因子,而12个是预后危险因素。SLC7A2在OV中显著下调表达,并且与预后成正相关。功能验证结果表明抑制SLC7A2促进了OV细胞的活力,侵袭和迁移。综上所述,这些SLC家族成员,尤其是SLC7A2具有成为OV诊断和治疗的新型生物标记物的潜力。


流程图


1.    数据的获取和整理

在GEPIA数据库(http://gepia./)中分析了SLC蛋白家族基因在卵巢癌和正常卵巢组织中的mRNA表达水平用于以后因子的筛选。从GEO数据库中下载了44个卵巢癌细胞系的转录组数据作为验证数据。

从2016年至2018年在中国医科大学附属盛接受手术切除的患者中获得了60例卵巢原发癌组织和20例正常卵巢组织进行临床验证。

2.    鉴定差异表达的SLC家族成员

本文在GEPIA数据库中比较了卵巢癌和正常卵巢组织之间73个SLC蛋白家族成员的mRNA表达水平。鉴定出18个SLC蛋白家族成员表达差异显著(p <0.01)(图1A-2R),其中7个显著上调表达(SLC6A9、SLC6A12、SLC7A1、SLC7A4、SLC7A7、SLC38A1和SLC43A2),11个显著下调表达(SLC1A7、SLC6A1、SLC6A6、SLC7A2、SLC7A8、SLC36A4、SLC38A2、SLC38A3、SLC38A5、SLC38A10和SLC43A1)。

图1 卵巢癌(426个样品)和正常卵巢组织(88个样品)中SLC家族成员的mRNA表达水平

3.    SLC家族成员的预后价值

使用KM生存曲线分别分析了73名SLC蛋白家庭成员在卵巢癌患者中的预后意义。总共发现27个基因与总体存活率(OS)和无进展生存期(PFS)均显著相关(图2A–3D),其中15个是预后的保护因子(HR <1),12个是预后的风险因子(HR> 1)。

图2 SLC家族成员在卵巢癌中的预后价值(Kaplan–Meier Plotter)

如图3A所示,利用维恩图以探索具有显著差异表达的基因与具有预后价值的基因的交集,其中筛选出了六个基因:SLC6A9、SLC7A2、SLC7A4、SLC38A3、SLC38A10和SLC43A1,OS和PFS的KM生存曲线结果显示在图3B–4M中。在这六个基因中,SLC7A2对OS和PFS均显示出最显著的预后价值。SLC7A2高和低表达组的中位OS值分别为52.43和36.57个月,中位PFS值分别为22.41和14个月。因此,本文将SLC7A2确定为与卵巢癌生存相关的标志物,并将重点放在SLC7A2的进一步研究中。

图3 差异表达的SLC家族成员在卵巢癌中的预后价值(Kaplan–Meier Plotter)

4.    SLC7A2的遗传多样性
为了确定卵巢癌组织中SLC7A2的下调是否是由遗传变异引起的,本文在cBioPortal数据库中评估了SLC7A2的遗传变异,该数据库包含来自三项研究的1680例卵巢癌病例信息(分别为1,2,3)。结果显示数据集1中的SLC7A2遗传变异发生率为7.55%,数据集2中的SLC7A2遗传变异发生率为6.85%,数据集3的SLC7A2遗传变异发生率为3.07%(图4)。深度删除是最常见的类型,占所有遗传变异的一半以上(数据集1中为6.69%;数据集2中为5.14%;数据集3中为2.04%),突变和扩增是其他最常见的遗传变异类型。因此,深度删除可能是SLC7A2在卵巢癌中表达不足的主要机制之一。
图4 卵巢癌中SLC7A2的遗传多样性分析(cBioPortal)

5.    GSEA和WGCNA分析

为了探索SLC7A2在卵巢癌进展中的潜在功能和分子机制,本文对卵巢癌组织进行了基因集富集分析(GSEA),结果表明了SLC7A2表达低的样品在粘附连接,粘着斑和细胞周期等等有显著性富集(图5)。

图5 GSEA分析SLC7A2相关的富集基因集

通过WGCNA进一步分析了44个卵巢癌细胞系的转录组数据。本文使用了20486个基因来构建88个模块(图6A),最显著富集模块中富集了943个基因(包括SLC7A2)。对943个基因进行了功能富集分析,发现这些基因与先前报道的卵巢癌的发生和发展相关几个生物学通路中有富集,例如蛋白质泛素化、RNA聚合酶II转录的负调控启动子、凋亡过程的负调控和细胞增殖。p值<0.01和计数> 10的项如图6B所示。此外,显著富集模块中有14个基因与SLC7A2相关联,并在图7C的网络中可视化。


6 WGCNA分析SLC7A2在卵巢癌细胞系的转录组数据中的作用

6.    在验证数据集及临床样本中验证SLC7A2变化

分别在GSE27651和GSE54388数据集中比较了SLC7A2在卵巢癌和正常卵巢组织之间的表达水平。在两个数据集中,SLC7A2在卵巢癌中均下调(图7A、B)。此外,本文检测了60个原发性卵巢癌标本和20个正常卵巢组织中SLC7A2的mRNA表达水平。qRT-PCR结果显示,SLC7A2在癌症组织中的表达水平明显低于正常卵巢组织(图7C)。将60例上皮性卵巢癌患者分为高SLC7A2表达组和低SLC7A2表达组,以中位数为分界值。统计分析表明,≥60岁的患者SLC7A2表达明显高于<60岁的患者(p值= 0.037)。但是,SLC7A2表达水平与FIGO阶段,等级和病理类型没有显著相关性。

为了验证SLC7A2在卵巢癌中的预后价值,本文使用SLC7A2的中值mRNA表达水平将GSE31245数据集中的58例患者分为两组。与低表达组相比,高表达组显示出更好的OS(图7D)。

图7 基于GEO数据集和临床样本的SLC7A2验证

7.    SLC7A2的功能验证

利用siRNA敲低SLC7A2的A2780和OVCAR-3细胞系进行功能实验,以验证SLC7A2在卵巢癌中的功能。本文使用qRT-PCR来检查敲除的效率。CCK8实验表明SLC7A2降低了细胞活力(图8A)。顺铂耐药是卵巢癌复发的原因之一,因此本文探讨了SLC7A2是否与卵巢癌对顺铂的反应性有关。SLC7A2基因敲低对卵巢癌细胞对顺铂治疗的敏感性没有影响(图8B)。本文发现敲低SLC7A2促进了细胞聚集形成(图8C)。Transwell实验显示,在SLC7A2敲低后,卵巢癌细胞的侵袭和迁移能力增强(图8D)。上皮-间质转化标志物(包括N-钙粘着蛋白和波形蛋白)的蛋白质水平与Transwell结果一致(图8E)。

图8 SLC7A2基因敲低对卵巢癌细胞系功能的影响


结语


本文的研究揭示了SLC蛋白家族成员在卵巢癌中的异常表达和预后价值。此外,还发现了SLC7A2与卵巢癌细胞的活力,侵袭和迁移之间的关系。SLCs可能是卵巢癌患者诊断,治疗和预后预测的新型生物标志物。文章的思路清晰,进行生物信息学筛选后,利用验证数据集、临床样本及细胞学实验进行了验证,是干湿实验结合的经典模板。不足之处是生物信息学部分的分析略显单薄,与临床指标联系不紧密,显得说服力不强。

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