文摘
越来越多的证据表明,TGF -β在肿瘤发生和发展有至关重要的作用。然而,TGF -机制β信号调节器食道癌(EC)尚不清楚。在这里,我们使用各种生物信息学方法分析TGF -的表达式和生存数据β信号的监管者EC患者。我们提取S-TGF——的表达β从癌症基因组图谱信号调节器(TCGA)。cBioPortal数据库被用来评估遗传变异的频率。TGF -β信号调节器EC和正常组织中表达。目标是使用kaplan meier绘图仪数据库调查TGF -的预后价值β监管机构在癌症患者的信号。大卫和clusterProfiler软件包用于功能富集分析。我们发现患者TGF -β总体存活率相对较短的信号突变,无病生存,针对疾病的生存,铂总体存活率,platinum-free进展生存。我们发现,与非癌变组织的EC患者相比,ZFYVE9, BMPR1B, TGFB3, TGFBRAP1, ACVRL1, TGFBR2, SMAD4, SMAD7, ACVR2A, BMPR1,和SMAD9明显在肿瘤组织中表达下调,而ACVR1和Smad1显著调节肿瘤样本。单变量生存分析显示,ACVR1、TGFBR3 TGFBRAP1, BMPR1A, SMAD4, TGFBR2呈正相关,与总生存期(OS)延长。此外,TGF -β信号转导监管机构可分为两类。1参与调节细胞粘附,子类PI3K-Akt信号,Rap1信号。子类2调节血管生成和PI3K信号有关。简而言之,所有成员的TGF -β信号监管者可以用作生物标记物预测EC患者的预后。
1。背景
食道癌(EC)是第八个世界上最常见的恶性肿瘤,对公众健康构成巨大的威胁(1,2]。食管鳞状细胞癌(ESCC)侵袭性强的特点,转移率高,预后不良(3]。据报道最常见的组织学亚型EC,占近80%的所有EC发生率(4]。经过4到5年的诊断、患者的5年生存率EC只有15 - 25% (4]。有越来越多的证据表明,一些遗传和表观遗传改变导致ESCC的肿瘤发生5]。具有重要意义为ESCC寻找新的治疗靶点。
TGF -β在人类细胞中发挥其功能。在一个典型的信号,TGF -β配体结合heterotetrameric受体复杂包括TGFBR1和TGFBR2 [6]。然后,配体和受体复杂的磷酸化,激活下游SMAD2/3,这是转录因子的一个组件(7]。然后Smad复杂和其他监管机构合作直接转录激活和调节多个下游机制(8]。然而,Smad7也可能抑制TGF -的激活β通过竞争性绑定/ Smad信号TGFBR1 (9]。此外,TGF -β路径可以用ρ相声、PI3K和MAPK信号促进EMT,入侵,和血管生成10]。先前的研究已经证明了TGF -的重要角色β在人类癌症。例如,TGF -β通过转录调节调节细胞周期抑制剂p15INK4和p21CIP111]。此外,TGF -β/ Smad轴也促进细胞具备干细胞和间充质转变由多个基因表达上调,如蜗牛和Vim (12]。理解的表达谱和潜在功能TGF -β信号可以提供小说线索识别小说治疗食道癌的标记。
我们最好的知识,综合分析尚未应用于澄清TGF -的作用β信号EC的监管机构。各种生物信息学数据库的基础上,本研究发现了RNA水平和变异的状态TGF -β信号调节器在EC和预测这些监管机构在电子商务的潜在功能。
2。材料和方法
2.1。TCGA数据库
TCGA包括人类基因的RNA序列数据在30多个癌症类型。TGF -的表达谱β信号调节器从TCGA数据库,检索和EC患者的临床病理的信息也是从这个数据库下载(13]。接受者操作特征(ROC) [14)曲线评估TGF -的诊断价值β信号调节器EC患者。
2.2。cBioPortal数据库
cBioPortal (https://www.cbioportal.org/)提供了大规模癌症基因组数据和用于评估的频率TGF -β信号调节器EC患者的突变(15]。
2.3。相关性分析和功能浓缩的TGF -β信号调节器
Corrplot [16软件包是用于分析之间的皮尔逊相关系数表达式的TGF -β信号调节器和其他mrna。我们对注释,使用数据库可视化和综合发现(大卫),和KEGG-enriched分析和注释数据库,全面探索潜在的生物学意义感兴趣的基因的列表。R软件的clusterProfiler软件包用于可视化浓缩根据结果值( )。为了揭示TGF -之间的关系β信号监管机构中,我们使用字符串数据库(https://string-db.org/)建立PPI网络(17]。
2.4。kaplan meier绘图仪数据库
Proc软件包(18在R软件被用来分析ROC曲线探讨TGF -的敏感性和特异性β电子商务的监管机构的信号。kaplan meier绘图机(https://kmplot.com/)[19TCGA]是一个数据库包括芯片和基因表达数据,用来分析TGF -之间的相关性β信号调节器表达式和生存状态在EC (20.]。
3所示。结果
3.1。EC患者预后相关性的基因改变
为了识别关键通路参与调节ESCC的进展,我们确定的预后基因改变在多个通路使用TCGA食管腺癌的数据集,包括鉴定及生存和细胞死亡,细胞周期,迁移和入侵,DNA损伤,切口,喀斯特,RTK PI3K-AKT,核糖体和血管生成。我们发现患者的突变及护,生存和细胞死亡,细胞周期,迁移和入侵,DNA损伤,切口演示更糟糕的预后与患者没有突变信号(图1)。
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值得注意的是,我们观察到,及最重要的与电子商务的总体生存时间。为了进一步确认及信号的预后价值,我们分析了突变信号和无病生存时间之间的相关性(图2(一个)(图),针对疾病的生存时间2 (b))、铂总体存活时间(图2 (c)),和铂无进展生存时间(图2 (d))。正如预期的那样,我们发现及信号的突变患者存活时间较短而显著相关,如果没有这些突变。
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3.2。TGF -遗传变化差异β信号的监管者EC患者
此外,基因改变的TGF -β信号分析了电子商务的监管机构使用cBioPortal数据库,其中包括1443名患者来自7个相关的研究。突变、放大和深删除是最常见的类型的变更在不同EC亚型(图3(一个))。我们也观察到,TGF -β信号监管机构改变在EC患者的19%(254/1354)(图3 (b))。TGF -的突变率β信号监管机构对EC个体基因的范围从0.8%到12% (SMAD4, 12%;SMAD7, 5%;ACVR2A, 6%;TGFBR2, 5%;BMP7, 5%;BMP5, 4%;BMP15, 4%;和BMPR2 4%)(图3 (c))。
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3.3。相对的转录表达TGF -β信号的监管者EC患者
TGF - RNA水平的比较β信号EC的监管机构和非癌样本表明,RNA水平的ZFYVE9, BMPR1B, TGFB3, TGFBRAP1, ACVRL1, TGFBR2, SMAD4, SMAD7, ACVR2A, BMPR1A, SMAD9,和TGFBR3显著下调EC肿瘤样本与正常样本相比;然而,ACVR1 SMAD1调节在EC样本(图4)。
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3.4。TGF -的诊断价值β监管机构对区分EC患者信号
调查TGF -的预后价值β信号EC的监管机构,我们应用ROC曲线分析使用TCGA数据库(图5)。TGF - ROC分析β信号监管机构透露,这些监管机构有很高的诊断价值区分EC和正常个体,包括ACVR1 (0.7720), ACVRL1 (0.6865), ACVR2A (0.7789), SMAD1 (0.7219), SMAD7 (0.7356), SMAD4 (0.8550), SMAD9 (0.8349), BMPR1A (0.6791), BMPR1B (0.7681), TGFBRAP1 (0.8123), TGFBR2 (0.8354), TGFBR3 (0.8914), TGFB3(0.7381),和ZFYVE9 (0.7553),
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3.5。TGF -的失调β在EC信号监管者与更长的生存时间
TGFBR3,我们的结果显示upregulation ACVR1 TGFBRAP1, BMPR1A, SMAD4, TGFBR2与EC患者的总体生存时间短(图6)。
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3.6。蛋白质相互作用网络的建设受中心TGF -β信号EC的监管机构
为了调查TGF -的潜在机制β信号EC的监管机构,我们应用coexpression网络分析使用cBioPortal数据库和PPI网络使用字符串ESCC的数据库。ACVR1之间的相关性,ACVRL1、ACVR2A SMAD1, SMAD7, SMAD4, SMAD9, BMPR1A, BMPR1B, TGFBRAP1, TGFBR2, TGFBR3, TGFB3, ZFYVE9如图7。结果表明,这些中心的基因可分为两个子类,子类包括1 (ACVR1, SMAD1, ZFYVE9、BMPR1B TGFB3)和子类2 (TGFBRAP1, ACVRL1, TGFBR2 SMAD4、SMAD7 ACVR2A, BMPR1A, SMAD9,和TGFBR3)。coexpressed基因与 被选为ESCC中心基因的潜在目标。PPI网络如图6。基于PPI网络的分析,我们发现TGF -几个关键目标β信号EC的监管机构,包括KDR、ACVR2A PRRX1, ACVRL1, TGFBRAP1, GDF6, BMPR1B, ENG, CD, TGFBR2, SMAD4, SMAD7, FN1, SMAD1, ZFYVE9, ACVR1, TGFB3、VWF、SMAD9 BMPR1A, TGFBR3。
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3.7。TGF -功能富集分析β信号监管机构
在EC调查的功能角色,我们构建的表达之间的相关性TGF -β信号监管机构、PPI网络,去分析和KEGG浓缩分析(图8)。分析表明,ACVR1, SMAD1、ZFYVE9 BMPR1B,和TGFB3调节细胞粘附、细胞外基质的组织,胶原原纤维组织,为内皮细胞分化,血管生成,负调节软骨细胞分化、细胞外基质拆卸,integrin-mediated信号通路和伤口愈合。和子类2与调节血管生成,细胞粘附、细胞外基质的组织,积极调节GTPase活性,信号转导,PI3K信号,ρ信号转导,钙离子运输、白细胞游走,血管生成,peptidyl-tyrosine磷酸化。
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KEGG分析表明,ACVR1 SMAD1、ZFYVE9 BMPR1B,和TGFB3相关调节蛋白多糖在癌症、粘着斑,紧密连接,PI3K-Akt信号通路、细胞粘附分子(摄像头),Rap1信号通路,破骨细胞分化和河马信号通路。和子类2与调节细胞粘附分子(摄像头),Rap1信号cGMP-PKG信号PI3K-Akt信号通路,钙信号,粘着斑,Ras信号,血小板活化金黄色葡萄球菌感染。
4所示。讨论
先前的研究表明,多个oncogenetic通路与肿瘤发生和发展电子商务,如鉴定及生存和细胞死亡,细胞周期,迁移和入侵,DNA损伤,切口,喀斯特,RTK PI3K-AKT,核糖体,血管生成信号。例如,在一个正常的食管,切口调节食管鳞状上皮的发展(21]。ESCC,切口肿瘤抑制或一个oncogenetic作用[21]。激活喀斯特诱发AKT-mTOR或RAF-ERK-pathways,具有非常重要的作用在调节肿瘤微环境在EC (22]。血管生成具有基础性作用在肿瘤的生长和转移23]。在EC,增加血管生成调节器表达式被报道是欧共体的糟糕反应及预后相关。在这项研究中,据我们所知,我们使用各种大型数据库包括TCGA,地理,字符串,kaplan meier绘图仪,首次分析水平,基因变化,TGF -功能β食道癌患者的监管机构的信号。我们的研究结果表明,TGF -β信号EC的诊断中起着重要的作用。ROC分析表明,大多数TGF -β监管机构有高信号区分EC和正常的患者的诊断价值。公里分析表明,ACVR1 TGFBR3、TGFBRAP1 BMPR1A, SMAD4, TGFBR2与OS延长呈正相关。此外,所有TGF -β信号转导监管机构是密切相关的多个生物过程,包括细胞粘附、细胞外基质组织胶原蛋白分解代谢,PI3K信号。简而言之,TGF -的成员β信号监管者可以潜在生物标志物EC的治疗和预后的预测。
越来越多的证据表明,TGF -β起着关键作用在肿瘤细胞和肿瘤抑制和促进肿瘤表型之间的开关功能(24]。例如,TGF -β可以通过分子逮捕细胞周期调节组蛋白乙酰化作用的PAI-1 p53 / Smad-dependent方式(25]。此外,TGF -β可以激活FoxO1诱导的表达p21cip1诱导G0 / G1逮捕[11]。然而,TGF -的作用β食管鳞状细胞癌的因素需要进一步研究。相比之下,TGF -β突变的病人,我们确实发现TGF -预后差β野生型患者。此外,我们发现患者TGF -β信号突变明显相关的无病生存期较短,针对疾病的生存时间,铂总体生存时间,铂无进展生存时间。进一步分析表明,ZFYVE9 BMPR1B、TGFB3 TGFBRAP1, ACVRL1, TGFBR2, SMAD4, SMAD7, ACVR2A,和BMPR1AEC病人的表达有显著降低,而ACVR1和SMAD1 EC的表达高于正常样本。因此,我们表明,TGF -β监管机构有很高的诊断能力在区分EC患者和健康的捐赠者。进一步阐明TGF -的遗传改变β信号的监管机构,我们分析了cBioPortal数据库,发现基因改变的百分比TGF -β信号监管机构对电子商务不同的个体基因从0.8到14%。
值得注意的是,我们的研究结果显示upregulation ACVR1, TGFBR3, TGFBRAP1, BMPR1A, SMAD4, TGFBR2与EC患者的总体生存时间短。ACVR1是一种苯丙酸诺龙我受体包括509个氨基酸(26]。表达的ACVR1被发现多个人体组织和细胞系使用RNA序列数据。ACVR1是BMP / TGF的一员β受体家族(26]。ACVR1形式heterotetrameric受体与BMPR2复杂,ACVR2A, ACVR2B [27]。信号被激活时,I型受体是trans-phosphorylated II型受体。因此,ACVR1的激酶结构域被激活,然后磷酸化Smad1/5/8蛋白(28]。除了典型的Smad信号通路,ACVR1也可以激活不在经典里的信号。新的研究表明,ACVR1扮演着一个重要的角色在人类癌症。例如,既定的活动ALK2突变体已经被确认为FOP的原因,通过调制BMP信号[DIPG相关进展29日]。在胰腺癌,ACVR1发现调控干细胞和胰腺癌细胞的致瘤性30.]。管制ACVR1报道与胃癌进展(31日]。ACVR1食管肿瘤显著增加。在ESCC ACVR1的重复副本的数量的增加和相应的转录超表达与ESCC患者的存活率。在ESCC TGFBR3是一个独立的不利预后标记和积极与ki - 67 (32]。SMAD4的关键角色ESCC已经被证明在几个以前的报告。例如,Smad4损失增加倾向疾病复发和穷人生存在EC,和Smad4蛋白水平与入侵ESCC的深度(33]。Smad7的抑制因子及总科的报告与深度入侵EC具有负相关性(34]。我们的研究首次全面分析这些基因在EC的预后价值。
调查TGF -的潜在机制β信号EC的监管机构,我们应用coexpression网络分析使用cBioPortal数据库和PPI网络使用字符串ESCC的数据库。结果表明,这些中心的基因可分为两个子类,子类包括1 (ACVR1, SMAD1, ZFYVE9、BMPR1B TGFB3)和子类2 (TGFBRAP1, ACVRL1, TGFBR2 SMAD4、SMAD7 ACVR2A, BMPR1A, SMAD9,和TGFBR3)。子类1参与调节细胞粘附,伤口愈合,PI3K-Akt信号通路,河马信号通路。值得注意的是,一些先前的研究已经表明,中心在子类1基因相关的规定这些信号。例如,细胞内BMP-Smad1/5通路的激活规范的表达矩阵大分子aggrecan和胶原蛋白II (35]。子类2参与调节血管生成,细胞粘附,cGMP-PKG信号,PI3K-Akt信号。新兴的研究表明,这些观察信号的异常调节在多个肿瘤和肿瘤发生和转移相关(36]。例如,河马共激活剂YAP1调节表皮生长因子受体超表达并给予药物抗性在EC (37]。针对河马共激活剂YAP1通过打赌bromodomain抑制会抑制电子商务增长(38]。值得注意的是,不同的研究表明,TGF -β信号是交叉和这些信号在人类癌症。例如,TGF -β移植的翻译USP15通过PI3K / AKT途径促进p53稳定(39]。PI3K / mTORC2可以调节TGF -β/激活素信号由调制Smad2/3活动(40]。三阴性乳腺癌,TGF -β促进经典之中PI3K / Akt信号通过减少PTEN [41]。此外,TGF -β目标河马通路脚手架RASSF1A基因促进YAP / SMAD2核易位(42]。与河马通路中的缺陷及加强刺激人类恶性间皮瘤增长(43]。因此,我们假设TGF -机制β信号调节器通过调节这些途径诱导肿瘤发生和发展。这为电子商务的诊断和治疗提供了新思路。
不可避免的是,这项研究有一些局限性。首先,大部分的发现在这项研究中获得使用公共数据库。TGF -的生物功能β监管部门不清楚,需要更多的实验验证来进一步证实他们的电子商务功能的重要性。第二,TCGA数据库被用于这项研究。进一步的研究将multiomics数据集可能会加强这一研究的发现。第三,患者的临床信息是有限的。因此,收集更多的临床样本确认TGF -表达和突变的状况β监管机构仍然是必要的。
5。结论
总之,TGF -β信号监管者在EC异常表达。ACVR1的高表达,TGFBR3、TGFBRAP1 BMPR1A, Smad4, TGFBR2呈正相关延伸的操作系统。这些基因发挥重要作用在EC和提高欧盟的存活率和预后标记的准确性。
数据可用性
TGF -的表达谱β信号调节器从TCGA-ESCA检索数据库,EC患者的临床病理的信息也是从这个数据库下载。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
魏歌和戴Wei-Jie贡献了同样的工作。