基于GEO数据库筛选舌鳞状细胞癌顺铂耐药的关键基因及生物信息学分析.pdf
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1、本文引文格式:苏萌,张钊银,姚金光.基于G E O数据库筛选舌鳞状细胞癌顺铂耐药的关键基因及生物信息学分析J.右江民族医学院学报,2 0 2 3,4 5(4):5 5 7-5 6 2.【论著与临床报道】基于G E O数据库筛选舌鳞状细胞癌顺铂耐药的关键基因及生物信息学分析苏萌,张钊银,姚金光(右江民族医学院口腔医学院,广西 百色 5 3 3 0 0 0)摘 要:目的 通过生物信息学方法筛选舌鳞状细胞癌顺铂耐药的关键基因。方法 从G E O数据库下载G S E 1 1 1 5 8 5和G S E 1 1 5 1 1 9数据集,利用l i mm a包进行差异分析,与P R G s取交集后获取D E
2、 G s。利用R语言对D E G s进行G O功能富集及K E G G通路富集分析。S t r i n g数据库构建P P I网络,在C y t o s c a p e中进行可视化,基于D e g r e e拓扑分析算法筛选H u b基因。根据W i l c o x.t e s t法分析H u b基因与顺铂耐药性的联系。结果 共筛选出3 2个D E G s。G O富集分析显示D E G s主要参与刺激反应调节、信号受体结合等功能;K E G G富集分析显示D E G s富集在癌症通路和人T细胞白血病病毒型感染信号通路。筛选出F N1、S O X2和C O L1A13个H u b基因,其中C O
3、 L1A1具有成为潜在生物靶点的潜力。结论 C O L1A1可能是舌鳞状细胞癌顺铂耐药的潜在作用靶点。关键词:舌肿瘤;生物信息学;顺铂;耐药性;靶点中图分类号:R 7 3 9.8 6 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 1-5 8 1 7(2 0 2 3)0 4-0 5 5 7-0 6d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 1-5 8 1 7.2 0 2 3.0 4.0 0 3S c r e e n i n g t h ek e yg e n e so f c i s p l a t i nr e s i s t a n c e i nt o n g u e s
4、q u a m o u s c e l l c a r c i n o m ab yb i o i n f o r m a t i c sa n a l y s i sb a s e do nG E Od a t a b a s eS uM e n g,Z h a n gZ h a o y i n,Y a oJ i n g u a n g(S c h o o l o fS t o m a t o l o g y,Y o u j i a n gM e d i c a lU n i v e r s i t yf o rN a t i o n a l i t i e s,B a i s e5 3 3
5、 0 0 0,G u a n g x i,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v e T os c r e e n t h ek e yg e n e s o f c i s p l a t i n r e s i s t a n c e i n t o n g u e s q u a m o u s c e l l c a r c i n o m ab yb i o i n f o r m a t i c sm e t h o d s.M e t h o d s T h eG S E 1 1 1 5 8 5a n dG S E 1 1 5 1 1
6、9d a t a s e t sw e r ed o w n l o a d e d f r o mt h eG E Od a t a b a s e,d i f f e r e n t i a l a n a l y s i sw a sp e r f o r m e du s i n g t h e l i mm ap a c k a g e,a n d t h eD E G sw e r e a c q u i r e da f t e r a d o p-t i n gt h e i n t e r s e c t i o nw i t hP R G s.T h eGOf u n c
7、t i o n a le n r i c h m e n ta n dK E G Gp a t h w a ye n r i c h m e n ta n a l y s i so fD E G sw e r ep e r f o r m e db yRl a n g u a g e.T h eP P In e t w o r kw a sc o n s t r u c t e du s i n gt h eS t r i n gd a t a b a s e,a n dw a sv i s u a l i z e d i nC y t o s c a p e.H u bg e n e sw
8、e r e s e l e c t e db a s e do nt h eD e g r e e t o p o l o g i c a l a n a l y s i s a l g o r i t h m.T h e r e l a-t i o n s h i pb e t w e e nH u bg e n e s a n dc i s p l a t i nr e s i s t a n c ew a s a n a l y z e dw i t ht h eW i l c o x.t e s tm e t h o d.R e s u l t s At o t a l o f 3 2
9、D E G sw e r es c r e e n e d.T h eGOe n r i c h m e n ta n a l y s i ss h o w e dt h a t t h eD E G sw e r em a i ni n v o l v e di nf u n c t i o n ss u c ha ss t i m u l u sr e s p o n s er e g u l a t i o n,s i g n a lr e c e p t o rb i n d i n g.K E G Ge n r i c h m e n ta n a l y s i ss h o w
10、e dt h a t t h eD E G sw e r ee n r i c h e di nt h ec a n c e rp a t h w a y sa n dt y p ei n f e c t i o ns i g n a l i n gp a t h w a yo fh u m a nT-c e l ll e u k e m i av i r u s.F N1,S O X2,a n dC O L1A1w e r e i d e n t i f i e da s 3h u bg e n e s,w i t hap o t e n t i a l b i o l o g i c a
11、l t a r g e tf o rC O L1A1.C o n c l u s i o n C O L1A1m a yb eap o t e n t i a l t a r g e t f o r c i s p l a t i nr e s i s t a n c e i nt o n g u es q u a m o u s c e l l755第4 5卷 第4期 右江民族医学院学报 V o l.4 5N o.42 0 2 3年8月 J o u r n a l o fY o u j i a n gM e d i c a lU n i v e r s i t yf o rN a t i o
12、 n a l i t i e s A u g.2 0 2 3基金项目:国家自然科学基金项目(8 1 6 6 0 4 9 5);广西研究生教育创新计划项目(Y C SW 2 0 2 2 4 5 9)第一作者简介:苏萌(1 9 9 6-),男,硕士,研究方向:舌鳞状细胞癌的侵袭及转移分子机制,E-m a i l:1 4 5 3 7 8 9 1 7 0q q.c o m 通讯作者简介:姚金光(1 9 6 5-),男,博士,教授,博士、硕士研究生导师,研究方向:舌鳞状细胞癌的侵袭及转移分子机制,E-m a i l:y a o 7 7 6 0 6 9 81 2 6.c o mc a r c i n o
13、m a.K e yw o r d s:t o n g u es q u a m o u sc e l l c a r c i n o m a;b i o i n f o r m a t i c s;c i s p l a t i n;d r u gr e s i s t a n c e;t a r g e t 舌鳞状细胞癌(t o n g u es q u a m o u sc e l l c a r c i n o m a,T S C C)是一种舌体鳞状上皮组织来源的口腔恶性肿瘤,也是常见的头颈部恶性肿瘤1。舌头的前2/3被认为是舌鳞状细胞癌发生的主要区域,而舌头的后1/3为舌根癌的范畴2。
14、流行病学资料显示,舌鳞状细胞癌约占口腔癌的3 0%5 0%和全身恶性肿瘤的0.8%1.5%3-4。舌体组织的淋巴管、血管丰富且机械运动频繁,出现区域淋巴结转移的可能性很高,即使在早期阶段也是如此,导致临床上治疗困难。顺铂的联合化疗是包括舌鳞状细胞癌在内的多种癌症的标准治疗方法,在舌鳞状细胞癌的治疗中扮演极其重要的角色。然而,顺铂通常受到机体天然和获得性耐药的限制,许多舌鳞状细胞癌患者对顺铂固有抗性或经多次用药后对顺铂产生抗性,甚至对未使用过的化疗药物也产生抗性,从而严重限制了化疗效果,术后5年生存率仅为5 0%5-7。目前,临床上仍缺乏针对舌鳞状细胞癌顺铂耐药的关键靶点,导致无法从根本上逆转其
15、耐药性。随着芯片技术的发展,学者们从专注于少数经典耐药基因的研究转向全基因组测序来挖掘特异的耐药基因,以更准确地评估机体基因调控耐药变化的过程。本研究基于G E O数据库中舌鳞状细胞癌顺铂耐药细胞的芯片数据,利用生物信息学分析方法筛选舌鳞状细胞癌顺铂耐药过程中的关键基因,探讨其与顺铂耐药性的联系,为揭示顺铂耐药的分子机制及逆转顺铂耐药性提供理论依据。1 材料与方法1.1 数据来源 登录G e n eE x p r e s s i o nOm n i b u s数据库(h t t p s:/www.n c b i.n l m.n i h.g o v/g e o/,G E O),以“T o n g
16、 u eS q u a m o u sC e l lC a r c i n o m a”和“C i p l a t i nR e s i s t a n c e”作为关键词,下载数据集G S E 1 1 1 5 8 5和G S E 1 1 5 1 1 9的 表 达 数 据 及G P L平 台 文 件。G S E 1 1 1 5 8 5数据集基于G P L 1 4 7 1 5平台测序,共包括3例正常S C C 9细胞样本和3例S C C 9顺铂耐药细胞样本。G S E 1 1 5 1 1 9数据集基于G P L 1 6 9 5 5平台测序,共包括2例正常C A L 2 7细胞样本和2例C A L
17、 2 7顺铂耐药细胞样本。S C C 9与C A L 2 7均为人舌鳞状细胞癌细胞系。根据G P L平台文件对探针I D进行注释转换,以获取对应的基因名称。从铂耐药基因数据库(h t t p:/p t r c-d d r.c p t a c-d a t a-v i e w.o r g)中下载9 0 9个与铂耐药密切相关的基因(p l a t i n u mr e s i s t e n tg e n e s,P R G s),该数据库包含近3 0年来8 0 0篇出版物关于铂耐药的研究,并对涉及铂耐药的9 0 9个基因进行高度整理和注释8。1.2 差异基因的筛选 用R语言l i mm a包分别对
18、G S E 1 1 1 5 8 5和G S E 1 1 5 1 1 9数据集进行差异分析9,以P5,P0.0 5及F D R0.4 0 0(中等置信度)为阈值构建蛋白互作网络(p r o t e i n-p r o t e i ni n t e r a c t i o n,P P I),去除游离的靶点,简化P P I网络。下载P P I网络的T S V文件,将其导入C y t o s c a p e_v 3.8.0软件进行可视化,其中节点(N o d e)代表节点基因,边(E d g e)代表基因之间的相互作用情况。基于C y t o H u b b a插件中D e g r e e拓扑分析算法
19、对P P I网络进行分析,筛选出评分前3的基因作为H u b基因。1.5 H u b基因与顺铂耐药性分析 从C e l l m i n e r数据 库(h t t p s:/d i s c o v e r.n c i.n i h.g o v/c e l l m i n e r/h o m e.d o)中下载药物敏感性数据1 1,根据H u b基因表达量中位数分为高、低表达组,用w i l c o x.t e s t计算两组顺铂敏感性I C 5 0的表达差异,绘制箱线图,P0.0 5时差异有统计学意义。2 结果2.1 差异表达基因的鉴定 根据|l o g 2 F C|2,P0.0 5标准筛选,G
20、 S E 1 1 1 5 8 5数据集共筛选出4 5 8个D E G s,其中上调基因2 3 5个,下调基因2 2 3个(见图1 A);G S E 1 1 5 1 1 9数据集共筛选出6 7 7个D E G s,其中上调基因3 7 7个,下调基因3 0 0个(见图1 B)。韦恩图交叉分析筛选出3 2个与顺铂耐药密切相关的D E G s(见图1 C)。8552 0 2 3年 右江民族医学院学报 第4期图1 差异表达基因的火山图和韦恩图2.2 GO及K E G G富集分析 GO功能富集分析显示,3 2个D E G s主要富集在刺激反应调节、多细胞生物过程的调节及组织发育等生物学过程(见图2 A);
21、细胞组成变化主要涉及细胞外区域、内膜系统及胞外区部分等(见图2 B);分子功能变化主要包括信号受体结合、酶结合、D NA结合转录激活剂活性等(见图2 C)。K E G G通路富集分析显示,D E G s主要富集在癌症通路、人T细胞白血病病毒型感染、人乳头瘤病毒感染及糖尿病并发症中的AG E-R AG E信号通路等(见图2 D)。图2 差异表达基因的G O及K E G G富集分析9552 0 2 3年 右江民族医学院学报 第4期2.3 P P I网络的构建及H u b基因的识别 将3 2个显著性D E G s上传至S T R I NG数据库,去除游离节点,构建3 2个 节 点,6 0条 边 数
22、的P P I网 络。使 用C y t oH u bb a插件D e g r e e算法对P P I网络进行分析,评分排名前3的基因中纤维连接蛋白基因(f i b r o n e c t i n1,F N1)、性别决定区Y框蛋白2(s e x d e t e r m i n i n gr e-g i o nY-B o x 2,S O X2)和型胶原 1亚基因(c o l l a g e nt y p e a l p h a1,C O L1A1)被鉴定为舌鳞状细胞癌顺铂耐药的关键基因即H u b基因,三者均为上调基因,见图3。图3 蛋白互作网络及H u b基因2.4 H u b基因与顺铂I C 5
23、 0的表达差异 根据P0.0 5为筛选阈值,发现其中C O L1A1具有较大的研究意义。研究显示与C O L1A1低表达组相比,高表达组的顺铂敏感性I C 5 0较高,说明基因表达量越高,其对顺铂的抗药性越强。见图4。图4 C O L1A1表达量与顺铂I C 5 0的表达差异3 讨论顺铂是舌鳞状细胞癌化疗的首选药物,但耐药性严重限制了其临床应用。尽管很多学者已经致力于顺铂抗性机制的研究,但是仍然缺乏逆转顺铂抗性和改善对基于顺铂的疗法响应的有效靶标1 2。因此,确定顺铂耐药变化过程中起主导作用的关键基因,运用新的分子靶向治疗方法来克服顺铂耐药性或针对性开发安全有效的药物靶标来逆转耐药性对舌鳞状细
24、胞癌的治疗至 关 重 要。本 研 究 通 过 生 物 信 息 学 方 法 筛 选G S E 1 1 1 5 8 5和G S E 1 1 5 1 1 9数据集中D E G s,但芯片数据中细胞样本量较少,为此引入了铂耐药基因数据库中的P R G s,以排除筛选基因时出现的假阳性。经过多数据集及多基因的整合,共筛选出3 2个显著表达的D E G s,其在正常人舌鳞癌细胞系和耐药细胞系中的表达存在显著差异,说明该基因与铂耐药性存密切的联系。GO功能富集分析显示,D E G s主要参与刺激反应调节及多细胞生物过程的调节等生物学过程,细胞组成变化主要在细胞外区域、内膜系统及胞外区等区域,与信号受体结合、
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