泛癌转录组分析确定PLK1对透明细胞肾细胞癌的肿瘤发生至关重要

Pan-Cancer Transcriptomic Analysis Identifies PLK1 Crucial for the Tumorigenesis of Clear Cell Renal Cell Carcinoma.

作者信息Yiguan Qian, Yang Li, Ke Chen, Ning Liu, Xi Hong, Di Wu, Zheng Xu, Liuhua Zhou, Luwei Xu, Ruipeng Jia, Yu-Zheng Ge
PMID35210814
发布时间2022-02-16
DOI10.2147/JIR.S347732

实验完整度

该研究包含数据库分析、临床样本验证及体外功能实验(qRT-PCR、Western blot、CCK-8、EdU、划痕、Transwell、细胞周期)和机制初步验证。但缺乏体内实验及更深入的机制验证。

主要模型

肾透明细胞癌组织样本(CPTAC队列及本中心队列) 肾透明细胞癌细胞系786-O和ACHN 肾透明细胞癌细胞系Caki-1和769-P

重点核对

PLK1表达水平:qRT-PCR和Western blot验证 siRNA敲低效率:si-PLK1在786-O和ACHN细胞中的效果确认 细胞增殖检测:CCK-8和EdU实验 细胞迁移和侵袭:划痕实验和Transwell实验 细胞周期分析:PI染色和流式细胞术

摘要

背景:Polo样激酶1(PLK1)属于polo样激酶家族,影响细胞周期。然而,PLK1在某些恶性肿瘤中的作用仍不清楚。方法:为了全面了解PLK1的表达模式,使用了包括癌症基因组图谱、癌症细胞系百科全书、基因型-组织表达和人类细胞图谱数据库在内的公共数据库。检测了PLK1表达与预后、免疫浸润、免疫检查点基因、肿瘤突变负荷(TMB)、微卫星不稳定性(MSI)、错配修复(MMR)和DNA甲基化的相关性。此外,我们在两个队列中验证了透明细胞肾细胞癌(ccRCC)的结果,采用实时定量PCR、Western blot和功能缺失实验。结果:通过挖掘公共数据集,我们发现与正常对照相比,肿瘤组织和癌细胞系中PLK1的表达在不同癌症中显示出异质性。此外,PLK1的高表达导致15种癌症类型的生存时间缩短,尤其是在ccRCC中。PLK1表达与跨癌种的免疫细胞浸润和免疫检查点基因密切相关。此外,我们确定了PLK1表达与TMB、MSI、MMR和DNA甲基化之间的强关联。PLK1被验证在ccRCC组织中高表达,并促进ccRCC细胞增殖、迁移、侵袭和细胞周期。机制上,PLK1可以调控叉头框蛋白M1并靶向细胞周期相关基因参与细胞周期控制。结论:PLK1具有重要的预后价值,并与包括ccRCC在内的多种癌症的肿瘤免疫相关。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
PLK1在多种癌症中的表达模式、临床意义及其在透明细胞肾细胞癌(ccRCC)肿瘤发生和肿瘤免疫中的作用机制是什么?
核心机制
PLK1通过调控FOXM1,进而靶向细胞周期相关基因(如cyclin B1和aurora B)参与细胞周期控制,从而促进ccRCC细胞增殖、迁移和侵袭。
主要证据
基于TCGA、GTEx等公共数据库的泛癌分析显示PLK1高表达与较差预后及免疫浸润相关;在CPTAC队列和本中心队列中验证PLK1在ccRCC组织中高表达;体外实验显示敲低PLK1抑制786-O和ACHN细胞增殖、迁移、侵袭并阻滞细胞周期,同时降低FOXM1、cyclin B1和aurora B的蛋白水平。
研究意义
作者提出PLK1具有作为多种癌症(尤其是ccRCC)预后标志物和肿瘤免疫靶点的潜力。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

泛癌表达谱分析

描述PLK1在不同癌症组织和正常组织中的表达模式。

整合TCGA、GTEx、CCLE和HCL数据库,分析PLK1在多种癌症组织、细胞系和正常组织中的表达水平。

2

预后和免疫相关性分析

评估PLK1表达与患者预后、免疫浸润和免疫检查点基因的相关性。

利用Cox回归和Kaplan-Meier生存分析评估PLK1表达对OS和DSS的影响;使用TIMER和ESTIMATE算法分析免疫浸润;分析PLK1表达与47个ICG的相关性。

3

TMB、MSI、MMR和DNA甲基化相关性分析

探讨PLK1表达与基因组稳定性指标的相关性。

分析PLK1表达与TMB、MSI、五基因MMR状态和四种DNMT表达的相关性。

4

临床样本和体外表达验证

验证PLK1在ccRCC组织和细胞系中的高表达。

在CPTAC队列(103例)和本中心队列(32对癌与癌旁组织)中检测PLK1表达;在四种KIRC细胞系(Caki-1、769-P、786-O、ACHN)和正常上皮细胞HK-2中检测PLK1表达。

5

功能缺失实验

确定敲低PLK1对ccRCC细胞功能的影响。

利用siRNA敲低786-O和ACHN细胞中PLK1,通过CCK-8、EdU、划痕和Transwell实验评估细胞增殖、迁移和侵袭能力。

6

机制探索

探索PLK1参与ccRCC细胞周期调控的机制。

通过通路富集分析发现细胞周期通路富集;敲低PLK1后检测细胞周期分布和FOXM1、cyclin B1、aurora B的蛋白水平;进一步敲低FOXM1验证其对细胞周期和相关蛋白的影响。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI-1640培养基Thermo Scientific--
DMEM培养基Thermo Scientific--
McCoy's 5A培养基Thermo Scientific--
胎牛血清Thermo Scientific--
抗生素Thermo Scientific--
Lipofectamine 3000转染试剂Thermo Scientific--
Trizol试剂Thermo Scientific--
PrimeScript RT试剂盒Takara--
SYBR Green qPCR试剂盒Takara--
RIPA裂解液Beyotime--
PVDF膜Millipore--
PLK1抗体Proteintech10305-1-AP
FOXM1抗体Biossbs-21487R
Cyclin B1抗体Proteintech28603-1-AP
Aurora B抗体Biossbs-2445R
GAPDH抗体Proteintech10494-1-AP
山羊抗兔IgG抗体Proteintech--
ECL化学发光系统Beyotime--
CCK-8试剂盒Dojindo--
Cell-Light EdU Apollo 567 体外成像试剂盒Ribobio--
基质胶Becton, Dickinson and Company--
Transwell小室Millipore--
碘化丙啶Sigma-Aldrich--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
临床样本验证
样本来源、配对组织数量(32对)、PLK1表达检测方法(qRT-PCR、Western blot)、临床分期信息
阅读提示:见Materials and Methods中Data Collection and Clinical Samples;Results中PLK1 is Over-Expressed in KIRC Tissue and Promotes KIRC Cell Proliferation, Migration, And Invasion。
细胞培养
细胞系名称(786-O、769-P、ACHN、Caki-1、HK-2)、培养基类型(RPMI-1640、DMEM、McCoy's 5A)、FBS浓度(10%)、抗生素浓度(1%)、培养条件(37°C、5% CO2)
阅读提示:见Materials and Methods中Cell Culture。
siRNA转染
siRNA序列(文中未明确说明)、转染试剂(Lipofectamine 3000)、细胞密度(50%)、转染后收集时间(48-72h)
阅读提示:见Materials and Methods中Plasmid Construction and Transfection。
细胞增殖、迁移和侵袭实验
CCK-8实验细胞数(2000-3000)、检测时间点(0h、24h、48h、72h、96h)、EdU细胞数(1×10^5)、划痕实验细胞密度(95%-100%)、Transwell细胞数(2-4×10^5)、Matrigel浓度(100μL Matrigel加入900μL无血清培养基)
阅读提示:见Materials and Methods中Cell Counting Kit-8 (CCK-8) Assay, EdU Assay, Cell Scratch Assay, Transwell Assay。
细胞周期分析
PI染色浓度(40%)、乙醇固定浓度(75%)、流式细胞仪(FACS Calibur)、数据分析软件(Flowjo 10.6.2)
阅读提示:见Materials and Methods中Cell Cycle Analysis。