转录组与外显子组测序鉴定肝癌细胞系的异常肿瘤代谢

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研究背景肝细胞癌(Liver hepatocellular carcinoma,LIHC)是肝癌的主要形式,是一种预后不良的侵袭性疾病。大多数患者在就诊时被确诊为肝细胞癌晚期。但晚期LIHC患者的治疗选择并不多,所以迫切需要改善LIHC患者的早期发现和预后为来了解癌症的发展,代谢重编程最近引起了大家的广泛关注,但是目前,肝癌代谢重编程的基因组和转录组学特征尚未得到充分的研究。本研究我们旨在揭示肝癌细胞系代谢重编程的基因组和转录组学特征。研究方法我们对来自12株人类肝癌细胞系(Human liver cancer cell lines,简称h LCCLs)和一株正常肝细胞系进行了转录组和全外显子组测序(Whole-exome sequencing,WES),旨在揭示转录组和基因组水平的代谢异常。根据转录组表达量运用无监督聚类方法把细胞系分为不同的亚组,应用基因集富集分析(Gene set enrichment analysis,GSEA)揭示不同亚组间的不同代谢基因集。基于加权基因共表达网络分析(Weighted gene co-expression network analysis,WGCNA),用公共数据库验证了Hub基因及预后生存分析。我们也对外显子组进行了体细胞突变和单碱基替换(Single base substitution,SBS)分析,找出肝癌发展过程中涉及到的driver基因、代谢driver基因和突变特征。最后进行进化树分析,重建h LCCLs的进化关系。研究结果根据12株人类肝癌细胞系和一株正常肝细胞系转录组测序,把13株细胞系分成了3个不同亚组,和代谢相关的基因集在CL1和CL2中主要下调,但在CL3中几乎都上调,三个h LCCLs亚组在各种代谢过程中表现出显著的不同,包括氨基酸、脂质、能量和碳水化合物代谢。随后我们找到了十个Hub基因,包括三个载脂蛋白(APOA1、APOA2和APOB)、两个去唾液酸糖蛋白受体(ASGR1和ASGR2)、一个糖酵解限速步骤激酶(PKLR)、一个羊膜相关跨膜蛋白(AMN)和三个与凝血相关的基因(F7、FGG和CPB2)。通过公共数据库TCGA LIHC转录组数据对选出的Hub基因验证,发现除了APOA2外,其余九个Hub基因显著下调,三个下调基因(F7、CPB2和APOA1)与较差的生存率显著相关(p-adjusted<0.05)。12株肝癌细胞系的全外显子组测序分析确定了60个driver基因和19个代谢相关的driver基因,揭示了不同h LCCLs亚组之间不同的突变特征和进化关系;三个亚组和不同的signature相关,CL1和signature B更相关,CL2和CL3主要和signature A相关。来自COSMIC(Catalogue of somatic mutations in cancer)的单碱基取代特征表明,一些来源不明的SBS占主导地位,表明肝癌发生中可能存在未表征的突变病因。结论我们的研究结果突出了肝癌发展中的不同代谢机制,并为进一步研究其代谢机制提供了参考。
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