ביטוי mRNA שונה של גנים הקשורים ל-m6A בסרטן השד
ניתוח נתוני TCGA ו-GTEx (1,034 גידולים, 104 NAT, 92 רקמות בריאות) חשף שרוב הגנים הקשורים ל-m6A מבוטאים באופן שונה (איור 1). ביחס לרקמות שד בריאות, 10 גנים הועברו לוויסות משמעותי: KIAA1429, RBM15, RBM15B, HNRNPC, YTHDF1, YTHDF2, YTHDF3, IGF2BP1, IGF2BP3, ו-ALKBH5 (כולם P < 0.0001, למעט RBM15 P < 0.001). שמונה גנים הוסטלו בוויסות: WTAP, METTL3, METTL14, HNRNPA2B1, YTHDC1, YTHDC2, IGF2BP2 ו-FTO (P < 0.05 עד P < 0.0001). METTL16 ו-eIF3A לא הראו הבדל משמעותי. בהשוואה בין גידולים ל-NATs, HNRNPA2B1 היה מווסת, בעוד ש-YTHDF3, eIF3A ו-ALKBH5 היו מופחתת; RBM15, RBM15B ו-YTHDF2 לא הראו הבדל (איור 1). השימוש ב-NATs כביקורת הועלה בספק, מה שעשוי להסביר את הפערים עם השוואות רקמות בריאות18,19. מעניין לציין כי נצפה מגמה של שפע חלבוני YTHDF3 גבוה יותר בכל תת-סוגי סרטן השד במאגר הנתונים של CPTAC בהשוואה לרקמות תקינות (P < 0.0001). בנוסף, ביטוי mRNA גבוה משמעותית של YTHDF3 נצפה רק בתתי-סוגים לומינליים של סרטן השד בהשוואה לרקמות תקינות (P = 0.004, < 0.01) (איור משלים S1). בסך הכל, דיסרגולציה משמעותית של גנים הקשורים ל-m6A ניכרת בסרטן השד.
מתילציה של פרומוטר והגברת גנים הקשורים ל-m6A בסרטן השד
מתילציה של DNA ממלאת תפקיד חשוב בוויסות אפיגנטי של שעתוק גנים, וההיפרמתילציה של הפרומוטר מעכבת ביטוי mRNA20. ניתוח MethHC הראה הבדלים משמעותיים במתילציה של פרומטרים רק עבור IGF2BP1, IGF2BP2 ו-IGF2BP3 בגידולים לעומת בקבוצת הביקורת (P < 0.005). הירידה ברגולציה של IGF2BP2 mRNA עשויה להיות חלקית להיפרמתילציה שלו. ניתוח cBioPortal הראה כי WTAP ו-ALKBH5 הראו ירידה ב-mRNA, בעוד ש-KIAA1429 (VIRMA), YTHDF1, YTHDF3 ו-IGF2BP1 הראו הגברה גנטית הקשורה להגברת הגנים (איור משלים S2, איור משלים S3, ואיור משלים S4). ממצאים אלו מצביעים על כך שרמות ה-mRNA של גנים הקשורים ל-m6A אינן מונעות בעיקר על ידי מתילציה של פרומטר או הגברת גנים.
ניתוח הישרדות של גנים הקשורים ל-m6A בסרטן השד
ניתוח הישרדות של 947 מטופלים חשף כי ביטוי נמוך של RBM15B וביטוי גבוה של METTL16, HNRNPC, YTHDF1, YTHDF3 ו-IGF2BP1 היו קשורים באופן מובהק לירידה בהישרדות הכוללת (איור 2 ואיור 3). רגרסיה רב-משתנית של Cox, שהתאימה לגיל, שלב וגזע, אישרה כי העלאת הרגולציה של YTHDF3 הייתה מנבא עצמאי להישרדות כללית נמוכה (HR: 1.024, רווח בר-סמך 95%: 1.003–1.046, P = 0.024) (טבלה 1). לצורך אימות חיצוני, ניתוח באמצעות כלי KMplotter המקוון הראה כי ביטוי גבוה של YTHDF3 מנבא פרוגנוזה לקויה של מחלה (איור משלים S5). גנים אחרים לא היו מובהקים באופן עצמאי (טבלה משלימה S1).
רשת מולקולרית פוטנציאלית וחדירה חיסונית לגן הקשור ל-m6A YTHDF3
ניתוח מחרוזות של YTHDF3 (עם אינטראקטורים מוגבלים ל-50) זיהה רשת עם 224 קשתות והעשרה משמעותית (P < 1e-16). YTHDF3 קשור קשר הדוק ל-METTL3, ALKBH5, WTAP, METTL14 ואחרים (איור 4A). ניתוח העשרת מטאסקייפ זיהה 13 אשכולות פונקציונליים משמעותיים (P < 0.01, מספר מינימלי של 3, גורם העשרה > 1.5; איור 4B). האשכול המדורג ראשון היה ויסות מטבולי של mRNA (GO1903311, 22 גנים). אשכולות נוספים הרלוונטיים לסרטן כללו תיקון DNA dealkylation (GO0006307), עיבוד pri-miRNA (GO0031053), וייצוב טלומראז (GO1904356), בין היתר. הרשימה המלאה של שמות אשכולות, גנים קשורים וסטטיסטיקות העשרה מסופקת בטבלה משלימה S2. יתרה מזאת, התוצאות חשפו מתאמים חיוביים משמעותיים בין ביטוי YTHDF3 לתאי החיסון (כל P < 0.01) (איור משלים S6). לכן, עלייה ב-YTHDF3 עשויה להיות קשורה למטבוליזם של mRNA, תיקון DNA, תחזוקת טלומרים וחדירת מערכת חיסונית.
הגברת ביטוי mRNA של YTHDF3 בסרטן השד
רקמות סרטן השד ורקמות שד תקינות סמוכות נאספו מ-20 מטופלות שעברו ניתוח במחלקה לכירורגיית השד, בית החולים המסונף של אוניברסיטת סאות'ווסט לרפואה, בין יולי 2023 לאוקטובר 2023. ניתוח qRT-PCR של דגימות משולבות אלו הראה ביטוי mRNA YTHDF3 גבוה משמעותית ברקמות הגידול מאשר ברקמות תקינות סמוכות (P = 0.001) (איור משלים S7 וטבלה משלימה S3).
זמינות נתונים
כל מערכי הנתונים שנותחו במחקר זה זמינים לציבור במאגרי גישה פתוחה הבאים. ביטוי גנים ונתונים קליניים: נתוני ביטוי RNA-seq של סרטן השד והמידע הקליני המתאים התקבלו מאטלס הגנום של הסרטן (TCGA-BRCA) באמצעות אטלס החלבון האנושי (https://www.proteinatlas.org/). נתוני ביטוי רקמת שד תקינים נוספים נאספו מפרויקט Genotype-Tissue Expression (GTEx) (dbGaP accession phs000424.v8.p2) דרך Breast Cancer Gene-Expression Miner v4.7 (http://bcgenex.ico.unicancer.fr/). אימות הישרדות בוצע באמצעות מתקן קפלן-מאייר (https://kmplot.com). נתוני ביטוי חלבון ו-mRNA התקבלו באמצעות UALCAN (http://ualcan.path.uab.edu/). שינויים גנטיים: נתוני מוטציה סומטית ושינוי מספר עותקים עבור מאגר הנתונים הפולשני של סרטן השד (TCGA, זמנית, 1108 דגימות) נאספו דרך cBioPortal (https://www.cbioportal.org/). מתילציה של פרומפטור DNA: נתוני מתילציה התקבלו מ-MethHC (http://methhc.mbc.nctu.edu.tw/), המכילה 839 דגימות סרטן שד וחלקית זוגות בקרה תקינים סמוכים. אינטראקציה בין חלבון לחלבון והעשרת מסלול: ניתוח רשת פונקציונלית בוצע באמצעות STRING v12.0 (https://string-db.org/, ציון ביטחון 0.4) ו-Metascape (http://metascape.org/). ניתוח חדירה חיסונית בוצע באמצעות TIMER (https://cistrome.shinyapps.io/timer/). כל מידע נוסף שמאחורי הנתונים זמינים מהמחבר המתאים לפי בקשה סבירה.

איור 1. ביטוי mRNA שונה של גנים הקשורים ל-N6-מתילאדנוזין (m6A) בסרטן השד. אדום מסמל עליית רגולציה; כחול מציין ירידה ברגולציה, שחור מציין שאין הבדל בביטוי, ולבן מציין שאין נתוני ביטוי גנים. קידוד צבעים משקף מובהקות סטטיסטית. מבחן Dunnett-Tukey-Kramer שימש להשוואות זוגיות. הערה: "תקין" כולל את ההשוואה בין גידולים ל-NATs ב-TCGA, וכן את ההשוואה בין גידולים לרקמות בריאות ב-GTEx. קיצורים: NATs = רקמות סמוכות תקינות; TCGA = אטלס הגנום של הסרטן; GTEx = ביטוי גנוטיפ-רקמה. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

איור 2. קשר בין ביטוי mRNA חריג של ה"כותבים" של m6A RBM15B ו-METTL16 לבין הישרדות כוללת בקרב חולות סרטן השד. (א) ביטוי נמוך של RBM15B היה קשור להישרדות כוללת קצרה יותר (מבחן דירוג לוגריתם, P = 0.008, <0.01); (B) ביטוי גבוה של METTL16 היה קשור לתחזית לקויה (מבחן דירוג-לוגרימית, P = 0.013, <0.05). המטופלים חולקו לקבוצות בעלות ביטוי גבוה ונמוך באמצעות ערך החיתוך האופטימלי. n = 947 (קבוצת TCGA-BRCA). העקומות הכחולות והירוקות מייצגות את קבוצות הביטוי הנמוך והגבוה, בהתאמה. יחידת הביטוי של mRNA הייתה Fragments Per Kilobase של תמלול למיליון קריאות ממופות. קיצור: TCGA-BRCA = אטלס הגנום של סרטן קרצינומה פולשנית לשד; m6A = N6-מתילאדנוזין. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

איור 3. קורלציה בין ביטוי mRNA חריג של "קוראי m6A" HNRNPC, YTHDF1, YTHDF3 ו-IGF2BP1 לבין ההישרדות הכוללת בקרב חולות סרטן השד. (א) ביטוי גבוה של mRNA ב-HNRNPC היה קשור לירידה בהישרדות הכוללת (מבחן דירוג לוגריתם, P = 0.01, <0.05). (B-D) ביטוי גבוה של YTHDF1, YTHDF3 ו-IGF2BP1 היה קשור באופן מובהק לתחזית גרועה יותר (מבחן דירוג לוגריתם, P = 0.002, P = 0.014, ו-P < 0.001, בהתאמה). המטופלים חולקו לקבוצות בעלות ביטוי גבוה ונמוך באמצעות ערך החיתוך האופטימלי. n = 947 (קבוצת TCGA-BRCA). העקומות הכחולות והירוקות מייצגות את קבוצות הביטוי הנמוך והגבוה, בהתאמה. יחידת ביטוי ה-mRNA של הגנים הייתה Fragments Per Kilobase של תמלול למיליון קריאות ממופות. קיצורים: TCGA-BRCA = אטלס הגנום הסרטני קרצינומה פולשנית לשד; m6A = N6-מתילאדנוזין. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

איור 4. רשת הרגולציה המולקולרית הפוטנציאלית של YTHDF3. (A) רשת אינטראקציה של חלבונים שנבנתה על ידי שאילתה במסד הנתונים STRING עם YTHDF3 כפיתיון (ציון ביטחון ≥ 0.4, אינטראקטורים מקסימליים = 50). רוחבי הקצוות מסמנים את חוזק הראיות התומכות. (ב) ניתוח מטאסקייפ זיהה 13 אשכולות פונקציונליים משמעותיים (P < 0.01, מספר מינימלי = 3, מקדם העשרה > 1.5). מקורות אונטולוגיה כללו את אנציקלופדיית קיוטו למסלולי גנים וגנומים ואת תהליכי האונטולוגיה הביולוגיים של הגנים. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.
| פרמטרים | משאבי אנוש | 95% CI | ערך p |
| YTHDF3 | 1.024 | 1.003-1.046 | 0.024 |
| גיל | 1.036 | 1.023-1.050 | <0.001 |
| המרוץ | 1.275 | 0.892-1.821 | 0.182 |
| במה | 2.263 | 1.796-2.851 | <0.001 |
טבלה 1: תוצאות ניתוח רגרסיית הישרדות רב-משתנית של גן YTHDF3 הקשור ל-m6A. קיצורים: HR = יחס סיכון; 95% CI = רווח ביטחון.
איור משלים S1. רמות החלבון וה-mRNA של YTHDF3 בתתי-סוגים שונים של סרטן השד ורקמות תקינות מתוך מאגרי הנתונים CPTAC ו-TCGA. ביטוי החלבון של YTHDF3 ב-(א) גידולים ראשוניים ורקמות תקינות ו-(ב) תת-סוגים של קרצינומה פולשנית בשד. ערכי Z מציינים את מספר סטיות התקן מהערך החציוני בין דגימות עבור סוג הסרטן המתאים. ערכי יחס הספירה הספקטרלי של CPTAC log2 ננורמו תחילה בתוך כל פרופיל דגימה ולאחר מכן בין הדגימות. (ג) ביטוי ה-mRNA (RNA-seq, קטעים לכל קילובסיס של תמלול למיליון קריאות ממופות) של YTHDF3 בתת-סוגים שונים של קרצינומה פולשנית לשד. קיצורים: CPTAC = הקונסורציום לניתוח גידולים פרוטאומיים קליניים; TCGA = אטלס הגנום של הסרטן. אנא לחצו כאן להורדת הקובץ הזה.
איור משלים S2. מצב המתילציה של הפרומוטרים של גנים הקשורים ל-m6A שנשלף ממאגר MethHC. (א) מתילציה מעודדת של "כותבים" מסוג m6A בסרטן השד ובביקורת תקינה. (ב) מתילציה מעודדת של "מחקי m6A" בסרטן השד ובביקורת תקינה. (C) מתילציה מעודדת של "קוראים" m6A בסרטן השד ובביקורת תקינה. אדום, סרטן השד; ירוק, בקרות רגילות. *P < 0.05, **P < 0.005. קיצור: m6A = N6-מתילאדנוזין. אנא לחצו כאן להורדת הקובץ הזה.
איור משלים S3. שינויים במוטציות גנטיות ומספר עותקים נותחו על ידי cBioPortal עבור "כותבים" ו"מחקים" של m6A (TCGA, Provisional, n = 1,108). (א) שינויים ב"כותבים" של m6A. (B) שינויים ב"מחקי m6A". גרפים של בר מציינים את תדירות כל סוג שינוי: מוטציות של missense, הגברות, מחיקות עמוקות ושינויים מרובים. רק גנים עם תדירות שינוי ≥ 1% מוצגים. תדירות השינוי הכוללת לכל גן מוצגת מימין. קיצורים: TCGA = אטלס הגנום של הסרטן; m6A = N6-מתילאדנוזין. אנא לחצו כאן להורדת הקובץ הזה.
איור משלים S4. שינויים במוטציה גנטית ומספר עותקים נותחו על ידי cBioPortal עבור "קוראים" m6A (TCGA, Provisional, n = 1,108). גרפים של בר מציינים את תדירות כל סוג שינוי: מוטציות של missense, הגברות, מחיקות עמוקות ושינויים מרובים. רק גנים עם תדירות שינוי ≥ 1% מוצגים. תדירות השינוי הכוללת לכל גן מוצגת מימין. קיצורים: TCGA = אטלס הגנום של הסרטן; m6A = N6-מתילאדנוזין. אנא לחצו כאן להורדת הקובץ הזה.
איור משלים S5. קורלציה של YTHDF3 עם הישרדות חולות סרטן השד ב-KMplotter. (א) ביטוי גבוה של mRNA ב-YTHDF3 היה קשור לירידה בהישרדות הכוללת (P = 0.011, <0.05). (B-D) הביטוי הגבוה של YTHDF3 היה קשור באופן משמעותי להישרדות נמוכה יותר ללא חזרה, הישרדות מרחוק ללא גרורות, והישרדות לאחר התקדמות (P = 1.9e-09, P = 0.06, ו-P = 0.029, בהתאמה). כל ערכי ה-P חושבו על ידי מבחן ה-log-rank. מספר המטופלים בסיכון מוצג מתחת לכל גרף. החיתוך האופטימלי נקבע על ידי תכונת החיתוך הטובה ביותר של הכלי לבחירה אוטומטית. קיצור: KMplotter = מתכנן קפלן-מאייר. אנא לחצו כאן להורדת הקובץ הזה.
איור משלים S6. קורלציה בין ביטוי YTHDF3 לחדירה חיסונית בסרטן השד. ביטוי YTHDF3 היה בקורלציה חיובית לרמות החדירה של תאי B, תאי T של CD4+ , תאי T של CD8+ , מקרופאגים, נויטרופילים ו-DCs במאגר הנתונים של TIMER. טוהר הגידול שימש כקוואריאט בניתוח הקורלציה החלקית של ספירמן. קיצורים: DCs = תאים דנדריטיים; TIMER = משאב הערכת מערכת החיסון של הגידול. אנא לחצו כאן להורדת הקובץ הזה.
איור משלים S7. אימות תגובת שרשרת פולימראז עם שעתוק הפוך כמותי של ביטוי mRNA YTHDF3 ב-20 רקמות סרטן שד זוגיות ורקמות תקינות סמוכות. רמות ה-mRNA ב-YTHDF3 נורמל ל-β-אקטין. הנתונים מוצגים כערכי 2⁻ΔΔCt. ההשוואה הסטטיסטית בוצעה באמצעות מבחן t זוגי של סטודנט על ערכי ΔCt (P = 0.001). קיצורים: NC = רקמות שד תקינות סמוכות; BrCa = רקמות סרטן השד. אנא לחצו כאן להורדת הקובץ הזה.
טבלה משלימה S1. תוצאות מסוכמות של ניתוח הישרדות רב-משתני בגנים הקשורים ל-m6A. קיצורים : HR = יחס סיכון; 95% CI = רווח ביטחון. אנא לחצו כאן להורדת הקובץ הזה.
טבלה משלימה S2. תוצאות האנוטציה וההעשרה של 13 גנים הקשורים ל-YTHDF3 בהתבסס על Metascape.אנא לחצו כאן להורדת הקובץ הזה.
טבלה משלימה S3. מידע קליני מ-20 דגימות סרטן שד זוגיות.אנא לחצו כאן להורדת הקובץ הזה.