表观遗传调控的长链非编码RNA解析胶质母细胞瘤的瘤内异质性并促进免疫逃逸

Epigenetically regulated lncRNAs dissect the intratumoural heterogeneity and facilitate immune evasion of glioblastomas.

作者信息Dahua Xu, Meng Cao, Bo Wang, Xiaoman Bi, Haiying Zhang, Deng Wu, Chunrui Zhang, Jiankai Xu, Zhizhou Xu, Dehua Zheng, Liyang Chen, Peihu Li, Hong Wang, Yan Liu, Hongyan Jiang, Kongning Li
PMID37056564
发布时间2023-03-05
DOI10.7150/thno.79874

实验完整度

中

包含多组学数据整合分析(TCGA、GEO)、体外细胞实验(siRNA敲降、过表达、增殖迁移侵袭、Western blot)等功能验证,但缺乏动物模型或临床样本验证。

主要模型

TCGA胶质瘤队列(551例,甲基化+转录组) U251胶质母细胞瘤细胞系 U87胶质母细胞瘤细胞系

重点核对

TCGA队列纳入标准:同时具有甲基化(450K)和转录组数据的551例神经胶质瘤患者 lncRNA甲基化聚类参数:ConsensusClusterPlus,1000次迭代,亚采样0.8,聚类数k=2 ER lncRNA鉴定条件:启动子甲基化差异|delta beta|>0.2,FDR<0.05,且与表达负相关 细胞实验:U251细胞,siRNA敲降CD109-AS1和LINC02447,转染浓度和时间(48-72小时) 体外功能检测:CCK-8(细胞活力)、划痕实验(迁移)、Transwell(侵袭)、Western blot(PD-L1、CTLA4、FOXP3、MHC-I)

摘要

背景:胶质母细胞瘤是最常见且恶性程度最高的中枢神经系统肿瘤,其肿瘤微环境高度异质性。长链非编码RNA(lncRNA)的表达可受DNA甲基化修饰,正逐渐成为免疫系统中的关键调控因子。然而,关于lncRNA的表观遗传学改变及其对胶质瘤免疫异质性的贡献仍缺乏了解。方法:在本研究中,我们整合了胶质母细胞瘤的配对甲基化组和转录组数据集,基于lncRNA甲基化特征鉴定了两个稳健的免疫亚型。比较了胶质瘤亚型的免疫特征。此外,鉴定了免疫相关lncRNA,并评估了它们与免疫逃逸的关系。结果:胶质瘤免疫表型表现出独特的免疫相关特征以及临床和表观遗传学特征。共识别出149个表观遗传调控(ER)lncRNA,它们在胶质瘤亚型之间的表观遗传和转录水平呈反向变化。通过研究它们与免疫细胞浸润和免疫相关通路的相关性,进一步鉴定了免疫相关lncRNA。特别地,具有较高免疫活性但生存预后较差的“热”胶质瘤亚型被表征为具有免疫逃逸特征。我们最终优先筛选出与免疫逃逸标志物和胶质瘤免疫治疗反应相关的候选ER lncRNA。其中,CD109-AS1和LINC02447通过体外实验被验证为胶质瘤的新型免疫逃逸生物标志物。结论:总之,我们的研究系统揭示了胶质母细胞瘤中DNA甲基化、lncRNA和免疫调节之间的串扰,并将促进表观遗传免疫治疗方法的发展。

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
DNA甲基化调控的lncRNA是否参与胶质瘤免疫异质性及免疫逃逸?
核心机制
胶质瘤免疫“热”亚型中,APOBEC家族介导全基因组去甲基化,导致包括ER lncRNA在内的启动子低甲基化,进而上调其表达,促进免疫细胞浸润和免疫逃逸相关标志物(如PD-L1、CTLA4、FOXP3)的表达,最终导致免疫逃逸和不良预后。
主要证据
基于TCGA和GEO数据鉴定149个ER lncRNA,其中CD109-AS1和LINC02447在抗PD-1治疗无应答患者中高表达,体外敲降实验证实其促进U251细胞增殖、迁移、侵袭并上调免疫逃逸标志物。
研究意义
系统揭示了DNA甲基化、lncRNA和免疫调节在胶质母细胞瘤中的串扰,为开发表观遗传免疫治疗方法提供了理论基础和潜在靶点。

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

数据收集与预处理

获取胶质瘤患者的配对甲基化与转录组数据,用于后续分析。

从TCGA Pan-Cancer队列和GEO GSE121723下载胶质瘤患者的450K甲基化芯片和RNA-seq表达数据,并收集临床和分子特征。

2

基于lncRNA甲基化的胶质瘤亚型鉴定

利用高变异lncRNA甲基化特征对胶质瘤患者进行分型。

选取变异最大的前5% lncRNA(S.D.>0.186),使用ConsensusClusterPlus进行共识聚类,得到最优亚型C1和C2。

3

免疫特征比较

比较不同lncRNA甲基化亚型的免疫细胞浸润、免疫通路活性及抗肿瘤免疫活性。

利用ssGSEA评估免疫通路活性,TIMER估计免疫细胞浸润,计算ESTIMATE、MHC、CYT评分。

4

ER lncRNA鉴定

识别受启动子甲基化调控的lncRNA。

比较亚型间lncRNA甲基化和表达差异,筛选负相关者。

5

免疫相关lncRNA鉴定

筛选与免疫细胞浸润和免疫通路相关的ER lncRNA。

使用Pearson相关分析lncRNA表达/甲基化与免疫细胞浸润的相关性,使用ImmLnc算法评估lncRNA与免疫通路的关系。

6

免疫逃逸特征评估

确定免疫“热”亚型是否具有免疫逃逸特征。

通过TIDE算法预测免疫治疗反应,比较TIDE评分、KLRB1表达和Treg浸润。

7

候选ER lncRNA与免疫逃逸标志物关联分析

筛选与免疫逃逸标志物相关的ER lncRNA。

对29个免疫相关ER lncRNA与免疫逃逸标志物(如PD-L1、CTLA4、FOXP3)进行Pearson相关分析,并利用anti-PD1治疗队列验证其表达差异。

8

体外功能验证

验证CD109-AS1和LINC02447对胶质瘤细胞增殖、迁移、侵袭及免疫逃逸标志物表达的影响。

qRT-PCR检测四个ER lncRNA在U251和U87中的表达,选择高表达者进行siRNA敲降,随后进行CCK-8、划痕、Transwell、Western blot实验,并验证过表达CD109-AS1的效果。

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
DMEM培养基Hyclone--
胎牛血清Gibco--
Hieff Trans体外siRNA/miRNA转染试剂Yeasen--
pCDNA3.1质粒----
Transwell小室Corning--
结晶紫溶液Beyotime--
CCK-8试剂Beyotime--
RIPA裂解液----
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime--
PVDF膜Millipore--
抗CTLA4抗体ProteintechAg24178
抗FOXP3抗体Proteintech22228-1-AP
抗PD-L1抗体Proteintech28076-1-AP
抗MHC-I抗体BiolabPTM-6400
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology14C10
ECL化学发光检测系统Beyotime--
TRIzol试剂Transgen--
cDNA合成试剂盒Yeasen--
Bio-Rad CFX96实时荧光定量PCR仪Bio-Rad--
奥林巴斯显微镜Olympus--

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
数据收集
TCGA队列患者数量(551例)及纳入标准(同时具有甲基化和转录组数据);GEO队列样本量(59例)及平台(450K)
阅读提示:Methods: Data collection and preprocessing
亚型鉴定
lncRNA筛选标准(S.D.>0.186);聚类参数(迭代1000次,亚采样0.8,k=2)
阅读提示:Methods: Identification of glioma subtypes based on lncRNAs methylation
ER lncRNA鉴定
甲基化差异阈值(|delta beta|>0.2)、FDR<0.05、与表达负相关
阅读提示:Methods: Identification of epigenetically regulated lncRNAs
免疫相关lncRNA鉴定
ImmLnc分析的FDR阈值(<0.05)
阅读提示:Methods: Identification of immune-related lncRNAs
体外细胞实验
细胞系(U251和U87);siRNA转染浓度(未明确说明)及时间(48-72h);过表达质粒浓度(2.5 mg/L);划痕实验细胞数(5×10^5/孔)和观察时间(24h);Transwell细胞数(5×10^5/室)和培养时间(48h);CCK-8细胞数(5×10^3/孔)及检测时间点(24、48、72h);Western blot一抗稀释比例(1:1000)和孵育条件(4℃过夜)
阅读提示:Methods: Cell culture and transfection, Cell scratch test, Transwell assay, CCK-8 assay, Western blotting, Quantitative real-time PCR