La présente étude a été dispensée de l'examen éthique par le comité d'éthique médicale du Premier hôpital populaire de Zhaoqing (numéro de référence B2026-08-03). L'étude a utilisé des données génétiques et transcriptomiques rétrospectivement collectées au niveau résumé et dé-identifiées, y compris des données à accès contrôlé approuvées par un comité d'accès aux données provenant d'EGAD00010001657 et des ensembles de données obtenus auprès de GEO, eQTLGen et GTEx, conformément à leurs conditions d'accès et d'utilisation applicables. Aucun nouveau participant n'a été recruté, aucun biospécimen n'a été collecté et aucune donnée identifiable au niveau des participants n'a été consultée. L'approbation éthique et le consentement éclairé pour les études initiales ont été obtenus par les producteurs respectifs des données, et les données à accès contrôlé ont été utilisées conformément à l'accord d'accès aux données applicable.
Conception de l'étude
Cette étude a utilisé un cadre multistage afin de hiérarchiser les gènes liés à la ferroptose associés à la susceptibilité du glioblastome (GBM) et d'évaluer leurs effets transcriptionnels pertinents pour la maladie (Figure 1). Premièrement, les gènes liés à la ferroptose, recensés à partir de FerrDb V2, ont été évalués à l'aide d'une randomisation mendélienne à deux échantillons (MR) combinée à des données de locus quantitatif d'expression en cis (cis-eQTL) et à une vaste étude d'association pangénomique sur le GBM (GWAS). La MR pondérée par la variance inverse (IVW) a servi de méthode de criblage principale, la randomisation mendélienne pondérée bayésienne (BWMR) a fourni une évaluation complémentaire de la robustesse, et un jeu de données eQTL indépendant a été utilisé pour la phase de réplication. Deuxièmement, les gènes soutenus par les analyses génétiques ont été évalués dans trois cohortes transcriptomiques indépendantes de tumeurs et de témoins, suivies d'une méta-analyse inter-cohorte. Troisièmement, des données transcriptomiques unicellulaires provenant de patients ont été utilisées pour réaliser une perturbation virtuelle des gènes dans les cellules malignes et identifier des réponses transcriptionnelles en aval reproductibles. Ces réponses ont ensuite été caractérisées par des analyses d'enrichissement fonctionnel et d'analyse de réseaux partagés. Dans l'ensemble, les analyses génétiques avaient pour objectif d'identifier les gènes associés à la susceptibilité au GBM, tandis que les analyses transcriptomiques et unicellulaires ont évalué la concordance biologique et généré des hypothèses destinées à une validation expérimentale ultérieure.
Sources de données
Les gènes liés à la ferroptose ont été obtenus à partir de FerrDb V2, fournissant 483 gènes uniques codant des protéines humaines après harmonisation des symboles géniques et élimination des entrées en double14. Les statistiques sommaires des locus quantitatifs d'expression en cis (cis-eQTL) sur l'ensemble du sang provenant du Consortium eQTLGen ont été utilisées comme jeu de données d'exposition pour la randomisation mendélienne (MR) au stade de découverte, tandis que les données cis-eQTL sur l'ensemble du sang de la version V10 de GTEx ont servi de jeu de données d'exposition indépendant pour la MR au stade de réplication11,15. Les associations avec le résultat du GBM ont été obtenues à partir de statistiques sommaires d'études d'association pangénomique (GWAS) sous accès contrôlé disponibles via l'European Genome-phenome Archive, comprenant 6 183 cas et 18 169 témoins d'ascendance européenne16. L'expression au niveau tissulaire des gènes génétiquement prioritaires a été évaluée dans trois cohortes indépendantes de Gene Expression Omnibus (GEO) : GSE196533, comprenant 61 échantillons de gliome de grade 4 annotés comme GBM dans les métadonnées déposées et neuf échantillons cérébraux non néoplasiques ; GSE4290, comprenant des échantillons de GBM et des échantillons cérébraux non tumoraux provenant d'épilepsie ; et GSE116520, contenant des spécimens appariés du centre tumoral et de la zone périvertumeuse ainsi que des témoins non néoplasiques17,18,19. Des données Smart-seq2 issues de patients provenant de GSE131928 ont été utilisées pour l'analyse de perturbation virtuelle des cellules malignes20. Les caractéristiques des jeux de données et leurs rôles analytiques respectifs sont résumés dans Tableau 1. Toutes les analyses ont été réalisées à l'aide de jeux de données préalablement collectés et anonymisés, pour lesquels une approbation éthique et un consentement éclairé avaient été obtenus dans les études initiales.
Sélection des instruments génétiques et harmonisation des données
Les instruments candidats ont été restreints aux locus de caractères quantitatifs d'expression en cis (cis-eQTLs) associés à l'expression génique à un seuil de signification au niveau du génome entierP < 5 × 10⁻8). Les variants ont été regroupés à l'aide du panel de référence européen du projet 1000 génomes avec un seuil de déséquilibre de liaison (LD) de r2 < 0,001 dans une fenêtre de 10 000 kb. Les gènes conservant moins de trois instruments indépendants après regroupement en fonction de la liaison déséquilibrée (clumping) ont été exclus de l'analyse principale de randomisation mendélienne (MR). Étant donné l'objectif de criblage exploratoire, un minimum de trois instruments avait été préspecifié afin de conserver les gènes bénéficiant d'un soutien faible mais solide par des eQTL cis, tout en permettant une estimation par la méthode IVW utilisant plusieurs instruments. Ce seuil était associé à un regroupement rigoureux selon la liaison déséquilibrée (LD clumping) et un filtrage strict basé sur la statistique F ; les estimations reposant uniquement sur trois ou quatre instruments ont été interprétées avec prudence, et des analyses de sensibilité n'ont été réalisées que lorsque les méthodes s'y prêtaient. La puissance des instruments a été évaluée pour chaque variant à l'aide de la statistique F (F = β2/SE2), où β et SE représentent respectivement l'estimation de l'effet cis-eQTL et son erreur standard. Les variants avec un F < 10 ont été exclus pour minimiser le biais dû à un instrument faible21,22Les jeux de données relatifs à l'exposition et au résultat ont été harmonisés en alignant les allèles d'effet et les directions d'effet. Les variants en double, les variants non disponibles dans le jeu de données GWAS du GBM et les variants présentant un codage allélique incompatible ont été exclus. Étant donné que les fréquences des allèles d'effet n'étaient pas disponibles pour le GWAS du GBM, les variants palindromiques à orientation de brin ambiguë ont été supprimés plutôt que déduits. Pour la même raison, un test formel de directionnalité de Steiger n'a pas été réalisé.
Analyses de randomisation mendélienne
L'association entre l'expression génique prédite génétiquement et la susceptibilité au GBM a été évaluée à l'aide d'une randomisation mendélienne à deux échantillons (MR). À l'étape de découverte, seuls les gènes possédant au moins trois instruments indépendants de locus quantitatif de caractères d'expression en cis (cis-eQTL) ont été inclus, et la méthode pondérée par l'inverse de la variance (IVW) a été utilisée comme approche analytique principale. Les estimations d'effet ont été exprimées sous forme de rapports de cotes (OR) avec des intervalles de confiance à 95 % (IC) par augmentation d'une unité de l'expression génique prédite génétiquement. Afin de tenir compte des tests multiples effectués sur l'ensemble des gènes évalués, les valeurs P obtenues par IVW ont été ajustées selon la procédure de Benjamini–Hochberg23. Les gènes présentant une valeur P < 0,05 et un taux de faux positifs (BH-FDR) de Benjamini–Hochberg < 0,20 ont été conservés comme candidats exploratoires. Ce seuil relativement permissif de FDR a été choisi afin de réduire l'exclusion prématurée de gènes potentiellement pertinents durant l'étape de découverte ; par conséquent, le statut de candidat a été interprété conjointement avec les analyses ultérieures, plutôt que comme une preuve confirmatoire. Une randomisation mendélienne pondérée par approche bayésienne (BWMR) a ensuite été appliquée aux candidats identifiés à l'étape de découverte, en utilisant les mêmes instruments harmonisés24. La concordance entre les résultats IVW et BWMR a été évaluée selon la significativité statistique et le sens de l'effet. Lorsque le nombre d'instruments disponibles le permettait, un test Q de Cochran, un test d'interception MR-Egger, une analyse MR-PRESSO et des analyses de type « laisser-un-de-hors » (leave-one-out) ont été réalisés afin d'évaluer l'hétérogénéité, la pléiotropie horizontale, la présence de variants aberrants influents, ainsi que l'effet de chaque polymorphisme nucléotidique unique (SNP) individuel22.
La réplication à l'étape MR a été réalisée à l'aide des données cis-eQTL de sang total de GTEx V10. La méthode du ratio de Wald a été appliquée lorsqu'un seul instrument était disponible, tandis que la méthode IVW a été utilisée pour les gènes possédant deux instruments ou plus. La réplication a été définie par un P < 0,05, un BH-FDR < 0,20 et une direction d'effet cohérente avec l'estimation correspondante à l'étape de découverte. Étant donné que plusieurs estimations de réplication GTEx reposaient sur un ou deux seuls instruments, elles ont été interprétées comme une preuve supplémentaire en faveur de la réplication plutôt que comme une preuve indépendante de causalité.
Évaluation transcriptomique transversale de cohortes
Les quatre gènes prioritaires identifiés par les analyses de randomisation mendélienne (MR) aux stades de découverte et de réplication ont été évalués dans trois cohortes transcriptomiques indépendantes. Pour GSE196533, les données brutes de comptage issues du séquençage ARN ont été analysées à l’aide de DESeq225. Les gènes dont les valeurs de comptage étaient inférieures à 10 dans tous les échantillons sauf deux ont été exclus, tandis que les quatre gènes cibles ont été conservés indépendamment du filtrage d’expression. L’expression différentielle a été évaluée entre 61 échantillons de gliome de grade 4 annotés comme GBM dans les métadonnées déposées et neuf échantillons de tissu cérébral non néoplasique.
Pour GSE4290, quatre échantillons dépourvus de diagnostic histopathologique explicite ont été exclus, laissant 77 échantillons de GBM et 23 échantillons de tissu cérébral non tumoral. Les intensités des puces à ADN traitées ont été transformées en log2, normalisées par quantiles et analysées à l'aide de modèles linéaires robustes de Bayes empirique mis en œuvre dans limma26. Lorsque plusieurs sondes étaient associées au même gène, la sonde présentant la plus forte expression moyenne parmi tous les échantillons inclus a été sélectionnée indépendamment de la significativité de l'expression différentielle.
GSE116520 comprenait des échantillons appariés de tumeur centrale et de tissu périvasculaire provenant de 17 patients, ainsi que huit témoins non néoplasiques. Les données d'expression normalisées par transformation logarithmique et normalisation quantile, déposées, ont été analysées à l'aide de limma. Les corrélations intra-patient entre les échantillons de tumeur centrale et périvasculaires ont été prises en compte à l'aide d'un blocage au niveau du patient et de la fonction duplicateCorrelation. La comparaison préspecifiée entre tumeur centrale et témoin a été utilisée pour la méta-analyse transversale de cohorte, tandis que les comparaisons périvasculaires et la tendance ordonnée témoin–périvascular–tumeur centrale ont été évaluées séparément.
Les changements différentiels log2 spécifiques à chaque étude et les erreurs standards ont été regroupés à l’aide d’un modèle à effets aléatoires par maximum de vraisemblance restreinte avec inférence de Hartung–Knapp, tel qu’implémenté dans metafor. L’hétérogénéité entre les études a été évaluée à l’aide de la statistique Q de Cochran et de l’indice I2. Les valeurs P regroupées pour les quatre gènes cibles ont été ajustées selon la procédure de Benjamini–Hochberg. Un soutien transcritomique fort a été défini par un taux de fausses découvertes (FDR) en méta-analyse < 0,05, une significativité du FDR au niveau des cohortes dans au moins deux jeux de données, et des directions d’effet concordantes dans les trois cohortes.
Analyse virtuelle de coupure unique à la cellule
Des données Smart-seq2 dérivées de patients provenant de GSE131928 ont été utilisées pour évaluer les quatre gènes confirmés par MR dans les cellules malignes. Les cellules malignes adultes ont été identifiées selon les annotations fournies dans l'étude initiale, et un nombre égal de cellules a été échantillonné aléatoirement pour chaque patient éligible afin de minimiser le déséquilibre dans la représentation des patients. Un faux knockout virtuel a été réalisé à l'aide de scTenifoldKnk et répété sur cinq itérations indépendantes. Les gènes présentant une valeur P ajustée selon Benjamini–Hochberg < 0,05 dans une itération individuelle ont été considérés comme significatifs. Les gènes en aval reproduits dans au moins trois des cinq itérations ont été définis comme l'ensemble de consensus principal, tandis qu'un critère plus strict de quatre sur cinq a été appliqué pour l'analyse de sensibilité. Ces résultats ont été interprétés comme des prédictions informatiques de perturbation transcriptionnelle, et non comme une preuve de régulation moléculaire directe.
Enrichissement fonctionnel et analyse de réseau partagé
Une analyse d'enrichissement fonctionnel a été réalisée à l'aide des gènes en aval spécifiques aux cibles identifiés de manière reproductible dans au moins trois des cinq simulations de coupure virtuel. L'enrichissement des voies de l'ontologie génique (GO), de l'Encyclopédie de Kyoto des gènes et des génomes (KEGG) et de Reactome a été évalué à l'aide de tests hypergéométriques unilatéraux, les 1 004 gènes inclus dans l'inférence du réseau servant de jeu génique de référence. Les valeurs P ont été ajustées séparément pour chaque base de données d'annotation selon la procédure de Benjamini–Hochberg, et une valeur P ajustée < 0,05 a été considérée comme statistiquement significative.
Un réseau bipartite a été construit pour représenter les relations entre les quatre cibles d'invalidation génique et leurs gènes en aval consensuels. Les gènes associés à plusieurs cibles ont été identifiés en fonction de leur degré partagé, et le recoupement entre les ensembles de gènes spécifiques à chaque cible a été quantifié à l'aide de décomptes d'intersections et d'indices de Jaccard. Les arêtes du réseau représentent des associations entre des perturbations computationnelles reproductibles et ne doivent pas être interprétées comme une preuve d'interactions moléculaires directes.
Analyse statistique et reproductibilité
Sauf indication contraire, les tests statistiques étaient bilatéraux, et les comparaisons multiples ont été corrigées à l’aide de la procédure de Benjamini–Hochberg. Les critères de significativité spécifiques à chaque analyse sont décrits dans les sous-sections correspondantes. Toutes les analyses ont été réalisées à l’aide de R ou de Python. Les procédures aléatoires ont utilisé des graines prédéfinies, et le code d’analyse, les versions des logiciels ainsi que les paramètres détaillés ont été archivés afin d’assurer la reproductibilité. Tous les jeux de données avaient été collectés et désidentifiés préalablement ; une approbation éthique et un consentement éclairé avaient été obtenus dans les études initiales.