坏死性凋亡与焦亡的串扰定义了透明细胞肾癌的肿瘤微环境特征并预测预后

Crosstalk of necroptosis and pyroptosis defines tumor microenvironment characterization and predicts prognosis in clear cell renal carcinoma.

作者信息Liangmin Fu, Jiahao Bao, Jinhui Li, Qiuyang Li, Hansen Lin, Yayun Zhou, Jiangbo Li, Yixuan Yan, Marvin E Langston, Tianhao Sun, Songliang Guo, Xinwei Zhou, Yuhang Chen, Yujun Liu, Yiqi Zhao, Jun Lu, Yong Huang, Wei Chen, Benjamin I Chung, Junhang Luo
PMID36248876
发布时间2022-09-30
DOI10.3389/fimmu.2022.1021935

实验完整度

中

包含转录组数据分析和体外细胞功能实验,但缺乏体内动物模型验证,证据层级有限。

主要模型

786-O细胞系 769-P细胞系 ccRCC肿瘤组织及癌旁组织 TCGA-KIRC队列

重点核对

TCGA和GEO数据库中ccRCC样本的NPRGs表达差异 LASSO Cox回归构建的10基因NPG评分模型 CASP4和GSDMB在ccRCC细胞中的敲低和过表达效率 CCK-8和集落形成实验中的细胞接种数量及培养时间

摘要

焦亡和坏死性凋亡是肿瘤微环境中两种最近被识别的免疫原性细胞死亡形式,表明它们在肿瘤转移中具有关键作用。然而,在透明细胞肾细胞癌(ccRCC)患者中,定义肿瘤微环境和预后的坏死性凋亡和焦亡特征仍不清楚。我们系统地研究了坏死性凋亡和焦亡相关基因(NPRGs)的转录变异和表达模式。在筛选坏死性凋亡-焦亡聚类后,通过GSVA富集分析探索了聚类的潜在功能注释。使用坏死性凋亡-焦亡基因(NPG)评分进行预后模型的构建和验证。然后,分别探讨了NPG评分与临床特征、癌症干细胞(CSC)指数、肿瘤突变负荷(TMB)、肿瘤微环境(TME)和免疫检查点基因(ICGs)的相关性,以评估其在ccRCC中的预后预测价值。微阵列筛选鉴定出27个上调和1个下调的NPRGs。筛选出10个与总生存期相关的NPRGs构建NPG预后模型,表明NPG评分较低的患者预后更好(P<0.001),并在外部队列中得到验证。单因素和多因素分析以及Kaplan-Meier生存分析表明,NPG评分预后模型可作为独立的预后因素,列线图的1至5年总生存期AUC值在校准图中具有良好的一致性,表明所提出的预后特征在ccRCC中具有良好的预测能力。根据富集的GO、KEGG和GSEA分析,高NPG评分被证明与肿瘤生长和免疫相关的生物过程有关。与低NPG评分患者相比,高NPG评分患者在临床特征、恶性肿瘤生长和复发(CSC指数)、TME细胞浸润和免疫治疗反应方面存在显著差异(P<0.005),这可能使NPG评分在临床治疗环境中具有多功能性。此外,AIM2、CASP4、GSDMB、NOD2和RBCK1在ccRCC细胞系和肿瘤组织中高表达,CASP4和GSDMB促进ccRCC细胞的增殖、迁移和侵袭。本研究首次表明,靶向NPG评分特征用于TME表征可能为其在ccRCC预后预测中的临床应用提供新的见解。

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
坏死性凋亡和焦亡相关基因如何定义透明细胞肾细胞癌的肿瘤微环境特征并预测预后?
核心机制
NPG评分与肿瘤微环境免疫浸润、免疫检查点基因表达相关,且CASP4和GSDMB促进ccRCC细胞增殖、迁移和侵袭。
主要证据
基于TCGA和GEO转录组数据构建NPG评分模型,并通过qRT-PCR、IHC、Western blot验证AIM2、CASP4、GSDMB、NOD2和RBCK1高表达,且CASP4和GSDMB敲低或过表达影响细胞增殖、迁移和侵袭。
研究意义
该研究首次提出靶向NPG评分特征用于肿瘤微环境表征,可能为ccRCC预后预测提供新的见解。

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

筛选差异表达NPRGs

识别ccRCC肿瘤与正常组织之间差异表达的坏死性凋亡和焦亡相关基因。

从TCGA和GEO数据库获取转录组数据,使用Limma分析,以FDR<0.05且|log2FC|≥1筛选DE-NPRGs,并构建PPI网络。

2

筛选NP-Clusters并功能注释

基于DE-NPRGs表达将ccRCC患者分层,并探索各聚类的生物学功能差异。

使用NMF算法进行无监督聚类,确定最优聚类数,比较聚类间生存差异,并通过GSVA和ssGSEA分析功能通路和免疫浸润。

3

构建和验证NPG预后模型

基于OS相关NPRGs构建预后评分模型并评估其预测能力。

对DE-NPRGs进行单因素Cox回归和LASSO Cox回归筛选基因,计算NPG评分,根据中位数分高低风险组,进行K-M、ROC分析,并在外部队列验证。

4

功能富集分析

识别高低风险组间差异表达基因的生物学功能和通路。

筛选高低风险组间DEGs,进行GO、KEGG和GSEA富集分析。

5

独立预后分析和列线图建立

评估NPG评分的独立预后价值并构建临床预测工具。

结合临床特征进行单因素和多因素Cox回归,构建列线图,进行ROC和校准分析。

6

相关性分析

探索NPG评分与临床特征、CSC指数、TMB及TME的相关性。

进行分层生存分析、CSC指数相关性分析、TMB比较及免疫浸润和TME评分分析。

7

治疗反应预测

评估NPG评分对免疫治疗和化疗药物敏感性的预测能力。

比较高低风险组中免疫检查点基因表达和IPS评分,并预测药物IC50。

8

体外验证基因表达和功能

验证关键NPRGs在组织中的表达及CASP4和GSDMB对细胞功能的影响。

通过qRT-PCR、IHC和Western blot检测基因表达,并通过siRNA敲低和过表达后评估细胞增殖、迁移和侵袭。

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
MEM培养基----
RPMI-1640培养基----
DMEM培养基----
McCoy's 5A培养基----
胎牛血清----
HK-2Procell--
786-OProcell--
769-PProcell--
ACHNProcell--
A498Procell--
CAKI-1Procell--
CAKI-2Procell--
OSRC2Procell--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
嘌呤霉素----
TRIzol试剂Invitrogen--
PrimeScript RT试剂盒EZBioscience--
SYBR Green PCR试剂EZBioscience--
NP-40裂解液----
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime--
PVDF膜----
Western blot底物试剂盒Tanon--
GAPDH抗体Proteintech60004-I-Ig
H3抗体Abcamab1791
AIM2抗体Proteintech20590-1-AP
CASP4抗体Proteintech11856-1-AP
GSDMB抗体Proteintech12885-1-AP
NOD2抗体Abcamab31488
RBCK1抗体Proteintech26367-1-AP
AIM2抗体Proteintech20590-1-AP
CASP4抗体Proteintech11856-1-AP
GSDMB抗体Proteintech12885-1-AP
NOD2抗体Abcamab31488
RBCK1抗体Proteintech26367-1-AP
Transwell小室Corning--
Matrigel基质胶Corning--
结晶紫----

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
数据获取与差异表达分析
TCGA和GEO数据版本、样本量、差异表达阈值
阅读提示:Methods: Acquisition of date and identification of differentially expressed necroptosis-related genes and pyroptosis-related genes
NPG评分模型构建
LASSO Cox回归参数、10个基因系数、分组中位数
阅读提示:Methods: Construction and validation of NPG prognostic model
细胞培养
细胞系来源、培养基类型、血清浓度、培养条件
阅读提示:Methods: Cell culture and clinical samples
基因操作
siRNA序列、过表达载体构建、转染试剂、筛选浓度
阅读提示:Methods: Plasmid construct and siRNA interference
mRNA表达检测
引物序列、内参基因、PCR条件
阅读提示:Methods: RNA isolation and quantitative real-time PCR (qRT-PCR)
蛋白表达检测
抗体信息、蛋白上样量、电泳和转膜条件
阅读提示:Methods: Immunohistochemistry (IHC) and western blot (WB)
细胞功能实验
细胞接种数量、培养时间、Transwell细胞数、基质胶使用
阅读提示:Methods: CCK8 and colony formation assays; Transwell assays