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研究背景:肝细胞癌(HCC)是最常见的原发性肝脏恶性肿瘤,预后不良,目前是癌症相关死亡率的最常见原因之一。其发病率在全球范围内不断增加,包括在较发达国家。大多数HCC病因通过肝脏炎症和纤维化的发展介导肝损伤,最终导致肝硬化的肝脏结构紊乱。并且在肝硬化背景中出现的这些发育不良病灶(<1mm)或发育异常的结节(DNs)(≥1mm)被认为是癌前病变。HCC还表现出不同的形态学亚型,包括具有肝细胞和胆管癌(4-5%),拟核心肝细胞癌,透明细胞HCC,纤维板层HCC,粒细胞集落刺激因子HCC和主要中性粒细胞浸润物,富含淋巴细胞的HCC的联合特征的双表型HCC,粘液样HCC,肉瘤样HCC,肝硬化HCC和脂肪肝HCC。特定基因中的复发性体细胞突变被公认为致癌作用的潜在驱动因素,肝癌的潜在病因似乎也会影响特定突变的发生。对肝细胞癌的发病及调控作用的因子有很多,包括编码及非编码RNA。其中,长非编码RNA(lncRNAs)是一种超过200个核苷酸的基因,其差异表达会影响细胞生长和分化,并在染色质组织和调控中发挥作用显著。最近在高通量测序和微阵列的帮助下鉴定了许多lncRNA。其中大多数在HCC,乳腺癌,肺癌,结直肠癌等肿瘤中异常表达。已有大量的研究表明FOXF1相邻的非编码发育调控RNA(FOXF1 adjacent non-coding developmental regulatory RNA,FENDRR)在HCC的发展中具有重要的调控作用。因此,我们通过综合分析探究FENDRR在HCC中的调控作用的分子机制,并为后续研究以及临床诊断和治疗提供更夯实的理论基础。研究内容:一、lncRNA参与调控肝细胞癌的疾病进程本研究以GEO数据库中的两套肝细胞癌样本的测序数据为基础,探究在肝细胞癌的发生和发展过程中出现差异表达的lncRNA。然后通过qPCR验证关键lncRNA的表达变化。其次,利用在线软件STRING(https://string-db.org/)寻找预测的关键基因的靶标基因之间的相互作用关系。使用Cytoscape中的“string APP”进行图标绘制互作网络图。将候选的lncRNA相关的靶基因上传至DAVID在线生物信息学分析工具(http://david.abcc.ncifcrf.gov/),进行GO功能注释及KEGG通路分析。二、基于TCGA数据库进一步鉴定FENDRR的肝细胞癌的调控机制本研究首先利用TCGA数据库中筛选肝细胞癌组织和癌旁组织之间差异表达的mRNA,再鉴定这些mRNA中有哪些是FENDRR的靶标基因。随后分别筛选肝细胞癌四个分期相关的mRNA,并与FENDRR的靶标基因进行匹配。最终筛选出与HCC发展相关的FENDRR的靶标基因。再对这些基因进行富集分析以鉴定FENDRR的分子调控机制。然后,通过共表达分析将靶标基因分为共表达模块,筛选模块的hub基因并鉴定为FENDRR的核心调控因子。最后对hub基因的肝细胞癌相关预后进行生存分析。三、FENDRR形成ceRNA机制调控肝细胞癌的发展本研究通过GEO和TCGA数据库中肝细胞癌相关的FENDRR与miRNA以及miRNA与mRNA的靶向调控关系,构建ceRNA网络。并对HCC的4个不同时期的基因参与FENDRR相关ceRNA网络进行筛选鉴定。研究结果:一、lncRNA参与调控肝细胞癌的疾病进程GSE115018的HCC数据中筛选出200个显著差异表达的lncRNA,其中有129个上调的lncRNA和71个下调的lncRNA。GSE98269的HCC数据中筛选出775个显著差异表达的lncRNA,其中有507个上调的lncRNA和268个下调的lncRNA。其中,FENDRR的差异变化最为显著。通过qPCR实验验证FENDRR确实在肝细胞癌组织中高表达。我们对FENDRR调控的下游靶标基因进行预测分析,得到2251个靶标基因。并通过PPI聚类成5个互作模块,对模块基因进一步进行富集分析,发现FENDRR的靶标基因参与的生物学功能和信号通路大部分与肝细胞癌的进展相关。二、基于TCGA数据库进一步鉴定FENDRR的肝细胞癌的调控机制通过TCGA数据库中的肝细胞癌和癌旁组织的转录组测序结果得出,与癌症相关的mRNA共10821个,这些基因中有1207个基因属于FENDRR所调控的基因。I期相关基因有11414个,其中有1221基因是FENDRR的靶标基因,II期相关基因有11948个,其中有1289个基因是FENDRR的靶标基因,III期相关基因有11827个,其中有1286个是FENDRR的靶标基因,IV期相关基因有7534个,其中有910个是FENDRR的靶标基因。富集分析发现这些基因主要参与包括有机物代谢过程、等生物学功能,以及ECM受体相互作用、TGF-beta信号通路和PPAR信号通路等。并有一些基因是受甲基化的调控而表现出高低表达的状态。WGCNA分析将这些基因聚类成2个共表达模块,模块的hub基因与HCC患者的预后相关。三、FENDRR形成ceRNA机制调控肝细胞癌的发展通过一系列的数据及预测分析,在ceRNA网络中共得到FENDRR调控的19个ceRNA网络,对HCC具有显著的调控作用。在这些靶标基因中,有14个基因同时存在于4个肝细胞癌的发展时期中,4个基因同时存在于第一和第三时期,PPM1E存在于第二时期。表明FENDRR的ceRNA网络对HCC的不同分期也具有一定的影响。结论:综上所述,本研究从两个大数据库出发,探讨了与HCC相关的lncRNA FENDRR的分子调控机制。丰富了关于lncRNA对HCC疾病进程调控的见解和方向。其次,通过FENDRR相关ceRNA的鉴定和分析,进一步为HCC分期相关的调控机制奠定了新的理论基础和实验靶点。