单基因干湿结合发4分SCI
导语
今天和大家分享的是2020年7月份发表在Aging杂志上的一篇文章“Higher expression of cell division cycle-associated protein 5 predicts poorer survival outcomes in hepatocellular carcinoma”(IF=4.831）。文章中作者基于304例HCC肿瘤样本的TAM数据以及TCGA数据库进行了CNV、miRNA和甲基化分析，揭示了CDCA5上调表达导致HCC患者生存较差的潜在机制。
Higher expression of cell division cycle-associated protein 5 predicts poorer survival outcomes in hepatocellular carcinoma
高表达细胞分裂周期相关蛋白5与肝细胞癌生存较差有关
一、研究背景
肝细胞癌（HCC）是最常见的肝癌形式，当前关于HCC的肿瘤学研究的主要目的是了解HCC进展的病理生理机制。细胞分裂周期相关蛋白5（CDCA5），也被称为由CDCA5基因sororin编码，胞外信号调节激酶（ERK）使Ser209处的CDCA5磷酸化可以抑制肺癌细胞的增殖，这在诱导CDCA5的外源表达后被逆转。CDCA5在各种人肿瘤组织中显著上调，包括肺癌，口腔鳞状细胞癌，膀胱上皮癌和胃癌。这些发现表明CDCA5作为癌症的重要致癌启动子。但是CDCA5调节HCC肿瘤发生的潜在机制仍不清晰。
二、研究思路
三、结果解读
1、CDCA5在肝癌中的临床意义
为了评估CDCA5在肝癌中的临床意义，使用TMA检测了CDCA5的表达，纳入了HCC样本（n = 304）和癌旁组织（n = 50）。结果表明，HCC样品的CDCA5表达升高。同时，通过GEO数据集的进一步验证了肿瘤组织中CDCA5的表达更高。
图1.GEO数据集中CDCA5的相对mRNA表达
通过根据X-tile软件设置的最佳临界点将患者分为亚组，发现较高的CDCA5表达与较差的OS和DFS结果相关。此外，多因素Cox回归分析表明CDCA5作为OS和DFS的独立危险因素的重要性。
图2.CDCA5在肝癌组织中上调，并预测较差的生存结果
2、CDCA5促进肝癌形成的潜在机制
为了阐明CDCA5促进肝癌形成的潜在机制，使用RNAseq分析了CDCA5高和低组的基因表达（以CDCA5低组为参考，1652个基因上调（≥1.5倍），而1885个基因下调（≥1.5倍）。GSEA分析表明，在CDCA5表达较高的患者中，与细胞周期，DNA复制和p53通路有关的基因显着富集。
图3.鉴定CDCA5高和低患者之间差异表达的基因
这三种途径中基因的热图表明，高表达CDCA5患者的这些基因具有显著性差异，表明CDCA5充当p53途径下游目标并通过激活肿瘤细胞增殖促进HCC癌变的可能。
图4.参与DNA复制和p53通路之间的基因表达分析
3、不同CDCA5表达的HCC突变特征
通过基于TCGA数据集的SNP数据的基因分析研究，提供了HCC中驱动基因的突变情况。为了找到与CDCA5表达相关的重大突变事件，分析了具有不同CDCA5表达（高vs.低）的HCC的突变特征。值得注意的是，高CDCA5组的样本中有超过一半在TP53中发生了突变事件。
图5.通过CDCA5表达分层的HCC亚群中的显着突变的基因
具有较高CDCA5表达的肿瘤在TP53中显示出统计学上较高的突变负担，同时在高CDCA5肿瘤中也观察到了抑癌基因RB1的较高突变负担。有趣的是，在CDCA5表达较低的患者中，CTNNB1的突变负荷较高。
表1.高低表达CDCA5患者的突变频率
4、CDCA5表达与CNV的相关性
HCC广泛拷贝数改变会增加的基因组不稳定性。为了确定CDCA5表达与CNV之间的相关性，使用GISTIC 2.0分析了各个染色体区域的拷贝数扩增和缺失。结果表明CDCA5高表达患者中有1035个基因显示出拷贝数缺失，而CDCA5低表达患者中的基因数目为436。此外，CDCA5高表达患者缺失区域内的133个基因在RNAseq中显示出一致的表达模式，这意味着这些基因的差异表达可能部分是由于拷贝数缺失所致。同时，CDCA5高的患者异常扩增区域内的基因数量为1245，这表明这些基因的差异表达可能部分是由于拷贝数扩增所致。尽管有一些基因显示出RNAseq和CNV结果之间的一致性，但CDCA5高表达的患者从RNAseq鉴定出的大多数异常表达基因不受CNV的影响。
图6.CDCA5与突变特征，拷贝数变异之间的关联
5、CDCA5与miRNA的关系
研究进一步评估了CDCA5上调后miRNA的表达差异。在CDCA5高表达组（以CDCA5-low组为参考，共检测到44个上调的miRNA（≥1.5倍）和113个下调的miRNA（≥1.5倍）。通过使用TargetScan共鉴定了97对miRNA-mRNA相互作用，其中65对在CDCA5表达高的患者中具有显着下调的基因。值得注意的是，hsa-mir-200b负调控了29个基因的表达。PPI相互作用网络显示，一组癌基因，包括DNMT3A，TGFB2，CXCL12和BCL9，可能受到miRNA表达的调控。
图7.CDCA5表达高、低组患者之间表观遗传变化和基因表达的整合
6、WGCNA评估不同CDCA5患者的DNA甲基化模式
DNA甲基化被认为是调节基因表达的重要表观遗传修饰。先前的研究表明，基因启动子的甲基化CpG岛将抑制基因表达。为了评估CDCA5高、低患者之间的DNA甲基化模式，我们使用WGCNA将甲基化的基因聚类到不同的甲基化模块中。该网络和已识别的模块说明如上图7C。结果显示，CDCA5上调可能会影响6种癌基因的甲基化状态（图7E），包括TBX3，PPP1R14A，FHL2，CAMK1D，ZBTB16和AKTIP 。在这6个基因中，FHL2，CAMK1D和ZBTB16的β值与CDCA5表达呈显着负相关，而PPP1R14A的β值与CDCA5表达呈正相关。
四、小结
作者基于TMA分析的304例HCC患者和TCGA-HCC数据，从miRNA，突变和WGCNA模块甲基化方面全面分析了CDCA5基因，根据CDCA5表达来评估样品的预后综合分析。结果表明，CDCA5表达与表观遗传变化之间存在关联，阐述了CDCA5上调导致HCC患者较差生存结果的潜在机制，引出CDCA5靶向疗法在未来临床实践中具有潜在价值。