文献解读:CHEK1在实体瘤中的基因表达变化及分子分析(泛癌分析)

今天跟大家分享的是今年3月发表在Cancers杂志(IF:6.162)上的一篇文章,文章主要研究的是CHEK1在实体瘤中的表达

Gene Expression Alterations and Molecular Analysis of CHEK1 in Solid Tumors

CHEK1在实体瘤中的基因表达变化及分子分析

PMID: 32178478  2020/03/12  Cancers(IF:6.162) 

一、研究背景

检查点激酶1 (checkpoint kinase 1, CHEK1)CHEK家族成员之一,是一种丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶,可介导细胞周期阻滞应对DNA损伤,该基因的表达与多种疾病有关之前,因为CHEK1基因在DNA损伤中起着调控作用,所以认为其是一种肿瘤抑制基因。然而,研究发现没有证据证明人类癌症中存在CHEK1功能突变的纯合缺失,相反,有研究发现该基因在一些实体肿瘤中过表达。因此,研究CHEK1在实体肿瘤中的调控机制具有重要意义CHEK1基因被认为是癌症治疗的潜在靶点

二、研究的方法

1) CHEK1表达分析(Oncomine数据库):通过癌症微阵列数据库Oncomine 对各种实体肿瘤中的CHEK1进行转录水平分析。

2) 识别CHEK1相关蛋白:使用检索相互作用基因的搜索工具(STRING)来预测CHEK1的相互作用蛋白。

3) CHEK1的预后分析:使用PrognoScan数据库研究部分实体瘤中CHEK1表达与生存的关系。

4) CHEK1在部分实体瘤中的生存分析:使用Kaplan–Meier plotter分析CHEK1表达与胃癌、乳腺癌、肺癌和卵巢癌患者生存的相关性。

5) CHEK1的复杂基因组探索利用cBioPortal对CHEK1和临床特征进行了综合分析

6) 分子结合分析Schrodinger suit、MiRTarBase、Discovery StudioVisualizer、PROCHECK、PATCHDOCK、RNAfold,、RNA-composer等软件被用来分析实体瘤中CHEK1-miR-195与人argonaute蛋白的作用机制

 

三、研究的主要内容与结果

1. CHEK1在肿瘤中的mRNA表达水平

文章的第一部分作者对CHEK1的转录水平进行了研究,探其在癌症中的作用。使用Oncomine数据库研究发现相对于正常组织,该基因在癌症,特别是实体瘤中的mRNA表达。但是,如图1所示,基于癌症类型的分析发现CHEK1也可能被低表达,使得该基因的功能要么是致癌的,要么是的。因此,需要CHEK1进行进一步分析。

1 CHEK1在不同类型癌症中的表达水平 

2. CHEK1在选定的实体肿瘤中的表达水平

在这一部分作者使用Oncomine数据库研究CHEK1在部分选定的实体瘤中的转录表达。结果显示该基因在脑癌、宫颈癌、结直肠癌、胃癌中均过表达,在另一种脑癌中低表达(表1,图2)。

1 CHEK1在实体瘤中的表达

 2 在不同癌型中分析CHEK1 

3. 生存分析

这一部分作者使用Kaplan–Meier plotter分析了在选定的实体肿瘤中CHEK1表达与患者生存的关系。结果发现在胃腺癌患者CHEK1表达下调与不良预后有关。相反,在肺腺癌、卵巢癌和乳腺癌中CHEK1的高表达与不良预后相关(图35)。接着作者使用PrognoScan数据库研究CHEK1表达与预后结果如42

3 CHEK的总体生存分析

 4 不同实体瘤中CHEK1基因的meta分析

 

5 CHEK1在膀胱癌、脑癌、卵巢癌、结直肠癌、肺癌和乳腺癌中的临床影响

 2 实体瘤临床标本中CHEK1表达与生存的关系 

4. CHEK1的蛋白质组分

在这一部分作者利用Cytoscape stringAPP插件研究CHEK1与其蛋白伴侣的蛋白相互作用,得到10个CHEK1相关蛋白(图6)这些蛋白编码基因被用于CHEK1的下游分析。

6 识别CHEK1相关蛋白 

5. CHEK1的遗传改变

在这一部分作者使用cBioPortal数据库分析所有不同癌症中CHEK1的基因改变,并将结果与图6中的基因进行了比较(图7)。此外,文章也分析了这10个CHEK1相关蛋白编码基因12实体肿瘤中突变和拷贝数改变(CNAs)结果如表3和图8所示,研究发现前列腺癌改变频率最高。

 

 

7 CHEK1在癌症研究中的突变热点

 3 12实体瘤CHEK1相关基因的遗传改变综述

 8 前列腺癌型中高频扩增CHEK1 

6. CHEK1在结直肠癌中的共表达谱

接下来作者研究了CHEK1在直肠腺癌中20个基因的共表达谱(图9)。研究发现CHEK1在结肠直肠癌中与MCM家族和FEN1共同表达。MCMs过表达与宫颈癌发生相关,FEN1是一种多功能的结构特异性核酸酶,对维持人类基因组的稳定性起着至关重要的作用,因此CHEK1调节癌症进展的潜在机制需要进一步研究。

9 CHEK1在结直肠癌中的共表达谱 

7. miR-195-5p-CHEK1和人Argonaute蛋白的结构

在这一部分作者对miR-195-5p-CHEK1和人Argonaute蛋白的结构进行研究,作者根据miRTarBase、RNAfold和RNA COMPOSER数据库建立miR-195-5p和miR-195-5p- CHEK1 (miRNA-mRNA)双链(配体)的结构模型(图10A-C)。从蛋白数据库(PDB)中检索到人类argonaute蛋白(受体)的三维结构(图10D)。通过Ramachandra plot使用PROCHECK验证结合之前的质量(图10E)。此外,使用PATCHDOCK对microRNA-argonaute与microRNA – mRNA结合的argonaute进行了分子对接来研究CHEK1在实体肿瘤中的调控机制。

 

10 分子对接的结构模型 

8. 分子对接分析

在这一部分,作者对分子对接进行了研究,使用web工具PATCHDOCK研究microRNAs调控CHEK1在实体瘤中的作用模式。PATCHDOCK方法是基于形状互补理论,因此根据输出的几何形状互补分数对输出进行排序(表4)。观察到强相互作用较强的疏水性和芳香性氨基酸侧链(图11;表5),揭示了CHEK1通过人Argonaute蛋白的调控可能受miR-195-5p的驱动(表6)。

 

11 Argonaute蛋白的氨基酸残基。 

4 对接得分

 

5 参与双链的分子相互作用受体蛋白的氨基酸残基

 

6 氢键相互作用。 

9. 氢键相互作用

氢键在蛋白质配体稳定性中起着一定的作用这些作用包括受体腔内配体的定位、蛋白质对配体的识别和结合亲和力,是对接评分的贡献者之一。因此在这一部分作者评估了与microRNA和microRNA- mRNA双分子结合的人类argonaute蛋白结合囊中的氢键相互作用。作者检测了AGO的氨基酸残基与miR-195-5p和miR-195-5p- CHEK1的原子之间的氢键相互作用(图12A和B)。结果表明,氢键随着原子间相互作用的增加而增加。因此,这一结果可能支持了miR-195-5p通过RNA诱导的沉默复合物调控CHEK1表达的作用模式。

12 氢键相互作用

 

到这里这篇文章的主要内容就介绍完了,可以看出作者在泛癌中结合多种在线分析工具对CHEK1在实体瘤中的基因表达变化及分子机制进行了全面的分析,这种整合多个分析平台的研究思路及方式我们可以借鉴。

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