發(fā)表期刊：Front. Cell Dev. Biol.

影響因子：6.684

發(fā)表時間：2021.09

發(fā)表單位：甘肅省人民醫(yī)院

全文鏈接：https://international.biocloud.net/zh/article/detail/33681226

研究背景

肺腺癌（LUAD）是一種常見的高死亡率肺癌，microRNAs（miRNAs）在其調(diào)節(jié)中起著重要作用。mRNAs可能受miRNAs調(diào)控，參與LUAD腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。然而，參與LUAD的miRNA-mRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)尚未完全闡明。本研究研究了與LUAD相關(guān)的miRNA-mRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，探索了關(guān)鍵miRNAs和mRNA在該網(wǎng)絡(luò)中的潛在功能。這些發(fā)現(xiàn)有助于識別新的進(jìn)展臨床環(huán)境中LUAD患者的診斷診斷標(biāo)志物和治療靶點。

研究材料

TCGA數(shù)據(jù)集：LUAD和正常肺組織的miRNA數(shù)據(jù)以及mRNA數(shù)據(jù)

測序數(shù)據(jù)：LUAD患者（n=6）和對照組（n=4）的血漿樣本分別構(gòu)建sRNA文庫，使用Illumina測序儀進(jìn)行測序。（由北京百邁客生物科技有限公司提供測序及技術(shù)支持）

研究流程

分析方法

?通過TCGA數(shù)據(jù)庫和測序數(shù)據(jù)分別得到差異表達(dá)的miRNAs和mRNA。然后，通過兩個數(shù)據(jù)集之間的交叉分析，獲得共同差異表達(dá)miRNA。再通過靶向的mRNA和TCGA中的差異mRNA的重疊確定共有差異mRNA。利用cytoscape構(gòu)建了miRNA-mRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。前5個miRNA在網(wǎng)絡(luò)中被確定為樞紐miRNA。通過GO分析和KEGG通路分析，揭示了與樞紐miRNA靶向基因相關(guān)的功能和信號通路。利用STRING數(shù)據(jù)庫和CytoHubba對蛋白相互作用(PPI)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵mRNA進(jìn)行了鑒定。使用基因表達(dá)譜交互分析(GEPIA)進(jìn)行生存分析。

主要結(jié)果

一、差異表達(dá)的miRNA和mRNA的鑒定

通過小RNA數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)分析，作者共得到了3166個miRNA，用于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析。從測序數(shù)據(jù)中LUAD和對照組的血漿中鑒定出319個差異miRNAs(145個上調(diào)和174個下調(diào))。此外，利用TCGA鑒定出4206個差異mRNAs（1105個上調(diào)，3101個下調(diào)）和197個差異miRNAs（126個上調(diào)，71個下調(diào)）。此外，197個差異miRNAs中有147個（95個上調(diào)，52個下調(diào)）有亞型表達(dá)。

（圖2）miRNA和mRNA的差異表達(dá)

二、構(gòu)建miRNA-mRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

通過在TCGA和測序數(shù)據(jù)之間的交叉分析，得到30個共有的差異miRNAs，包括19個上下調(diào)一致的差異miRNAs和11個上下調(diào)不一致的差異miRNAs。從19個一致的共有差異miRNA中總共鑒定出5479個靶mRNA。接下來，通過對TCGA和測序數(shù)據(jù)中的差異mRNAs進(jìn)行交叉分析，鑒定出760個共有差異mRNAs（152個上調(diào)，608個下調(diào)）。miRNA-mRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)由19個共有差異miRNAs和760個共有差異mRNAs組成（圖3）。總的來說，19個一致的共有差異miRNAs與760個共有差異mRNAs確定了985對靶向關(guān)系。此外，關(guān)聯(lián)度最高的前5個miRNAs被確定為網(wǎng)絡(luò)中的樞紐miRNAs，包括miR-539-5p、miR-656-3p、let-7b-5p、miR-2110和miR-92b-3p。最后，677個共有差異mRNAs由來自5個樞紐miRNAs的靶向mRNA組成。

（圖3）miRNA-mRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

三、關(guān)鍵miRNAs靶向mRNA的GO和KEGG分析

作者使用了677個共有差異mRNAs，通過GO和KEGG通路富集分析來鑒定關(guān)鍵miRNAs的潛在功能。作者在GO分析中獲得了836個結(jié)果，其中圖4A顯示了來自生物過程、細(xì)胞成分和分子功能的前10個結(jié)果。一些結(jié)果與腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展有關(guān)，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞對生長因子刺激的反應(yīng)，含膠原蛋白的細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜等。此外，從KEGG通路分析中注釋了48條信號通路，前10個結(jié)果如圖4B所示。這些通路大多數(shù)與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展相關(guān)，包括焦點粘連、癌癥中的蛋白多糖、細(xì)胞外基質(zhì)-受體相互作用和Wnt信號通路。其中粘著斑通路富集最為顯著。

（圖4）關(guān)鍵 miRNA靶向mRNA的功能富集分析

四、關(guān)鍵基因的鑒定

PPI網(wǎng)絡(luò)從677個共有差異mRNA中識別出597個mRNA，其中有2246條邊相互關(guān)聯(lián)（圖5）。使用cytoHubba插件MCC排名確定了前10個關(guān)鍵mRNA，包括神經(jīng)源性位點notch同源蛋白1(NOTCH1)、基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP2)、胰島素樣生長因子1(IGF1)、激酶插入結(jié)構(gòu)域受體(KDR)、分泌磷蛋白1(SPP1)、血管內(nèi)皮生長因子受體1(FLT1)、肝細(xì)胞生長因子(HGF)、血管生成素1受體(TEK)，血管生成素-1基因(ANGPT1)和血小板源性生長因子（圖6）。通過生存分析的計算，作者使用GEPIA進(jìn)一步驗證了這些關(guān)鍵的mRNA。在這里，只有兩個(SPP1和HGF)被鑒定為關(guān)鍵基因，并與生存相關(guān)（圖7）。生存分析顯示，在LUAD中，SPP1的表達(dá)與生存呈負(fù)相關(guān)，而HGF與生存呈正相關(guān)（圖7）。此外，SPP1和HGF均在黏附信號通路中富集。

（圖5）關(guān)鍵miRNAs靶向mRNA的PPI網(wǎng)絡(luò)圖

（圖6）關(guān)鍵mRNA的網(wǎng)絡(luò)

（圖7）關(guān)鍵基因的生存分析

總 結(jié)

作者利用測序數(shù)據(jù)和TCGA數(shù)據(jù)集構(gòu)建了LUAD相關(guān)的miRNA-mRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，鑒定了5個關(guān)鍵miRNAs和兩個關(guān)鍵mRNA。miR-539-5p，miR-656-3p、let-7b-5p、miR-2110和miR-92b-3p在LUAD腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。兩個關(guān)鍵mRNA，SPP1和HGF，與LUAD患者的生存相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)為臨床環(huán)境中的預(yù)測、預(yù)后和治療靶點提供了新的分子標(biāo)記物，并闡明了LUAD調(diào)控的新機(jī)制。

 

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