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肿瘤学 从生物信息学办法从多种角度定义近端和远端结肠癌的差别分子表达

2019-05-16 16:19:52来源:论文阁作者:佚名
肿瘤学导读:目的:经过剖析近端与远端结直肠癌的差别基因集和其集中的关键通路, 辨别不同部位结肠癌的分子表达特征基因谱。办法:应用GEO数据库中高通量基

目的:经过剖析近端与远端结直肠癌的差别基因集和其集中的关键通路, 辨别不同部位结肠癌的分子表达特征基因谱。办法:应用GEO数据库中高通量基因芯片数据挑选出具有结肠癌患者肿瘤部位近远端信息的芯片。采用GO基因功用注释和KEGG通路富集剖析, 挑选出可表征远端与近端结肠癌生物特性的特征基因簇和通路, 并停止蛋白质互相作用网络可视化剖析。结果:经差别基因剖析后, 发现不同部位结肠癌基因表达具有显著差别, 且主要存在于一些重要的肿瘤相关信号通路, 如Wnt信号通路, 细胞外基质相关通路和免疫调控通路等。结论:本文应用生物信息学办法, 从多种角度定义了近端和远端结肠癌的差别分子表达特征, 为结肠癌的精准治疗提供理论根据。

关键词:近端结肠癌; 远端结肠癌; 差别基因; 生物信息学剖析;

结直肠癌 (CRC) 是临床常见的消化道恶性肿瘤, 且其发病率和死亡率均在逐年增加, 严重要挟着人类安康。据国度癌症中心统计, 2015年我国新增结直肠癌患者约37.6万人, 死亡患者高达19.1万人。基于结直肠肿瘤的异质性, 如何对其完成精准治疗已成为亟待处理的难题。

近年来, 大量临床研讨发现结直肠癌发作的部位不同, 其化疗敏理性和预后均存在较大差别。其中, 2016年ASCO会议中CALGB/SWOG 80405研讨的亚组剖析结果显现, 关于KRAS野生型转移性结直肠癌 (m CRC) 一线FOL-FOX或FOLFIRI计划结合贝伐珠单抗或西妥昔单抗在结肠癌不同原发肿瘤位置对患者的总生存期 (OS) 和无停顿生存期 (PFS) 具有显著影响。

根底研讨标明结肠的不同位置来源于不同胚层。右半结肠来源于中肠, 由肠系膜上动脉供血;而左半结肠来源于后肠, 由肠系膜下动脉供血。上述差别以及生理学和肠道微生物不同, 招致结肠癌发作体细胞突变、表观遗传变异和蛋白异常表达等大量分子事情时具有显著差别, 最终使得近端和远端结直肠癌具有不同的分子病理特征。目前, 已明白TP53, KRAS, BRAF以及EG-FR等关键基因的突变状况存在显著差别。但是, 关于不同部位结肠癌的全基因组差别网络和蛋白功用簇仍尚待发掘。

基于上述差别, 我们应用GEO (gene expression omnibus) 数据库中已知肿瘤发作部位的芯片数据停止剖析。拟经过挑选近端与远端结直肠癌的差别基因集和差别基因集中的关键通路, 以树立辨别不同部位结肠癌的分子表达特征基因谱, 辨认关键的分子事情和途径, 为结肠癌的精准治疗提供理论根据。

1 资料与办法

1.1 基因表达谱芯片挑选

利NCBI (National Center for Biotechnology Information) 平台下的GEO数据库停止芯片挑选, 目的芯片需满足如下挑选规范: (1) 患者结肠癌标本, 扫除细胞株和动物; (2) 入选芯片需具有结肠癌位置 (近端或远端) 信息; (3) 需为基因表达芯片, 各探针具有归一化的表达值; (4) 所归入需契合质量请求的芯片, 芯片质量采用R言语中affy PLM言语包对芯片数据集停止回归剖析判别。

1.2 差别基因挑选

对所挑选出的芯片停止数据下载及差别基因挑选。应用在线工具GEO2R剖析各个芯片, 选取P<0.05, 差别大于2倍的基由于候选差别基因探针, 并将探针转化为规范基因称号。

1.3 基因功用注释与通路富集剖析

选取“1.2”局部所挑选出的差别基因, 应用DAVID生物信息资源数据库停止在线剖析工具, 以人源基由于背景停止GO (gene ontology) 基因功用注释和KEGG (Kyoto encyclopedia of genes and genomes) 通路富集剖析, 挑选出可表征远端与近端结肠癌生物特性的特征基因簇和通路。

1.4 蛋白互相作用网络剖析

应用Cytoscape3.5.1 (版本6.8) 的蛋白互相作用网络剖析插件MCODE (Version 1.4.2, Bader Lab, University of Toronto) 对构建的生物学网络中的区域停止关联度剖析。经过剖析网络构造, 依据关联积分值, 可取得整个网络中可能构成的蛋白质簇和关键节点蛋白, 并在Cytoscape中停止可视化显现。

2 结果

2.1 患者根本信息

经挑选及芯片质量剖析, 共挑选出3个契合入选规范的芯片系列, 分别为GSE2138, GSE18088和GSE25070。对其Matrix文件所提供相关患者根本信息停止剖析, 共归入125名患者, 根本状况见Tab.1。

Tab.1 The baseline characteristics of patients (n=125)

*MSI status:microsatellite instability.

2.2 近段远端结肠癌差别基因功用注释结果

经过差别基因的功用注释后, 剖析出差别基因主要集中在细胞对低氧和代谢物如脂肪酸的应对, 与RNA聚合酶II相关的启动子负调控, 转录共激活物活性及其转录因子序列特异性分离DNA的活性, 以及一些细胞行为学相关过程, 如细胞膜参与的钙非依赖性细胞粘附, 细胞-基质附着力以及核质穿越等 (Fig.1) 。

2.3 近端远端结肠癌差别基因通路富集结果

经过对近端远端结肠癌差别基因的通路富集, 我们发现其主要集中在肿瘤相关信号通路, 与细胞附着相关的黏着斑, Wnt信号通路和调控干细胞多能性的信号通路。还有免疫相关的通路, 如抗原的加工和递呈, 白细胞跨内皮迁移和本身免疫系统疾病, 以及代谢相关通路, 如丙氨酸、精氨酸和谷氨酸代谢 (Fig.2) 。

Fig.1 The gene functional annotation of proximal and distal colon cancer

Fig.2 The pathway enrichment analysis of proximal and distal colon cancer

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