鉴定中心基因调节脊柱转移乳腺癌的生物信息学分析

文摘

乳腺癌(BC)一直是全球最致命的癌症类型的女性。公元前超过65%的晚期骨转移患者确认。然而,BC脊柱转移的分子机制仍很大程度上不清楚。本研究筛选特异表达基因通过分析GSE22358 BC脊柱转移的进展。此外,我们构造的PPI网络识别关键管理者在这个过程。生物信息学分析表明,这些关键监管机构参与调节代谢过程,细胞增殖,toll样受体和RIG-I-like受体信号,信使rna监测。此外,我们的分析显示,主要监管机构,包括C1QB CEP55, HIST1H2BO, IFI6, KIAA0101, PBK, SPAG5, SPP1,宽带,FZD7, KRT5,和TGFBR3相关操作系统在公元前的病人。TCGA此外,我们分析了数据库的表达水平进一步证实这些基因在乳腺癌中心。我们的结果表明,这些监管机构明显差异表达在乳腺癌,这是符合GSE22358数据集的分析。此外,我们的分析表明,CEP55非常调节相比,乳腺癌的晚期阶段我乳腺癌样本和显著调节三阴乳腺癌(TNBC)相比其他类型的乳腺癌,包括腔的和her2阳性癌症,表明CEP55可能在TNBC的监管作用。 Finally, our results showed that CEP55 was the most highly expressed in Basal-like 1 TNBC and Basal-like 2 TNBC samples but the most lowly expressed in mesenchymal stem-like TNBC samples. Although more studies are still needed to understand the functions of key regulators in BC, this study provides useful information to understand the mechanisms underlying BC spinal metastases.

1。介绍

乳腺癌(BC)已经在全球女性最致命的类型的肿瘤之一(1]。近250万名患者被诊断为公元前2018年(1]。远处转移是BC-related死亡的主要原因,发生在公元前约20%至30%的患者(2]。尽管一系列新的治疗方法是公元前,中位总生存期为公元前转移仍短约40个月(3]。因此,理解公元前的发病机理仍然是迫切需要确定新的生物标志物的预后和治疗。

公元前先前的研究显示,超过65%的晚期患者发现有骨转移(4]。桑德尔等人发现,近70%的骨转移发生在脊柱(5]。公元前脊柱转移导致严重的疼痛、截瘫和膀胱和/或肠道功能障碍。公元前脊柱转移严重损害生存,移动,和生活质量6]。新兴的努力识别公元前监管机构涉及转移支付。例如,Bonapace等人发现公元前CCL2显著抑制转移的抑制血管生成调节(7]。公元前LIFR被认定为转移抑制基因通过河马信号(8]。最近的一项研究显示,ULK1磷酸化Exo70抑制乳腺癌转移(9]。然而,BC脊柱转移的分子机制仍很大程度上不清楚。

最近,微阵列显示显著的进步的理解人类癌症的病理原因。一些研究已经确定了BC-related基因使用公共数据集。例如,唐等人发现了公元前关键基因参与脑转移使用GSE100534和GSE52604 [10]。曾等人确定关键路径响应使用GSE22358[公元前曲妥珠单抗治疗11]。这里,我们进行了一次分析,公元前GSE26338数据集确定脊髓metastasis-related关键基因。本研究可以提供新颖的信息来识别生物标志物公元前的预后和治疗。

2。材料和方法

2.1。微阵列数据

微阵列基因表达数据集GSE26338 [12)是获得地理数据库。主成分分析(PCA)是评价之间的相似性进行正常,公元前公元前和脊柱转移样品。乳腺癌患者的临床资料得到从先前的研究12,13]。limma R包应用于识别差异表达基因(度)。规范化的标准包括分位数正常化。度被确定与调整值< 0.05和 。

2.2。生存分析

基因表达之间的相关性和总生存期(OS)时间计算使用kaplan meier绘图机(http://kmplot.com/analysis/index.php?p=service&cancer=breast),其中包括基因表达数据和生存信息(14]。结果包含风险比(人力资源)和95%可信区间(CI)和logrank价值。

2.3。度的生物信息学分析

去和KEGG分析进行了使用在线大卫系统(https://david.ncifcrf.gov/)。确定了重要的生物过程和途径 。

2.4。构建PPI网络

为了探索潜在的机制,我们构造的PPI网络使用字符串数据库(http://www.string-db.org/使用Cytoscape软件)和可视化。

2.5。统计分析

统计分析是使用棱镜V5.0软件进行的。的 - - - - - -测试应用。 被认为是重要的。

3所示。结果

3.1。度在乳腺癌的筛查

GSE26338在公元前用于识别度,其中包括5正常(NC)样本,66乳腺癌(BC)样品,2转移乳腺癌(MBC)样本。然后我们进行了主成分分析(PCA)访问GSE26338数据库的数据质量。提出了图1(一),我们表明,乳腺癌的基因表达模式和转移乳腺癌样本非常不同于正常组织。

的基因值< 0.05和不同的水平≥2倍之间两组被定义为度。如图1,总共317度被确定在本研究中。317个基因的聚类分析确定集群4度的乳腺癌根据其表达模式在正常样本,乳腺癌样本,和转移乳腺癌样本(图1(一))。集群包括74度的表达式在公元前表达下调和MBC样本相比,数控样品(图2(一个))。集群包括74度的表达式是调节在公元前和MBC样品相比,数控样品(图2 (b))。集群包括91度,其表达下调相比,MBC公元前公元前和数控样品和相比,数控样品(图2 (c))。集群包括78度的表达式在MBC相比,公元前公元前和数控样品相比,数控样品(图2 (d))。这些分析提出集群1和集群5月2日开始发挥关键作用的乳腺癌。集群3和集群4可能有一个关键的角色在肿瘤发生和转移的乳腺癌。

3.2。一个集成的PPI网络的建设

此外,我们构建了集成PPI网络集群,集群,集群3和集群4了解度之间的关系在乳腺癌数据库使用字符串。如图3,我们发现集群1 PPI网络包含44个节点和53边缘,集群节点2 PPI网络包含60和281边,集群3 PPI网络包含19节点和95边,和集群4 PPI网络包含95节点和边缘。ISG15, mx₁, IFIT3 SAMD9被确定为关键基因在这个网络,与超过10度。

3.3。函数注释的集群3和集群4度

分析表明,在集群度3参与调控的分子功能,代谢过程,对压力的反应,细胞增殖,调节细胞增殖、程序性细胞死亡和凋亡过程(图4(一))。KEGG路径分析表明,在集群3度与nod样受体,Wnt, toll样受体,MAPK、生成和胞质DNA-sensing信号(图4 (b))。

分析表明,在集群度4参与病毒繁殖过程中,信使rna代谢过程,病毒繁殖,病毒感染周期,multiorganism过程,转化启动(图4 (c))。KEGG路径分析表明,在集群4度参与toll样受体,RIG-I-like受体信使rna监测、胞质DNA-sensing信号生成,Jak-STAT, ErbB信号(图4 (d))。

3.4。关键度的异常表达在乳腺癌预后相关

此外,患者的临床结果之间的关系分析了PCA和关键度的表达式使用kaplan meier绘图仪。我们发现高表达C1QB、CEP55 HIST1H2BO, IFI6, KIAA0101, PBK, SPAG5, SPP1和宽带的低表达,FZD7 KRT5, TGFBR3相关总体生存时间较短在乳腺癌(图5)。

3.5。确认关键度的异常表达在乳腺癌TCGA使用数据库

TCGA然后,我们分析了数据库的表达水平进一步证实这些基因在乳腺癌中心。我们的研究结果表明,C1QB没有明显差异表达在乳腺癌和正常样本(图6(一))。与此同时,我们发现CEP55(图6 (b)),HIST1H2BO(图6 (c)),IFI6(图6 (d)),KIAA0101(图6 (e)),PBK(图6 (f)),SPAG5(图6 (g)),和SPP1(图6 (h))相比,乳腺癌显著调节正常样本。然而,KIAA0101(图6(我)),PBK(图6 (j)),SPAG5(图6 (k)),SPP1(图6(左)),宽带(图6(m)), FZD7(图6(n)), KRT5(图6(o))和TGFBR3(图6(p))科学表达下调与正常相比,乳腺癌样本。这些结果符合地理数据集的分析。

3.6。的Upregulation CEP55相关乳腺癌的晚期

在这些中心监管机构,我们专注于CEP55,这是最重要的调节,与乳腺癌的总体生存时间短。为了进一步证实该基因的临床重要性,我们分析了TCGA CEP55表达式之间的关系和临床参数使用数据库。提出了图7,我们的分析表明,CEP55显著调节相比,乳腺癌的晚期阶段我乳腺癌样本(图7(一))。我们下一个分析CEP55的表达在乳腺癌根据子类。我们的研究结果表明,CEP55在腔的调节,her2阳性,三阴性乳腺癌相比正常样本(图7 (b))。进一步分析表明,CEP55显著调节三阴性乳腺癌相比其他类型的乳腺癌,包括腔的和her2阳性癌症,表明CEP55可能在TNBC的监管作用。因此,我们进一步分析了在不同类型的TNBC CEP55的表达。我们的研究结果表明,CEP55是最高度表达的官腔1 TNBC和官腔2 TNBC样品但最卑微的表达间充质干细胞TNBC样品(图7 (c))。

4所示。讨论

公元前是女性死亡的主要原因1]。远处转移是BC-related死亡的主要原因。在过去的几十年中,迫切需要了解公元前机制转移。公元前p38-mediated EZH2磷酸化可能诱发转移增效EZH2绑定到细胞骨架监管机构(15]。OTUD1也认定为metastasis-repressing因子(16]。与此同时,非编码rna,包括microrna lncRNAs,也发现在公元前转移起着至关重要的作用。mir - 126和mir - 126公元前抑制转移的招聘炎症单核细胞(17]。MALAT1充当了公元前转移抑制因子通过防止YAP之间的交互和代替。公元前lncRNA NKILA抑制转移通过阻止我κB磷酸化(18]。然而,BC脊柱转移的分子机制仍很大程度上不清楚。

最近,高通量方法被广泛用于识别疾病相关基因。哈勒尔等人发现公元前转移司机参与大脑,肺,肝转移使用微阵列分析。公元前唐等人确定关键基因参与脑转移使用GSE100534和GSE52604。曾等人确定关键路径使用GSE22358响应曲妥珠单抗治疗在公元前。这里,我们进行了一次分析,公元前GSE26338数据集确定脊髓metastasis-related关键基因。317度被确定在本研究中。PPI网络构造识别关键基因。聚类分析表明,集群3度表达下调和集群相比,公元前4度调节MBC和数控样品和MBC数控样品相比,说明这度BC脊柱转移中扮演更重要的角色。生物信息学分析表明,集群3参与调节代谢过程,对压力的反应,细胞增殖,程序性细胞死亡和凋亡过程。集群4 toll样受体信号和mRNA监测。

值得注意的是,公元前缺乏有效的筛查和诊断生物标记。在先前的研究中,数度被发现与公元前的预后有关。例如,细胞周期素E被发现与可怜的特定疾病生存在公元前19]。ME1 associates公元前与不良预后,促进官腔有氧糖酵解。为了探索这些度的预后价值,我们分析了TCGA数据库。HIST1H2BO,我们发现C1QB, CEP55 IFI6, KIAA0101, PBK, SPAG5,和SPP1调节,而宽带,FZD7 KRT5, TGFBR3被抑制在公元前相比正常样本。kaplan meier曲线分析表明,更高的C1QB表达式,CEP55, HIST1H2BO, IFI6, KIAA0101, PBK, SPAG5, SPP1和宽带的低表达,FZD7, KRT5, TGFBR3相关操作系统时间短的BC。TCGA此外,我们分析了数据库的表达水平进一步证实这些基因在乳腺癌中心。我们的结果表明,这些监管机构明显差异表达在乳腺癌,这是符合GSE22358数据集的分析。这些发现表明,公元前的关键度可以作为新型生物标志物。

以上分析确定一系列BC脊柱转移的重要度。此外,这些关键度参与调节癌症通路根据先前的研究。C1QB特异表达于黑色素瘤(20.]。离层CEP55是一个关键因素,发现调节与肿瘤分期和预后相关的多种类型的人类癌症,包括肺癌(21)和结肠癌和肝癌(22]。IFI6是个antiapoptosis调节器在癌细胞23]。先前的研究表明,G1P3 (IFI6)相关在公元前预后不良,这是符合我们的发现在这项研究中23,24]。非常有趣的是,在乳腺癌中,IFI6被显示通过mtROS促进乳腺癌细胞的转移潜力(23]。KIAA0101 PCNA-associated蛋白,这是在主肺25),肝脏(26),和胰脏癌27]。在公元前,KIAA0101击倒抑制癌细胞的生长,减少细胞周期调节的表情。PBK发挥了积极的监管作用,适当的染色体分离,这是各种类型的中高度表达的人类癌症,如乳腺癌;与此同时,PBK也参与调节p53和PI3K / AKT通路。PBK也曾透露在肝癌转移监管机构。SPAG5有丝分裂是一个监管机构,与Aurora-A互动,GSK3 PLK1,β。SPAG5起着至关重要的作用,在癌症的发展过程中,发现调节在颈椎,胰腺癌和肺癌。SPP1癌症转移调节器。在这项研究中,我们首次证明了这些基因在乳腺癌转移相关规定,这与先前的报道是相一致的。值得注意的是,多项研究表明,CEP55有着至关重要的作用在癌症转移的监管28,29日]。例如,CEP55促进了移民,入侵,neurosphere形成的神经胶质瘤细胞28在肾细胞癌),提升epithelial-mesenchymal过渡mTOR / PI3K / AKT通路(29日,促进迁移和入侵通过PI3K / AKT通路食管鳞状细胞癌(30.]。此外,我们的分析表明,CEP55非常调节相比,乳腺癌的晚期阶段我乳腺癌样本和显著调节三阴性乳腺癌相比其他类型的乳腺癌,包括腔的和her2阳性癌症,表明CEP55可能在TNBC的监管作用。最后,我们的结果表明,CEP55是最高度表达的官腔1 TNBC和官腔2 TNBC样品但最卑微的表达间充质干细胞TNBC样本。这些报告进一步证实我们的发现,这些监管机构可能在癌症转移乳腺癌的一个重要的角色。

此外,本研究的一些局限性应该注意。首先,只有2转移乳腺癌(MBC)样本纳入本研究。MBC样本是有限的。在未来的研究中,将收集更多的临床MBC样本进一步证实我们的发现。其次,几个关键监管者被确定。然而,它们的分子功能仍不清楚,需要进一步确认使用获得或丧失化验。第三,详细的机制和临床CEP55应进一步探讨的重要性。

5。结论

总之,本研究首次筛选特异表达基因在公元前脊柱转移的进展。我们还构建了PPI网络识别关键管理者在这个过程。生物信息学分析表明,这些关键监管机构参与调节代谢过程,细胞增殖,toll样受体通路,信使rna监测。此外,我们的分析显示,主要监管机构相关操作系统在公元前的病人。虽然仍需要更多的研究来理解的功能键公元前的监管机构,我们提供新颖的信息理解机制BC脊柱转移。

数据可用性

所有的数据分析了本研究从GSE26338下载数据集。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

Yongxiong他和曹Yongfei贡献了同样的工作。

确认

这个项目是2018年由内蒙古自治区草原人才项目(cyyc8062)。

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