基于基质免疫评分与WGCNA及ceRNA网络分析探索与乳腺癌放疗敏感性相关的关键基因

Exploring the key genes associated with breast cancer radiotherapy sensitivity based on the stromal-immune score and analysis of the WGCNA and ceRNA network.

作者信息Xiaoyue Sun, Chihua Wu, Yao Lin, Shengwei Zhang, Xinchen Zhao, Xiaoshan Wang
PMID39816347
期刊Heliyon
发布时间2024-07-14
DOI10.1016/j.heliyon.2024.e34630

实验完整度

包含TCGA/GEO数据挖掘、WGCNA、ceRNA网络构建等生信分析,以及THBS2敲低的细胞功能实验(增殖、迁移、侵袭);但缺乏动物模型和患者样本验证,机制验证仅停留在细胞水平。

主要模型

乳腺癌细胞系MDA-MB-231 乳腺癌细胞系BT549 TCGA乳腺癌放疗敏感样本

重点核对

细胞系:MDA-MB-231和BT549,购自Procell(中国武汉) THBS2敲低:使用si-THBS2(siTHBS2-1和siTHBS2-2)转染,转染后48小时检测 细胞增殖:集落形成实验,1000细胞/孔,6孔板,培养10天 细胞迁移/侵袭:Transwell实验,评估迁移和侵袭能力 蛋白检测:Western blot检测THBS2、C-Myc、CDK4、CyclinD1、CyclinE1

摘要

背景:乳腺癌是一种全球范围内的高度恶性肿瘤,但目前尚无足够的分子生物标志物来预测患者预后和指导放疗。肿瘤微环境(TME)是影响肿瘤生物学功能的重要因素,在放疗期间其组成的变化与肿瘤进展和预后同样相关。方法:本文利用从癌症基因组图谱(TCGA)和基因表达综合(GEO)数据库获得的数据进行生物信息学分析,以筛选可能影响放疗敏感性的与TME相关的分子生物标志物。通过结合免疫评分和基质评分并进行加权共表达网络分析(WGCNA),我们确定了关键模块和枢纽基因,以构建竞争性内源RNA(ceRNA)网络。然后,利用基因本体论(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析鉴定了关键通路和基因。此外,我们通过细胞实验探讨了THBS2对乳腺癌恶性表型的影响。结果:蓝色模块中PI3K-AKT通路中的基因显著富集。在蓝色模块的枢纽基因中,COL1A1、COL1A2、COL6A3、THBS2和PDGFRB与放疗敏感性呈负相关。细胞实验证实,敲低THBS2可抑制乳腺癌细胞的增殖和侵袭。结论:这些发现可能为乳腺癌患者放疗敏感性的机制提供新的见解,为发现新的治疗靶点带来希望。

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
乳腺癌放疗敏感性的相关分子生物标志物及其潜在机制是什么?
核心机制
高表达的COL1A1、COL1A2、COL6A3、THBS2和PDGFRB可能通过激活PI3K-AKT信号通路改变肿瘤微环境,增加基质成分、降低免疫成分,导致放疗抵抗。
主要证据
基于TCGA和GEO数据的生信分析(WGCNA、ceRNA)发现上述基因与放疗敏感性负相关;细胞实验证明敲低THBS2抑制乳腺癌细胞增殖、迁移和侵袭,并下调细胞周期蛋白C-Myc、CDK4、CyclinD1和CyclinE1。
研究意义
这些基因可能作为预测乳腺癌放疗敏感性的生物标志物,并作为提高放疗敏感性和改善患者预后的潜在新靶点。

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

数据筛选与差异表达分析

基于免疫评分和基质评分,筛选与放疗敏感乳腺癌样本相关的差异表达mRNAs和lncRNAs。

获取TCGA和GSE103744数据,基于ESTIMATE算法计算免疫评分和基质评分,按中位数分组,使用limma包进行差异分析。

2

WGCNA模块鉴定

识别与放疗敏感表型相关的基因共表达模块。

利用WGCNA构建基因共表达网络,确定软阈值β=7,鉴定8个模块,并分析与性状相关的模块,最终选择蓝色模块。

3

功能富集分析

确定蓝色模块基因的功能和信号通路。

对蓝色模块mRNAs进行GO和KEGG富集分析。

4

ceRNA网络与PPI网络构建

预测调控关键基因的lncRNA和miRNA,并构建调控网络。

基于蓝色模块的hub genes,提取lncRNA-mRNA关系,构建lncRNA-mRNA-通路网络和PPI网络。

5

生存分析

评估关键基因表达与放疗后无复发生存的关系。

基于TCGA数据,对关键mRNAs进行Cox回归分析和Kaplan-Meier生存曲线绘制。

6

差异表达验证

验证关键mRNAs在肿瘤与正常组织及不同分子亚型中的表达差异。

利用TCGA数据,绘制箱线图比较关键mRNAs在肿瘤和正常组织及PAM50亚型中的表达。

7

细胞实验验证THBS2功能

验证THBS2对乳腺癌细胞增殖、迁移和侵袭的影响。

在人乳腺癌细胞系MDA-MB-231和BT549中敲低THBS2,通过集落形成、Transwell和划痕愈合实验检测细胞功能,并通过Western blot检测细胞周期蛋白表达。

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Biological--
胎牛血清----
Lipo3000转染试剂Invitrogen--
THBS2抗体Abcamab112543
β-actin抗体Proteintech81115-1-RR
C-Myc抗体Proteintech10828-1-AP
CDK4抗体Proteintech11026-1-AP
CyclinD1抗体Proteintech60186-1-Ig
CyclinE1抗体Proteintech11554-1-AP
Transwell试剂盒Corning--
SDS-PAGE凝胶电泳Invitrogen--
PVDF膜----
激光成像仪LL-COR Biosciences--

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
细胞培养和THBS2敲低
细胞系(MDA-MB-231和BT549)的培养基、血清浓度、培养条件、转染试剂和siRNA序列
阅读提示:Materials and methods 2.9
细胞增殖和迁移实验
集落形成实验的细胞密度、培养时间;Transwell实验的基质胶添加情况;划痕实验的划痕工具、培养时间
阅读提示:Materials and methods 2.10
Western blot分析
抗体信息(THBS2、β-actin、C-Myc、CDK4、CyclinD1、CyclinE1)及孵育条件
阅读提示:Materials and methods 2.11
生信分析
差异筛选阈值、WGCNA软阈值、富集分析显著性阈值
阅读提示:Materials and methods 2.1-2.4
生存分析
最佳表达阈值、统计方法
阅读提示:Materials and methods 2.6