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文献解读:纯生信分析的5分文章——m6A调节因子对神经胶质瘤进展及预后的影响

今天再给大家介绍一篇发表于Aging杂志(影响因子5.179)上的一篇纯生信文章,题目为“m6A RNA methylation regulators contribute to malignant progression and have clinical prognostic impact in gliomas”。

背景介绍

近年来发现,RNA的化学修饰调节着RNA加工和代谢,是细胞内发生的一种新型的表观遗传学调节方式,其中m6A修饰(mRNA的N6-腺苷甲基化)是真核生物中最丰富的mRNA甲基化形式。

m6A修饰调控着人类细胞的多种生理病理过程。m6A修饰不仅在卵母细胞和中枢神经系统发育中起重要作用,而且在肿瘤起始、进展和放疗抗性方面具有多种调节功能。在这些过程里,m6A的一系列调节因子发挥了重要作用。m6A调节因子主要包括3类:m6A甲基转移酶类(称为writers)、m6A结合蛋白(称为readers)和m6A去甲基化酶类(称为erasers)。Writers成员包括METTL3、METTL14、WTAP、KIAA1429、RBM15、ZC3H13等;readers成员包括YTHDC1、YTHDC2、YTHDF1、YTHDF2、HNRNPC等;erasers成员包括FTO、ALKBH5等。

m6A调节因子在基因表达转录后调控中起重要作用,进而影响一系列生理病理功能。研究表明,m6A调节因子的遗传变化和失调与各种癌症的恶性进展密切相关。比如,erasers成员FTO表达在IDH突变型白血病中上调,并通过FTO/m6A/MYC/CEBPA信号通路发挥抗肿瘤作用。在神经胶质瘤中,IDH突变也是胶质瘤突变的典型特征之一,IDH突变的胶质瘤预后比IDH野生型更好。m6A调节因子在胶质瘤干细胞的维持和放疗抗性中发挥关键作用。

在这篇文章中,作者分析了m6A RNA甲基化调节因子在胶质瘤中的表达情况、m6A调节因子的不同临床病理特征、以及m6A调节因子在胶质瘤恶性进展中的作用及其预后价值。

研究思路解析

 

1.  m6A调节因子的表达与胶质瘤的临床病理特征有关

作者分析的数据来源于中国胶质瘤基因组图谱(CGGA)(n = 309)和癌症基因组图谱(TCGA)(n = 595)的RNA测序数据,分析了13个广泛报道的m6A调节因子在904个胶质瘤中的表达。临床病理特征主要包括:胶质瘤的WHO等级、IDH状态和1p / 19q编码状态

不同WHO等级下的m6A调节因子表达水平通过热图展示(图1A和1B),大多数m6A调节因子的表达与WHO等级显着相关。在CGGA(图1C)和TCGA数据集(图1D)中,通过定量分析也证实了WHO等级与WTAP、RBM15、YTHDF、ALBKH5和FTO的表达水平之间的显着相关性。

然后作者分析了IDH状态与低级别神经胶质瘤(LGG,图1E和1F)和胶质母细胞瘤(GBM,图1G)中每种m6A调节因子的表达水平之间的关系。在CGGA(图1E)和TCGA(图1F)中,在IDH突变型和野生型的低级别神经胶质瘤之间,ALKBH5、YTHDF2、RBM15、METTL3、METTL14、FTO和YTHDC1的表达水平存在显著差异。在CGGA数据集中,在IDH突变型和野生型的胶质母细胞瘤之间,FGA、YTHDC1和METTL3的表达水平存在显著差异(图1G)。对于1p/19q编码状态,在IDH1突变型低级别神经胶质瘤中, YTHDF2和WTAP的表达与1p/19q编码状态高度相关(图1H)

2.  按照m6A调节因子的一致性聚类将胶质瘤分为两组,两组间具有不同的临床结果和临床病理特征

 

对这些胶质瘤样本进行一致性聚类分析,基于m6A调节因子的表达相似性,将样本分为3组似乎是最合适的(图2A和B),然而这样分组的结果是309个胶质瘤中有293个都在其中的两个组内(图2C),因此,研究人员选择了K=2的分组方式,命名为RM1和RM2数据集(图2C)。对两组间的临床资料进行比较,RM1亚组表现为诊断时年龄较小(P <0.0001)、低分级(P <0.0001)、原神经亚型或神经亚型(P <0.0001)、IDH突变(P <0.0001)和1p/19q编码状态显著相关(P <0.0001)。RM2亚组主要表现为诊断时年龄较大、胶质母细胞瘤表型、经典或间充质亚型、IDH野生型状态和1p/19q非编码状态。此外, RM2亚组的总生存期(OS)显著短于RM1亚组(图2D)

3. 一致性聚类的分组分析结果与胶质瘤的恶性程度密切相关

 

首先作者用基因互作方法分析了13种m6A调节因子之间的相互作用和相关性。 结果显示,WTAP似乎是writers的中枢基因,与METTL3、METTL14、KIAA1429和ZC3H13存在相互作用或共表达(图3A)。WTAP的表达也与胶质瘤中METTL14、KIAA1429和RBM15这几个writers显著相关(图3B)

然后进一步使用主成分分析(PCA)来比较RM1和RM2亚组之间的转录谱,结果显示出显著的差异性(图3C)。在RM2亚组中,通过GO分析了一系列上调或者下调的生物过程(图3D),其中恶性肿瘤相关的生物过程出现上调,包括细胞增殖、细胞外基质组织、血管生成、迁移和免疫应答等。KEGG途径分析中也观察到相应信号传导途径的类似变化(图3E)。基因集富集分析(GSEA)揭示了肿瘤的恶性标志与RM2亚组显著相关,包括上皮间质转化、经NF-κB的TNFα信号传导、炎症反应和IL6/JAK/STAT3信号传导(图3F)

4.  m6A调节因子在胶质瘤中的预后价值

 

作者对CGGA数据集中m6A调节因子表达水平进行了单变量Cox回归分析(图4A)。结果发现,13个基因中有11个与总生存期显著相关(P <0.05)。在这11个基因中,ALKBH5、YTHDF1、YTHDF2、HNRNPC、RBM15、KIAA1429和WTAP是HR> 1的危险基因,而FTO、YTHDC1、ZC3H13和METTL3是HR <1的保护性基因。

接下来,作者通过LASSO Cox回归算法应用于CGGA数据集中这11个预后相关基因,选择7个基因建立风险特征,并且使用从LASSO算法获得的系数来计算训练数据集(CGGA)和验证数据集(TCGA)的风险评分。然后作者通过中位风险评分将CGGA(n = 309)和TCGA(n = 595)数据集中的胶质瘤患者分为低风险和高风险组,发现两组之间的总生存期的显著差异(P <0.0001,图4B、C)。

5.  预后风险评分、临床病理特征与RM1/2亚群间的关系

 

首先在CGGA数据集中,作者做了高风险和低风险患者组里七种m6A 调节因子的表达热图(图5A),显示高风险组和低风险组之间在WHO分级(P <0.001)、年龄(P <0.001)、IDH状态(P <0.001)、1p / 19q codel状态(P <0.001)、TCGA亚型(P <0.001)和RM1/2分组(P <0.001)方面存在显著差异。

预后风险评分与每个临床病理特征之间的关联性研究显示,在CGGA中,患者按WHO分级、TCGA亚型、年龄、IDH状态、1p/19q编码状态和RM1/2进行分组后,风险评分存在显著差异(图5B-H)

ROC曲线显示,预后风险评分可以完美预测胶质瘤患者的三年生存率(AUC = 90.3%)、RM1/2分组(AUC = 98.6%)、胶质瘤IDH突变状态(AUC = 86.3%)和胶质瘤1p/19q状态(AUC = 82.3%),预测效率优于WHO等级和年龄(图5I-L)

然后,作者对CGGA数据集进行了单变量和多变量Cox回归分析,以确定风险特征是否是一个独立的预后指标。通过单变量分析,发现风险评分、1p/19q状态、IDH状态、年龄和WHO等级均与患者总生存期相关。当将这些因素纳入多变量Cox回归时,风险评分和WHO等级仍然与总生存期显著相关(P <0.001,图5M)。在TCGA数据集的验证中结果一致(图5N)。这些结果表明,风险评分可以准确预测胶质瘤患者的预后和临床病理特征。

6. 不同WHO分级患者风险特征的预后价值

 

作者发现,在WHO II级和III级神经胶质瘤(图6A,B)和GBM(图6C)患者中,具有高风险评分的患者的总生存期显著短于低风险评分的患者。风险评分还可以预测CGGA(图6D)和TCGA数据集(图6E)的GBM中的间充质亚型。对于CGGA和TCGA数据集,高风险评分的患者对替莫唑胺治疗也更加敏感(图6F-I)

这篇文献就解析到这里。

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