通过整合生物信息学分析鉴定多西他赛耐药前列腺癌中差异表达的基因、miRNA及信号传导途径

来源 :大连医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sheep0211
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目的:  前列腺癌(PCa)是致命的恶性肿瘤之一,2018年美国男性新发癌症总数中约五分之一为前列腺癌,共约164649个新发病例及29430个死亡病例。多西他赛(紫杉烷类成员)的化学疗法被用作转移性去势抵抗性前列腺癌(mCRPC)患者一线标准化疗,已确定可为转移性去势抵抗性前列腺癌(mCRPC)患者延长生存期。然而,由于耐药性的发展,用多西他赛治疗的mCRPC患者的相当大比例最终变得难治并且进展。已经认识到到许多因素,包括肿瘤微环境、自噬等参与其中。因此,迫切需要寻找多西他赛化学治疗抗性的潜在原因。在这里我们应用综合生物信息学来识别涉及多西他赛耐药性前列腺癌的关键致病基因、miRNA并揭示潜在的分子机制。  方法:  下载了来自Gene Expression Omnibus(GEO)数据库的GSE33455,GSE64012和GSE64013的表达谱,其中包含40个样本,包括13例前列腺癌样本和27例多西他赛耐药前列腺癌样本。分析GSE33455和GSE64012以获得差异表达的基因(DEG),GSE64013以获得差异表达的miRNA(DER)并通过生物信息学方法深入分析。由R包clusterProfiler完成GO(Gene Ontology)分析和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路分析并用于解释DEGs富集。DEG的蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络由STRING数据库构建。在GEO数据集中共鉴定出141个DEG,然后利用Cytohubba(Cytoscape中的软件)获得了PPI网络中的连接程度排在前15位核心基因。通过FunRich获得中枢基因的靶miRNA。接下来,为了筛选核心基因的靶miRNAs,应用在线工具绘制筛选核心基因的靶miRNAs和DERs的维恩图。最后应用在线分析网站UALCAN(http://ualcan.path.uab.edu/index.html)进行相关组间含量分析并确定前列腺癌多西他赛耐药前列腺癌核心基因、miRNA及信号通路。  结果:  1.应用GEO2R筛选GSE33455_DU-145数据集时(P值<0.05,logFC>=1或<=-1),获得2338个差异基因。其中,鉴定了1188个下调基因和1150个上调基因。从GSE33455_PC3数据集中筛选出2941个差异基因,包括1203个上调基因和1738个下调基因。此外,从GSE64012数据集中筛选出2785个DEG,包括785个上调基因和2000个下调基因。最后,从GSE64013数据集中筛选出833个DER,包括519个上调的miRNA和314个下调的miRNA。  2.通过RRA整合生物信息学分析,我们确定了141个,其中43个上调基因和98个下调基因。并对其进行GO分析及KEGG通路富集分析。  3.使用STRING数据库(http://string-db.org)对多西他赛耐药性前列腺癌中的DEG表达产物进行构建构建PPI网络,利用Cytohubba(Cytoscape中的软件)获得了PPI网络中的连接程度排在前15位核心基因,分别是CDH1,CCL2,IL8,TLR4,PTGS2,MX1,IFIH1,ISG15,IFIT1,MMP7,PLAU,KDR,GJA1,CLDN7,RUNX2。  4.应用FunRich预测15个核心基因的靶向miRNAs,将预测核心基因靶向miRNAs与DERs通过画维恩图取共同结果,得到一个miRNA:hsa-miR-193a-3p。  5.TCGA验证分析基因差异表达并符合P<0.05的基因有TLR4、KDR、PTGS2、IFIH1、ISG15、PLAU、GJA1、CLDN7。去除与试验结果冲突的差异表达、表达量相似及未能富集到相应信号通路的基因,得到关键基因PLAU、PTG3及hsa-miR-193a-3p,并信号通路hsa04064(NF-kappa B signaling)通路。  结论:  GEO数据集中共鉴定出141个DEG,其中43个基因被上调,98个基因被下调。应用综合生物信息学来识别涉及多西他赛耐药性前列腺癌的关键致病基因。本实验最终得到前列腺癌多西他赛耐药性的潜在诱因为hsa-miR-193a-3p高表达进而作用于PLAU,使得PLAU表达抑制,从而影响hsa04064(NF-kappa B signaling)通路,引起前列腺癌细胞多西他赛耐药,而PTGS同样低表达则可能通过DKK3及TGF-β信号通路协同达到多西他赛耐药的结果。
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