Исследования и практика в медицине №03 2021
Анализ данных высокопроизводительного секвенирования и микрочипов для идентификации ключевых сигнатур микрорибонуклеиновых кислот в глиобластоме
Номера страниц в выпуске:21-33
Цель исследования. Данная работа посвящена исследованию паттернов экспрессии мРНК и микроРНК глиобластом с использованием The Cancer Genome Atlas (TCGA) данных, поиску генетических детерминант, определяющих прогноз выживаемости пациентов и созданию сетей взаимодействий для глиобластом.
Материалы и методы. На основании данных открытой базы TCGA были сформированы группы глиобластом и условно нормальных образцов тканей головного мозга. Для каждого образца извлечены данные выживаемости и экспрессии генов и микроРНК. После стратификации данных по группам был проведен дифференциальный
анализ экспрессии, осуществлен поиск генов, оказывающих влияние на выживаемость пациентов, выполнен анализ обогащения по функциональной принадлежности и интерактомный анализ.
Результаты. В общей сложности проанализировано 156 образцов глиобластом с данными мРНК-секвенирования, 571 образец с данными микрочипового анализа микроРНК и 15 контрольных образцов. Были построены сети взаимодействий мРНК-микроРНК и разработаны экспрессионные профили генов и микроРНК, характерные для глиобластом. Определены гены, аберрантный уровень которых ассоциирован с выживаемостью, показаны попарные корреляционные связи между ДЭГ и ДЭ микроРНК.
Заключение. Выявленные для глиобластом регуляторные пары микроРНК-мРНК могут стимулировать разработку новых терапевтических подходов, основанных на подтип-специфичных регуляторных механизмах онкогенеза.
Материалы и методы. На основании данных открытой базы TCGA были сформированы группы глиобластом и условно нормальных образцов тканей головного мозга. Для каждого образца извлечены данные выживаемости и экспрессии генов и микроРНК. После стратификации данных по группам был проведен дифференциальный
анализ экспрессии, осуществлен поиск генов, оказывающих влияние на выживаемость пациентов, выполнен анализ обогащения по функциональной принадлежности и интерактомный анализ.
Результаты. В общей сложности проанализировано 156 образцов глиобластом с данными мРНК-секвенирования, 571 образец с данными микрочипового анализа микроРНК и 15 контрольных образцов. Были построены сети взаимодействий мРНК-микроРНК и разработаны экспрессионные профили генов и микроРНК, характерные для глиобластом. Определены гены, аберрантный уровень которых ассоциирован с выживаемостью, показаны попарные корреляционные связи между ДЭГ и ДЭ микроРНК.
Заключение. Выявленные для глиобластом регуляторные пары микроРНК-мРНК могут стимулировать разработку новых терапевтических подходов, основанных на подтип-специфичных регуляторных механизмах онкогенеза.
Список исп. литературыСкрыть список1. Gvaldin DY, Pushkin AA, Timoshkina NN, Rostorguev EE, Nalgiev AM, Kit OI. Integrative analysis of mRNA and miRNA se-quencing data for gliomas of various grades. Egyptian Journal of Medical Human Genetics. 2020 Dec 10;21(1):73.
https://doi.org/10.1186/s43042-020-00119-8
2. Kit OI, Pushkin AARastorguev EE, Porksheyan DH, Franciyants EM, Kuznetsova NS, et al. Changes in the expression status of genes during brain cell malignancy. Modern Problems of Science and Education. 2018;(6):8. (In Russian). https://doi.org/10.17513/spno.28148
3. Kit OI, Pushkin AA, Rastorguev EE, Porksheyan DH, Franciyants EM, Kuznetsova NS, et al. Gender features of the expression of genetic loci in glioma tissues. Modern Problems of Science and Education. 2018;(5):57. (In Russian). https://doi.org/10.17513/spno.28068
4. Ignatov SN, Zlatnik EYu, Sagakyants AB, Soldatkina NV, Ros-torguev EE, Pushkin AA. The predictor role of the local level of interleukin-1β in the choice of chemotherapy in patients with low-grade glial tumors. VI St. Petersburg International Can-cer Forum "White Nights 2020". St. Petersburg: 2020, 431 p. Available by: https://forum-onco.ru/upload/unsorted/forum_ tezis_2020.pdf. Accessed 01.11.2020. (In Russian).
5. Calin GA, Dumitru CD, Shimizu M, Bichi R, Zupo S, Noch E, et al. Frequent deletions and down-regulation of micro- RNA genes miR15 and miR16 at 13q14 in chronic lymphocytic leuke-mia. Proc Natl Acad Sci USA. 2002 Nov 26;99(24):15524–15529. https://doi.org/10.1073/pnas.242606799
6. Li G, Wu X, Qian W, Cai H, Sun X, Zhang W, et al. CCAR1 5’ UTR as a natural miRancer of miR-1254 overrides tamoxifen resistance. Cell Res. 2016 Jun;26(6):655–673. https://doi.org/10.1038/cr.2016.32
7. Cai Y, Yu X, Hu S, Yu J. A brief review on the mechanisms of miRNA regulation. Genomics Proteomics Bioinformatics. 2009 Dec;7(4):147–154.
https://doi.org/10.1016/S1672-0229(08)60044-3
8. Kit OI, Pushkin AA, Rostorguev EE, Timoshkina NN, Kuznetso-va NS, Kavitsky SE, et al. Differential expression of 15 genes in glial tumors of various degrees malignancy. Modern problems of science and education. 2019;(5):66. (In Russian).
https://doi.org/10.17513/spno.29039
9. Vodolazhsky DI, Pushkin AA, Vasilchenko NG, Panchenko SB, Timoshkina NN. The effect of doxorubicin on the expression of genes and microRNA of the EGFR signaling pathway in HeLa cell culture. Malignant tumors. 2017;7(3-S1):124–125. (In Russian).
10. Pushkin AA, Burda YE, Sevast’yanov AA, Kulikovskiy VF, Bur-da SY, Golubinskaya PA, et al. Renal cell carcinoma drug and cell therapy: today and tomorrow. Research Results in Pharmacolo-gy. 2018;4(1):17–26.
https://doi.org/10.3897/rrpharmacology.4.25251
11. Shkurat TP, Pushkin AA, Kozlova MYu, Kolina EA, Prokudi-na IO. Bioinformatic research of MRNA regulators of tumor suppressor genes. Actual problems of biology, nanotechnolo-gy and medicine. Materials of the VI International Scientific and Practical Conference. 2015. Rostov-on-Don: Publishing house of the Southern Federal University, 2015, 64–65 p. Available by: https://elibrary.ru/download/elibrary_29910966_49698769.pdf. Accessed 05.11.2020. (In Russian).
12. Rospatent. Registered on 29.11.2018. Patent number RU2709651C1. Kit OI, Timoshkina NN, Pushkin AA, Kutilin DS, Rostorguev EE, Kuznetsova NS. Method for differential diagnosis of gliomas based on analysis of gene expression and micro-RNA. (In Russian).
13. Colaprico A, Silva TC, Olsen C, Garofano L, Cava C, Garolini D, et al. TCGAbiolinks: an R/Bioconductor package for integrative analysis of TCGA data. Nucleic Acids Res. 2016 May 5;44(8):e71. https://doi.org/10.1093/nar/gkv1507
14. Ru Y, Kechris KJ, Tabakoff B, Hoffman P, Radcliffe RA, Bowl-er R, et al. The multiMiR R package and database: integration of microRNA-target interactions along with their disease and drug associations. Nucleic Acids Res. 2014;42(17):e133.
https://doi.org/10.1093/nar/gku631
15. He Q, Fang Y, Lu F, Pan J, Wang L, Gong W, et al. Analysis of differential expression profile of miRNA in peripheral blood of pa-tients with lung cancer. J Clin Lab Anal. 2019 Nov;33(9):e23003. https://doi.org/10.1002/jcla.23003
16. Wu D, Niu X, Tao J, Li P, Lu Q, Xu A, et al. MicroRNA-379-5p plays a tumor-suppressive role in human bladder cancer growth and metastasis by directly targeting MDM2. Oncol Rep. 2017 Jun;37(6):3502–3508. https://doi.org/10.3892/or.2017.5607
17. Lv X, Wang M, Qiang J, Guo S. Circular RNA circ-PITX1 pro-motes the progression of glioblastoma by acting as a competing endogenous RNA to regulate miR-379-5p/MAP3K2 axis. Eur J Pharmacol. 2019 Nov 15;863:172643. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2019.172643
18. Kumar R, DuMond JF, Khan SH, Thompson EB, He Y, Burg MB, et al. NFAT5, which protects against hypertonicity, is activat-ed by that stress via structuring of its intrinsically disordered domain. Proc Natl Acad Sci USA. 2020 Aug 18;117(33):20292–20297. https://doi.org/10.1073/pnas.1911680117
19. Li Y, Yuan F, Song Y, Guan X. miR-17-5p and miR-19b-3p pre-vent osteoarthritis progression by targeting EZH2. Exp Ther Med. 2020 Aug;20(2):1653–1663.
https://doi.org/10.3892/etm.2020.8887
20. Pellatt DF, Stevens JR, Wolff RK, Mullany LE, Herrick JS, Samowitz W, et al. Expression Profiles of miRNA Subsets Distin-guish Human Colorectal Carcinoma and Normal Colonic Mucosa. Clin Transl Gastroenterol. 2016 Mar 10;7:e152.
https://doi.org/10.1038/ctg.2016.11
21. Ye -B, Li Z-L, Luo D-H, Huang B-J, Chen Y-S, Zhang X-S, et al. Tumor-derived exosomes promote tumor progression and T-cell dysfunction through the regulation of enriched exosomal mi-croRNAs in human nasopharyngeal carcinoma. Oncotarget. 2014 Jul 30;5(14):5439–5452.
https://doi.org/10.18632/oncotarget.2118
22. Wei J, Yin Y, Deng Q, Zhou J, Wang Y, Yin G, et al. Integrative Analysis of MicroRNA and Gene Interactions for Revealing Can-didate Signatures in Prostate Cancer. Front Genet. 2020;11:176. https://doi.org/10.3389/fgene.2020.00176
23. Zhang H, Xu S, Liu X. MicroRNA profiling of plasma exosomes from patients with ovarian cancer using high-throughput se-quencing. Oncol Lett. 2019 Jun;17(6):5601–5607.
https://doi.org/10.3892/ol.2019.10220
24. Zhang J, Li Y, Dong M, Wu D. Long non-coding RNA NEAT1 regulates E2F3 expression by competitively binding to miR-377 in non-small cell lung cancer. Oncol Lett. 2017 Oct;14(4):4983–4988. https://doi.org/10.3892/ol.2017.6769
25. Jiang X-M, Yu X-N, Liu T-T, Zhu H-R, Shi X, Bilegsaikhan E, et al. microRNA-19a-3p promotes tumor metastasis and che-moresistance through the PTEN/Akt pathway in hepatocellular carcinoma. Biomed Pharmacother. 2018 Sep;105:1147–1154. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2018.06.097
26. Pushkin AA, Kit OI. Clinical significance of gene expres-sion patterns in glioblastomas. Congress of Young Scientists "Topical issues of fundamental and Clinical medicine". Tomsk: 2018, 301–302 p. Available by: https://elibrary.ru/download/elibrary_36832243_25858437.pdf. Accessed 05.11.2020. (In Russian).
27. Liu Q, Wang J, Tang M, Chen L, Qi X, Li J, et al. The over-expression of PXN promotes tumor progression and leads to radioresistance in cervical cancer. Future Oncol. 2018 Feb;14(3):241–253. https://doi.org/10.2217/fon-2017-0474
28. Fan M, Ma X, Wang F, Zhou Z, Zhang J, Zhou D, et al. MicroR-NA-30b-5p functions as a metastasis suppressor in colorectal cancer by targeting Rap1b. Cancer Lett. 2020 May 1;477:144–156. https://doi.org/10.1016/j.canlet.2020.02.021