通过共表达网络分析研究食管鳞癌中的特异表达因子

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背景:食管癌是发生在食管上皮组织的恶性肿瘤,是世界上最常见的消化系统恶性肿瘤之一,食管鳞状细胞癌是食管癌的主要亚型。食管癌早期诊断意义重大,然而,控制食管鳞癌发生发展的分子机制尚未完全阐明,食管上皮癌变是多因素、多阶段、多基因改变参与的发病过程,其中有很多分子生物学方面的改变,这其中可能存在检测早期癌变的标志物。WGCNA可以通过在高通量数据中识别功能相关或表达相似的基因成分,从整体生物学功能出发考虑基因功能及其连接,识别与食管鳞癌发展高度相关的基因模块,并对该模块中的基因进行富集功能分析及通路分析,从而更深入的探讨食管鳞癌组织中特异表达的基因的变化,阐述食管鳞癌的发生的分子机制。目的:1.通过加权基因共表达网络分析构建食管鳞癌共表达网络并鉴定共表达模块,筛选出与食管鳞癌密切相关的模块。2.探索模块内基因主要参与的生物学过程以及主要涉及的肿瘤相关通路,并筛选出枢纽基因。3.验证筛选出的枢纽基因并分析其在食管鳞癌发生发展中的作用。方法:本研究选取的基因表达谱数据(GSE20347)和临床信息来源于GEO数据库。通过WGCNA(加权基因共表达网络分析)构建食管鳞癌共表达网络并分析筛选出与食管鳞癌高度相关的共表达模块,将模块中的基因做GO和KEGG分析,寻找模块中基因主要参与的生物学过程以及主要涉及的肿瘤相关通路。最后通过基于TCGA和GTEx数据库GEPIA和Kaplan Meier-plotter对枢纽基因进行生存分析和表达量分析验证,并通过富集分析枢纽基因的功能,分析研究枢纽基因在食管鳞癌的发生发展中起到的作用和功能。结果:本研究利用WGCNA构建食管鳞癌的共表达网络,识别共表达模块,共鉴定出12个共表达模块,通过分析获得1个与食管鳞癌高度相关的模块,模块内基因主要参与的生物学过程为细胞核分裂、细胞器组织的正向调节、转移酶活性的正向调节;主要参与的分子功能是钙粘蛋白结合、激酶结合、脂质结合;主要参与的细胞组成为纺锤体、中心颗粒体、角质化包膜。KEGG通路分析显示,模块中基因主要参与的通路为代谢途径、内吞作用、脂肪酸代谢、细胞减数分裂、不饱和脂肪酸的生物合成、卵母细胞成熟、亚麻酸代谢和DNA复制。最后从该模块中筛选出了6个枢纽基因,通过验证分析发现AURKA、RAD51、TPX2、RFC4、CCNB2在食管鳞癌组织中的表达水平显著高于正常组织,且上述枢纽基因高表达的患者总生存期较短。通过对枢纽基因进一步分析发现6个枢纽基因主要参与的生物学进程为p53类中介物对信号转导的调控、细胞分裂和减数分裂纺锤体组合;主要参与的分子功能为ATP结合、组蛋白丝氨酸激酶活性和单链DNA依赖性ATP依赖性DNA解旋酶活性;主要参与构成了细胞核、核质和微管细胞骨架。结论:AURKA、AURKB、RAD51、RFC4、TPX2和CCNB2与食管鳞癌的发生发展密切相关,有望成为食管鳞癌潜在的预后生物标志物和治疗靶点。本研究为进一步了解食管鳞癌发生发展的分子机制以及诊断和治疗提供了有用的分析数据。
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