Caractéristiques immunitaires des gènes cibles de médicaments liés à l'anesthésie périopératoire dans des analyses transcriptomiques spatiales et unicellulaires
SCTransform a été utilisé pour corriger la profondeur de séquençage et mettre en œuvre les procédures, permettant finalement d'identifier 11 types cellulaires différents. Afin d'évaluer l'importance des gènes cibles des médicaments liés à l'anesthésie périopératoire (PARDTGs) dans chaque sous-population cellulaire, nous avons utilisé le package R AUCell pour déterminer les activités liées aux PARDTGs dans chaque sous-population cellulaire (Figure 1A,B). Ensuite, nous avons calculé la corrélation entre l'abondance cellulaire et les activités associées aux PARDTGs dans tous les loci à l'aide du coefficient de corrélation de rang de Spearman. Notamment, les activités liées aux PARDTGs étaient négativement corrélées avec les cellules tumorales (Figure 1C). Nous avons obtenu des données de séquençage de l'ARN monocellulaire provenant de 5 patients atteints de cancer de l'ovaire (OV), comprenant au total 41 367 cellules. Sur la base de l'expression des gènes marqueurs, les cellules ont été classées en 11 grands groupes (Figure 1D). Les réseaux d'interaction et les intensités pour le type cellulaire sont présentés dans la Figure 1E. Nous avons évalué l'activité des PARDTGs dans toutes les cellules individuelles en attribuant un score d'expression de 120 PARDTGs à l'aide de ssGSEA dans Seurat (Figure 1F). De manière frappante, les cellules tumorales présentaient une activité nettement plus faible que tous les autres types cellulaires (Figure 1G).
Identification et caractérisation moléculaire de gènes codant des cibles médicamenteuses liées à l'anesthésie périopératoire dans le cancer de l'ovaire
À partir de la base de données TCGA, nous avons identifié 68 gènes différentiellement exprimés liés à l'anesthésie périopératoire (PARDTG), présentés dans la Figure 2A (voir également le Tableau Supplémentaire S3). La Figure 2B décrit l'expression de ces 68 gènes différentiellement exprimés associés à l'anesthésie périopératoire dans la cohorte TCGA-OV. Ensuite, nous avons construit un réseau d'interactions protéine-protéine (PPI) afin d'élucider les relations complexes entre les protéines associées aux gènes différentiellement exprimés. Nous avons identifié cinq gènes centraux potentiels — SLC6A4, CHRNA4, DRD2, SLC6A3 et GRIN2A — qui pourraient jouer un rôle important dans la pathogenèse du cancer de l'ovaire (Figure 2C). De plus, nous avons étudié le profil des altérations moléculaires des 120 PARDTG dans le cancer de l'ovaire, les mutations non-sens étant le type de variante le plus fréquent (Figure 2D). Les gènes les plus fréquemment mutés étaient SCN10A, DNMT1, GRIN2A, LTF et SCN11A. Nous avons examiné la prévalence des mutations par variation du nombre de copies (CNV), et les résultats ont révélé que les 20 premiers PARDTG mutés présentaient des altérations significatives de CNV (Figure 2E). Les analyses d'enrichissement en GO et KEGG ont indiqué que les PARDTG sont associés à la signalisation des ligands neuroactifs, aux voies de signalisation calcique, à la signalisation hormonale, à la dépendance à l'amphétamine, à la dépendance à la cocaïne et aux interactions ligand-récepteur neuroactifs (Figure 2F,G).
Construction et validation d'un modèle pronostique basé sur des gènes cibles liés aux médicaments d'anesthésie périopératoire
Afin de minimiser la complexité du modèle, StepAIC a été utilisé pour réduire le jeu de gènes, et 17 PARDTG ont finalement été retenus pour construire le modèle pronostique (Tableau supplémentaire S4). Le test global des résidus de Schoenfeld n'a révélé aucune déviation significative par rapport à l'hypothèse de proportionalité des risques (p = 0,265), ce qui confirme la fiabilité du modèle pronostique basé sur les 17 gènes. Le score de risque a été calculé à l'aide de l'équation suivante : score de risque = ADRA1D*(0,4452) + ADRB1*(-0,5347) + CHRNA4*(0,3495) + DBH*(-0,5765) + EPHA4*(0,2827) + EPHA7*(-0,5707) + EPHA8*(0,8765) + GABRB2*(0,5979) + GRIN2A*(-0,1750) + GRIN2D*(0,2746) + KCNA1*(2,2753) + KRT81*(0,1101) + OPRD1*(-3,2372) + SLC6A2*(1,4901) + SLC18A1*(4,2170) + SLC18A2*(-1,4600) + CHRNA1*(-0,1723). Les patients ont ensuite été répartis en catégories à faible et à haut risque selon leurs scores de risque, le groupe à faible risque présentant une survie globale (OS) significativement améliorée par rapport au groupe à haut risque dans les cohortes TCGA-OV (Figure 3A, p < 0,0001), GSE26193 (Figure 3B, p = 0,00021), GSE30161 (Figure 3C, p = 0,0017) et GSE63885 (Figure 3D, p = 0,0041). De plus, les Figures 3E à H illustrent les distributions de l'état de survie et des scores de risque dans les cohortes TCGA-OV, GSE26193, GSE30161 et GSE63885, fournissant une preuve indépendante de la stabilité et de la fiabilité prédictive du modèle pronostique dans le cancer de l'ovaire (OV).
Mise en place et évaluation d'un modèle de survie fondé sur un nomogramme
Les analyses de régression de Cox univariée et multivariée ont démontré que le score de risque constituait un prédicteur indépendant du pronostic chez les patientes atteintes d'un cancer de l'ovaire (Figure 4A,B). La répartition de l'expression des gènes du modèle, des scores de risque correspondants et des caractéristiques clinicopathologiques dans la cohorte TCGA-OV est illustrée dans la Figure 4C. Afin d'améliorer l'applicabilité clinique, un nomogramme pronostique intégrant le score de risque ainsi que l'âge, le stade tumoral et le grade a été établi pour estimer la survie globale (OS) (Figure 4D). Comparé à la signature génique seule, le nomogramme intégré a présenté une performance prédictive supérieure. L'analyse de survie a par ailleurs montré une OS significativement plus longue dans le groupe à faible risque que dans le groupe à haut risque (Figure 4E ; P < 0,0001). Le modèle combiné a donné des valeurs d'AUC dépendantes du temps de 0,769, 0,690 et 0,728 pour la prédiction de l'OS (Figure 4F). L'analyse de la courbe décisionnelle a soutenu l'utilité clinique potentielle du nomogramme en démontrant un bénéfice net plus élevé sur une gamme de probabilités seuils (Figure 4G). De plus, les courbes de calibration ont indiqué un bon accord entre les probabilités de survie prédites et observées, suggérant une excellente calibration du modèle (Figure 4H). Dans leur ensemble, ces résultats indiquent que le nomogramme proposé possède une forte capacité prédictive pour évaluer le pronostic des patientes atteintes d'un cancer de l'ovaire (OV).
Association du modèle pronostique basé sur PARDTG avec l'infiltration immunitaire et le microenvironnement immunitaire tumoral
Afin de caractériser l'infiltration immunitaire, l'abondance des cellules immunitaires a été quantifiée dans l'ensemble des échantillons. Dix-sept gènes ont été identifiés comme étant significativement associés aux cellules immunitaires infiltrant la tumeur, parmi lesquels ADRA1D, KCNA1 et SLC18A2 présentaient des corrélations positives avec les macrophages M2 (Figure 5A). Nous avons ensuite étudié les profils de localisation cellulaire de ces gènes. Une analyse en nuage de points a révélé que KRT81 était principalement exprimé dans les cellules CD8Tex et Tprolif, tandis que l'expression de EPHA4 était surtout enrichie dans les cellules endothéliales et les fibroblastes, suggérant leur implication potentielle dans des compartiments cellulaires distincts au sein du microenvironnement tumoral (Figure 5B). De plus, nous avons évalué les scores TIDE des patients et observé que le sous-groupe à haut risque présentait des scores TIDE plus élevés ainsi qu'une corrélation positive (Figure 5C). Par ailleurs, les scores d'enrichissement de la tumeur en cellules souches étaient significativement plus élevés dans le groupe à haut risque que dans le groupe à bas risque (Figure 5D). L'analyse des mutations somatiques a révélé une fréquence globale élevée de mutations dans les deux groupes de risque (Figure 5E,F). Parmi celles-ci, les fréquences de mutation de CSMD3 et MUC16 étaient plus élevées dans les échantillons à haut risque.
L'analyse GSEA a révélé que les voies liées au système immunitaire, notamment le traitement et la présentation de l'antigène et le rejet d'allogreffe, étaient significativement enrichies dans le groupe à faible risque, tandis que les voies associées à l'invasion tumorale et à la motilité, telles que la régulation du cytosquelette d'actine, les protéoglycanes dans le cancer et les protéines motrices, étaient principalement enrichies dans le groupe à haut risque (Figure 5G,H). Ces résultats suggèrent que les patients du groupe à haut risque pourraient présenter une réponse limitée à l'immunothérapie.
Identification et analyse en réseau de gènes de pronostic PARDTG dans le cancer de l'ovaire
Afin d'élucider le mécanisme, nous avons identifié 490 miARN et 17 réseaux régulateurs potentiels de biomarqueurs (Figure 6A). Parmi eux, hsa-miR-27a-3p, hsa-miR-34a-5p, hsa-miR-106b-5p et hsa-miR-20b-5p présentent un potentiel pour réguler la majorité des gènes. En définitive, nos résultats de recherche ont permis d'identifier 37 facteurs de transcription régulant les gènes candidats au diagnostic (Figure 6B). De plus, FOXC1 s'est également révélé posséder plusieurs fonctions régulatrices.
Analyse pancancéreuse de l'expression de KRT81
Les données de RNA-seq provenant du TCGA ont été obtenues afin d'évaluer KRT81 expression. Les résultats ont suggéré qu'elle était fortement exprimée dans la plupart des cancers, mais faiblement exprimée dans le GBM, le LGG, le SKCM, le TGCT et le THCA (Figure 7A). Pour vérifier le résultat selon lequel KRT81 est fortement exprimé dans le cancer de l'ovaire, comme déterminé par une analyse de bioinformatique, nous avons réalisé une expérience de western blot. Les résultats ont indiqué que KRT81 l'expression était significativement augmentée dans les tissus tumoraux par rapport aux tissus normaux et était largement conforme aux données transcriptomiques du TCGA (Figure 7B, Supplémentaire Figure S1, et Tableau supplémentaire S5). Pour illustrer les relations entre KRT81 et le cancer, nous avons examiné l'expression génique et les infiltrats de cellules immunitaires (Figure 7C). L'analyse a révélé que KRT81 l'expression était positivement corrélée à l'infiltration des cellules T, des Treg et des macrophages M2 dans la plupart des cancers. De plus, l'expression de KRT81 était positivement associée aux scores stromal et immunitaire dans la plupart des cancers (Figure 7D). De plus, nous avons analysé la corrélation entre KRT81 expression et score d'aneuploïdie, et le graphique en radar a montré que KRT81 était corrélé au score d'aneuploïdie dans UCEC, SARC, LUAD, LIHC et KIRP (Figure 7E). Nous avons ensuite analysé la corrélation entre KRT81 et l'index de ploïdie tumorale, et le graphique en radar a montré que KRT81 était corrélé avec la ploïdie tumorale dans les THCA, TGCT, SARC, MESO, LIHC et CESC (Figure 7F). Ensuite, le graphique en radar a montré que KRT81 était corrélé aux néoantigènes SNV dans les cancers UCEC, THYM, LUAD, LIHC, GBM et BRCA (Figure 7G). En outre, l'analyse en ligne via cBioPortal a révélé que la fréquence la plus élevée de KRT81 la mutation du gène était présente dans l'UCEC, dont les types les plus fréquents étaient « mutation » et « amplification » (Figure 7H, I). Par analyse de régression univariée de Cox proportionnelle aux risques, nous avons identifié que KRT81 était un prédicteur de la survie globale (OS) dans le KIRC, le LUAD et le STAD (Figure 7J).
Disponibilité des données :
Les jeux de données accessibles publiquement analysés dans cette étude sont disponibles auprès de TCGA, UCSC Xena et GEO. Les images originales des immunotransferts et les données quantitatives correspondantes générées au cours de cette étude sont fournies dans les Matériaux Supplémentaires (Figure Supplémentaire S1 et Tableau Supplémentaire S5).

Figure 1. Caractéristiques associées à PARDTG dans les analyses spatiales et scRNA-seq. (A,B) Cartographie spatiale de l'intensité d'expression de PARDTG (C), corrélation de Spearman de l'activité associée à PARDTG. (D) Analyse des types cellulaires. (E) Analyse du nombre et de l'intensité des interactions entre les types cellulaires. (F) Valeur d'enrichissement de PARDTG dans les cellules. (G) Distribution de PARDTG. Abréviations : PARDTG = gènes cibles des médicaments liés à l'anesthésie périopératoire ; scRNA-seq = séquençage de l'ARN monocellulaire. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

Figure 2. Paysage des altérations génétiques des gènes liés à l'anesthésie périopératoire chez les patientes atteintes de cancer ovarien (OV). (A) Représentation en graphique volcan des gènes différentiellement exprimés (DEG) dans le cancer ovarien (bleu : DEG sous-exprimés ; rouge : DEG surexprimés ; gris : gènes stables), FDR < 0,05 et |log2FC| > 1. (B) Carte thermique illustrant les caractéristiques différentiellement exprimées entre les groupes OV et normaux. Le bleu correspond au groupe normal, le rouge au groupe OV, le carré bleu indique une faible expression et le carré jaune une forte expression. (C) Réseau d'interactions protéine-protéine (PPI) des DEG liés à l'anesthésie périopératoire, obtenus à partir du site web String. (D) Les 20 premiers gènes liés à l'anesthésie périopératoire (PARDTGs) dans la cohorte TCGA. (E) Fréquences de gain, de perte et de non-CVN parmi les 20 premiers PARDTGs. (F) Graphique en points (dotplot) des termes GO enrichis. (G) Diagramme en barres des voies métaboliques KEGG enrichies. OV = cancer ovarien ; GO = ontologie génétique (Gene Ontology) ; KEGG = Encyclopédie de Kyoto des gènes et des génomes (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) ; PPI = interaction protéine-protéine (protein–protein interaction). Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

Figure 3. Construction et validation d'une signature pronostique basée sur PARDTG pour le cancer de l'ovaire. (A-D). Survie globale (OS) chez les patients à faible et à haut risque dans (A) TCGA-OV, (B) GSE26193, (C) GSE30161, (D) GSE63885. (E-H) Répartition du score de risque associé à PARDTG selon le statut de survie et le temps dans (E) TCGA-OV, (F) GSE26193, (G) GSE30161, (H) GSE63885. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

Figure 4. Construction et validation d'un nomogramme pronostique basé sur la signature de risque dérivée de PARDTG. (A,B) Les caractéristiques clinicopathologiques et les scores de risque dans la cohorte TCGA-OV. (C) La répartition des caractéristiques cliniques et l'expression des gènes du modèle selon le score de risque. (D) Un nomogramme pour prédire le pronostic chez les patientes atteintes de cancer de l'ovaire (OV). (E) Analyses de Kaplan-Meier pour deux groupes de patientes OV. (F) Analyse de la courbe ROC dans TCGA-OV. (G) L'analyse de courbe de décision (DCA) montre les bénéfices nets du nomogramme et d'autres caractéristiques cliniques. (H) Les graphiques de calibration montrent la survie globale (OS) dans TCGA-OV. Abréviations : ROC = caractéristique de fonctionnement du récepteur ; DCA = analyse de courbe de décision. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

Figure 5. Analyse du microenvironnement tumoral chez les patients à faible et à fort risque. (A) Corrélation entre les cellules immunitaires infiltrant la tumeur et les gènes du modèle pronostique associé au PA. (B) Diagramme en bulles montrant l'expression moyenne et la proportion des biomarqueurs pronostiques selon les différents sous-types cellulaires. (C) Graphique en violon des scores TIDE. (D) Graphique en violon des scores d'enrichissement en tumeur souche. (E,F) Diagramme en cascade décrivant les caractéristiques des mutations somatiques dans les catégories de score (E) à faible risque et (F) à haut risque. (G,H) Résultats de l'analyse d'enrichissement de jeux de gènes (GSEA) des voies KEGG dans le sous-groupe à (G) faible risque et le sous-groupe à (H) haut risque. Abréviations : TIDE = Dysfonction et exclusion immunitaire tumorale ; GSEA = Analyse d'enrichissement de jeux de gènes. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

Figure 6. Analyse du réseau d'interaction des marqueurs pronostiques. (A) Réseau de co-régulation des marqueurs pronostiques par ARNmi. (B) Réseau de co-régulation des marqueurs pronostiques par facteurs de transcription. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.

Figure 7. Niveau d'expression, caractéristiques immunitaires et altérations génétiques de KRT81 dans les tumeurs humaines. (A) Expression de KRT81 dans les tumeurs TCGA et les tissus adjacents. (B) Analyse par immunoblot de l'expression protéique de KRT81 dans des tissus normaux adjacents appariés et des tissus tumoraux provenant de six patientes atteintes d'un cancer de l'ovaire (n = 6). Les intensités relatives des bandes ont été normalisées par rapport à GAPDH, et les données ont été analysées à l'aide d'un test t apparié. Les données sont présentées sous forme de moyenne ± écart-type. (C) La corrélation entre KRT81 et le ratio des cellules immunitaires est représentée par une carte thermique. (D) Corrélation entre KRT81 et les scores immunitaire, stromal et ESTIMATE, affichée sous forme de carte thermique. (E-G) Corrélation entre l'expression de KRT81 et (E) le score d'aneuploïdie, (F) la ploïdie tumorale, (G) les néo-antigènes SNV dans les bases de données TCGA. (H) Mutations de KRT81 observées dans différents types de cancer issus de la base de données cBioPortal. (I) Répartition des sites de mutation de KRT81 dans l'ensemble des cancers. (J) Analyse de régression de Cox pan-cancer de KRT81 à travers les cancers TCGA. *p < 0,05 ; ***p < 0,001 ; ****p < 0,0001. Abréviations : SNV = Variante nucléotidique unique ; N = normal ; T = tumeur. Veuillez cliquer ici pour visualiser une version agrandie de cette figure.
Tableau supplémentaire S1 : Gènes codant pour les cibles médicamenteuses liées à l'anesthésie périopératoire. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Tableau supplémentaire S2 : Description du flux d'échantillons.Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Tableau supplémentaire S3 : Gènes codant des cibles médicamenteuses liées à l'anesthésie périopératoire différemment exprimés. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Tableau supplémentaire S4 : Gènes codant des cibles médicamenteuses anesthésiques périopératoires pronostiques.Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Tableau supplémentaire S5 : Données brutes des immunotransferts.Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Figure supplémentaire S1 : Données brutes du western blot.Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.