结肠癌中线粒体溶质载体家族25(SLC25)的综合生物信息学研究及成员5(SLC25A5)在肿瘤发生中的初步验证

An integrated bioinformatic investigation of mitochondrial solute carrier family 25 (SLC25) in colon cancer followed by preliminary validation of member 5 (SLC25A5) in tumorigenesis.

作者信息Yan-Jie Chen, Wei-Feng Hong, Meng-Ling Liu, Xi Guo, Yi-Yi Yu, Yue-Hong Cui, Tian-Shu Liu, Li Liang
PMID35288533
发布时间2022-03-14
DOI10.1038/s41419-022-04692-1

实验完整度

包含TCGA和GEO数据集的生物信息学分析、临床标本的免疫组化验证、以及细胞系中的功能实验(增殖、凋亡、信号通路)等多层级验证。

主要模型

TCGA-COAD结肠癌数据集 GEO数据集(GSE17536、GSE39582) 结肠癌细胞系(HCT116、RKO) 结肠癌临床标本(组织微阵列)

重点核对

SLC25A5在结肠癌中的表达水平(mRNA和蛋白)及与预后的关系 SLC25A5过表达对细胞增殖和凋亡的影响(CCK-8、集落形成、EdU、TUNEL) MAPK信号通路蛋白(p-MEK1/2、p-Erk1/2)的表达变化 免疫组化染色中CD8与SLC25A5的负相关(Spearman r = -0.27)

摘要

溶质载体家族25(SLC25)编码线粒体内膜上的转运蛋白,作为代谢物的载体。尽管SLC25基因变异与人类代谢疾病相关,但其在结肠癌中的作用仍不清楚。从癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas)中检索结肠癌病例,并鉴定SLC25的转录差异表达成员(DEMs)。还研究了DNA水平改变、临床病理特征和临床生存情况。基于DEMs构建风险评分模型,以进一步评估其在临床环境中的预后价值。通过基因表达综合(Gene Expression Omnibus)数据集的生物信息学分析、临床标本的免疫组织化学评估以及结肠癌细胞系的功能实验,初步验证了结果。在53个SLC25成员中鉴定出37个DEMs。使用整合的LASSO回归和多变量Cox回归,将37个DEMs中的8个引入风险评分模型。经GSE395282和GSE175356验证,高风险的DEMs与肿瘤免疫浸润增加、糖酵解和凋亡含量降低的表型相关。SLC25A5在癌症中下调,其上调与公共数据集和临床病例中患者的更好总生存期相关。高SLC25A5表达是79例手术治疗后患者的独立预后因素。在106例晚期结肠癌患者标本中,CD8与SLC25A5之间存在负相关。SLC25A5减弱细胞增殖,上调程序性细胞死亡相关标志物的表达,并通过抑制MAPK信号通路发挥其生物学功能。我们的研究表明,线粒体SLC25对结肠癌患者具有预后价值。通过原位和体外验证的生物信息学分析为已鉴定的SLC25成员的进一步功能和机制研究提供了方向。

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
SLC25家族在结肠癌中的表达、临床意义及潜在功能是什么?
核心机制
SLC25A5通过抑制MAPK信号通路(MEK1/2和Erk1/2磷酸化)抑制结肠癌细胞的增殖和肿瘤发生。
主要证据
TCGA和GEO数据集的生物信息学分析表明SLC25A5低表达与较差预后相关;临床标本免疫组化证实SLC25A5在结肠癌中低表达,且高表达与较好总生存期相关;体外实验表明SLC25A5过表达抑制增殖、促进凋亡,并下调p-MEK1/2和p-Erk1/2。
研究意义
SLC25A5可能作为结肠癌的预后生物标志物和治疗靶点,为线粒体代谢在肿瘤发生中的作用提供新见解。

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

鉴定SLC25差异表达成员

确定结肠癌中SLC25家族中转录水平差异表达的成员。

从TCGA-COAD获取RNA-seq数据,使用limma包比较结肠癌(n=473)和正常结肠(n=41)样本,筛选出37个DEMs(|log2FC|>1,p<0.05)。

2

分析遗传变异和临床关联

探索SLC25 DEMs的遗传变异及其与临床特征和预后的关联。

利用cBioPortal分析DNA突变、CNV和剪接事件;通过Kaplan-Meier曲线和Cox回归评估DEMs表达与生存的关系;使用Spearman相关分析DEMs之间的相关性。

3

构建风险评分模型

构建基于SLC25 DEMs的风险评分模型以预测结肠癌患者预后。

使用LASSO回归筛选13个候选,再经多变量Cox回归确定8个DEMs构建风险评分模型,并在TCGA和GEO数据集(GSE17536、GSE39582)中验证。

4

验证SLC25A5和SLC25A24在临床标本中的表达和预后

验证SLC25A5和SLC25A24在结肠癌组织中的表达及其预后价值。

使用免疫组化染色评估79例手术和106例晚期患者的肿瘤和配对正常组织,并分析其与免疫细胞标志物(CD8、CD19等)的相关性。

5

体外功能验证SLC25A5

明确SLC25A5对结肠癌细胞增殖和凋亡的影响及潜在机制。

在HCT116和RKO细胞中过表达SLC25A5,通过CCK-8、集落形成、EdU和TUNEL检测增殖和凋亡;Western blot检测MAPK通路蛋白和凋亡相关蛋白。

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
COX IV抗体Abcamab202554
SLC25A5抗体Biossbs-9567R
SLC25A24抗体Biossbs-21226R
CD8抗体ServicebioGB13068
MPO抗体ServicebioGB11224
CD19抗体ServicebioGB11061
CD68抗体ServicebioGB13067-M-2
山羊抗兔二抗ServicebioGB23303
DMEM培养基HyClone--
胎牛血清Gibco--
MycoAlert支原体检测试剂盒LonzaLT07-218
TRIzol试剂Invitrogen--
PrimerScript RT预混试剂盒Takara Bio--
TB Green Premix Ex Taq试剂盒Takara Bio--
SDS裂解液Beyotime Biotechnology--
增强化学发光检测试剂盒Tanon--
SLC25A5抗体Cell Signaling14671
SLC25A24抗体Abcam221120
COX IV抗体Abcam202554
磷酸化MEK1/2抗体Abcam178876
MEK1/2抗体Abcam278564
磷酸化ERK1/2抗体Abcam201015
ERK1/2抗体Abcam184699
Caspase-1抗体Abcam207802
IL-1β抗体Abcam254360
IL-18抗体Abcam243091
Gasdermin D抗体Abcam219800
β-actin抗体Abcam4970
GAPDH抗体Cell Signaling2118
CCK-8试剂盒Dojindo Laboratories--
Yefluor 594 EdU成像试剂盒YEASEN Biotech--
DAPISigma-AldrichD9542
Alexa Fluor 640 TUNEL试剂盒YEASEN--
JC-1线粒体膜电位检测试剂盒YEASEN--
NCM460细胞系Cell Bank of the Chinese Academy of Sciences--
DLD1细胞系Cell Bank of the Chinese Academy of Sciences--
HCT116细胞系Cell Bank of the Chinese Academy of Sciences--
HCT8细胞系Cell Bank of the Chinese Academy of Sciences--
HT29细胞系Cell Bank of the Chinese Academy of Sciences--
RKO细胞系Cell Bank of the Chinese Academy of Sciences--
SW480细胞系文中未明确说明--
SW620细胞系文中未明确说明--
佛波醇-12,13-二丁酸酯----

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(中山东医院)、病例数(79例手术、106例晚期)、抗体浓度(1:100等)、评分方法(H-score)
阅读提示:Materials and methods - Immunofluorescent localization in cells and validation in a tissue microarray
细胞培养和过表达
细胞系(NCM460、DLD1、HCT116、HCT8、HT29、RKO、SW480、SW620)、培养基(DMEM+10%FBS)、转染方法(慢病毒)、过表达质粒(CV061载体)
阅读提示:Materials and methods - Cell line culture, plasmid construction, lentivirus packaging, and cell transduction
功能实验
CCK-8:1000细胞/孔,检测每24小时;集落形成:1000细胞/孔,14天;EdU:4×10^4细胞/孔,24小时;TUNEL:1×10^4细胞/孔,24小时
阅读提示:Materials and methods - Cell counting kit-8 (CCK-8) assay, Colony formation assay, 5-Ethynyl-2′-deoxyuridine (EdU) assays, Terminal-deoxynucleotidyl transferase-mediated nick end labeling (TUNEL) assays
MAPK通路验证
PDBu处理浓度(0.1μg)和时间(24小时);DMSO对照(0.1‰);检测p-MEK1/2和p-Erk1/2蛋白水平
阅读提示:Results - Validation of the GSEA results of SLC25A5 with respect to glycolysis, lipid metabolism, and cancer-related cell signaling pathways; Figure 8