多组学综合分析确定KIF22和KRAS为三阴性乳腺癌的高度合成致死配对。

背景：三阴性乳腺癌（TNBC）是一种侵袭性乳腺癌亚型，预后差，治疗选择有限。合成致死（SL）代表了一种重要的治疗策略，通过靶向两个基因的协同相互作用，选择性地杀死癌细胞而不影响正常细胞。SL策略为TNBC的靶向治疗提供了新的途径。尽管仍存在挑战，如耐药性和生物标志物选择，但推进SL活性的研究有望为患者带来临床获益。方法：利用多组学数据，包括单细胞RNA测序（scRNA-seq）、空间转录组学（ST）和 bulk RNA测序（bulkRNA-seq），来表征TNBC异质性并识别驱动SL活性的基因。此外，CytoTRACE分析评估了高SL（HSL）活性细胞亚群的肿瘤分化潜能，Slingshot重建了伪时间轨迹，CellChat构建了细胞间通讯网络以评估TNBC微环境细胞亚群间的相互作用。结合高维加权基因共表达网络分析（hdWGCNA）和机器学习，鉴定了与HSL细胞表型相关的关键调控基因。最后，采用基准测试框架选择最具预测性的算法模型，并通过SHapley Additive Explanations (SHAP)分析评估特征贡献。通过分子生物学实验和动物实验对鉴定基因进行了体内和体外分析。结果：已鉴定出一种新的TNBC恶性细胞HSL亚型，其表现出增强的干细胞样特性、更强的细胞间通讯能力，并参与更多肿瘤相关信号通路。通过五种机器学习（PGP、KIF22、CCNB1、RPA3、BCL2L12、SMC2、MKI67、PBK、CDK1和MIS18A）确定的十个特征基因在TNBC恶性细胞中显著上调，其高表达与TNBC患者的不良预后相关。基准测试验证了随机森林算法的优越性能。最后，通过实验验证，得出结论KIF22和KRAS是TNBC的合成致死配对。结论：总之，本研究通过综合分析SL配对与恶性TNBC细胞之间的相互作用，系统地表征了TNBC的异质性，并探讨了SL活性与疾病进展之间的关联。我们的发现有助于更深入地理解TNBC发生和发展的分子机制。基于生物信息学分析，我们实验验证了KIF22和KRAS是TNBC中的合成致死基因对。功能实验表明，在KRAS突变的TNBC细胞中敲低KIF22，或在KIF22基因低表达的TNBC细胞中敲低KRAS，均显著抑制细胞增殖。鉴于KRAS突变在TNBC中的高患病率，KIF22代表了合成致死干预的一个有前景的治疗靶点。此外，体内异种移植模型证实，同时敲低小鼠KIF22和KRAS可有效抑制肿瘤进展。总之，这些结果确立了KIF22和KRAS作为TNBC特异性的合成致死配对，具有指导未来基于SL的药物发现的巨大潜力。