Lo studio ha ottenuto un'esenzione dalla revisione etica da parte del Comitato di Etica Medica del First People's Hospital di Zhaoqing (numero di riferimento B2026-08-03). Lo studio ha utilizzato dati genetici e trascritomici di livello riassuntivo, raccolti retrospettivamente e anonimizzati, inclusi dati con accesso controllato approvati dal Data Access Committee provenienti da EGAD00010001657 e dataset ottenuti da GEO, eQTLGen e GTEx, in conformità con le rispettive condizioni di accesso e utilizzo. Non sono stati reclutati nuovi partecipanti, non sono stati raccolti biospecimens e non sono stati consultati dati identificabili a livello individuale. L'approvazione etica e il consenso informato per gli studi originali sono stati ottenuti dai rispettivi generatori dei dati, e i dati con accesso controllato sono stati utilizzati in conformità con l'applicabile Data Access Agreement.
Progettazione dello studio
Questo studio ha impiegato un framework multistadio per individuare i geni associati alla ferroptosi legati alla suscettibilità del glioblastoma (GBM) e per valutarne gli effetti trascrizionali rilevanti per la malattia (Figura 1). In primo luogo, i geni associati alla ferroptosi, curati da FerrDb V2, sono stati valutati mediante randomizzazione mendeliana a due campioni (MR) utilizzando dati di locus quantitativi per l'espressione in cis (cis-eQTL) e uno studio di associazione genomica su larga scala per il GBM (GWAS). La randomizzazione mendeliana pesata per la varianza inversa (IVW MR) è stata utilizzata come metodo primario di screening, la randomizzazione mendeliana bayesiana pesata (BWMR) ha fornito una valutazione complementare della robustezza, e un dataset indipendente di eQTL è stato impiegato per la replica tramite analisi MR. In secondo luogo, i geni supportati dalle analisi genetiche sono stati valutati in tre coorti trascrittomique indipendenti di tumore–controllo, seguiti da un'analisi meta-complessiva tra le coorti. In terzo luogo, dati trascrittomique a singola cellula derivati da pazienti sono stati utilizzati per effettuare una perturbazione genica virtuale nelle cellule maligne e identificare risposte trascrizionali downstream riproducibili. Queste risposte sono state successivamente caratterizzate mediante analisi di arricchimento funzionale e analisi di reti condivise. Nel complesso, le analisi genetiche sono state progettate per identificare geni associati alla suscettibilità al GBM, mentre le analisi trascrittomique e a singola cellula hanno valutato la concordanza biologica e generato ipotesi per successive validazioni sperimentali.
Fonti dei dati
I geni associati alla ferroptosi sono stati ottenuti da FerrDb V2, ottenendo 483 geni unici codificanti proteine umane dopo l'armonizzazione dei simboli genici e la rimozione delle voci duplicate14. Per la scoperta nel randomizzazione mendeliana (MR), sono state utilizzate le statistiche riassuntive dei locus quantitativi di tratto per l'espressione cis (cis-eQTL) su sangue intero del Consorzio eQTLGen come dataset di esposizione, mentre i dati cis-eQTL su sangue intero della release V10 di GTEx sono stati impiegati come dataset di esposizione indipendente per la replica del MR11,15. Le associazioni con l'esito del GBM sono state ottenute da statistiche riassuntive di studi di associazione sull'intero genoma (GWAS) ad accesso controllato disponibili tramite l'European Genome-phenome Archive, comprendenti 6.183 casi e 18.169 controlli di origine europea16. L'espressione tissutale dei geni geneticamente prioritizzati è stata valutata attraverso tre coorti indipendenti del Gene Expression Omnibus (GEO): GSE196533, comprendente 61 campioni di glioma di grado 4 annotati come GBM nei metadati depositati e nove campioni cerebrali non neoplastici; GSE4290, comprendente campioni di GBM e campioni cerebrali non tumorali derivati da epilessia; e GSE116520, contenente campioni appaiati del nucleo tumorale e peritumorali insieme a controlli non neoplastici17,18,19. Dati Smart-seq2 derivati da pazienti da GSE131928 sono stati utilizzati per l'analisi di perturbazione virtuale delle cellule maligne20. Le caratteristiche dei dataset e i rispettivi ruoli analitici sono riassunti nella Tabella 1. Tutte le analisi sono state eseguite utilizzando dataset precedentemente raccolti e anonimizzati, per i quali erano state ottenute approvazione etica e consenso informato negli studi originali.
Selezione dello strumento genetico e armonizzazione dei dati
Gli strumenti candidati sono stati limitati ai loci di tratto quantitativo dell'espressione in cis (cis-eQTLs) associati all'espressione genica a livello di significatività genomica (P < 5 × 10⁻8). Le varianti sono state raggruppate utilizzando il pannello di riferimento europeo del Progetto 1000 Genomi con una soglia di disequilibrio di associazione (LD) di r2 < 0,001 all'interno di una finestra di 10.000 kb. I geni che presentavano meno di tre strumenti indipendenti dopo il raggruppamento sono stati esclusi dall'analisi primaria di randomizzazione mendeliana (MR). Considerando l'obiettivo di screening esplorativo, è stato predeterminato un minimo di tre strumenti per mantenere i geni con supporto cis-eQTL scarso ma forte, consentendo al contempo una stima IVW con più strumenti. Questa soglia è stata accompagnata da un rigoroso raggruppamento in base all'LD e da un filtro basato sulla statistica F; le stime basate su soli tre o quattro strumenti sono state interpretate con cautela, e le analisi di sensibilità sono state effettuate solo quando metodologicamente applicabili. La forza degli strumenti è stata valutata per ciascuna variante mediante la statistica F (F = β2/SE2), dove β e SE rappresentano rispettivamente la stima dell'effetto cis-eQTL e il suo errore standard. Sono state escluse le varianti con F < 10 per ridurre al minimo il bias dovuto a strumenti deboli21,22. I set di dati relativi all'esposizione e all'esito sono stati armonizzati allineando gli alleli effetto e le direzioni dell'effetto. Sono state escluse le varianti duplicate, quelle non disponibili nel set di dati GWAS per il GBM e quelle con codifica allelica incompatibile. Poiché le frequenze degli alleli effetto non erano disponibili per il GWAS del GBM, le varianti palindromiche con orientamento del filamento ambiguo sono state rimosse anziché dedotte. Per lo stesso motivo, non è stato effettuato un test formale di direzionalità di Steiger.
Analisi di randomizzazione mendeliana
L'associazione tra espressione genica predetta geneticamente e suscettibilità al GBM è stata valutata mediante randomizzazione mendeliana a due campioni (MR). Nella fase di scoperta, sono stati inclusi soltanto i geni con almeno tre strumenti indipendenti di locus quantitativo per l'espressione cis (cis-eQTL), e il metodo pesato per la varianza inversa (IVW) è stato utilizzato come approccio analitico principale. Le stime dell'effetto sono state riportate come odds ratio (OR) con intervalli di confidenza al 95% (IC) per ogni incremento unitario dell'espressione genica predetta geneticamente. Per tenere conto dei test multipli effettuati sui geni valutati, i valori P IVW sono stati corretti mediante la procedura di Benjamini–Hochberg23. Sono stati considerati candidati esplorativi i geni con P < 0,05 e una falsa scoperta attesa secondo Benjamini–Hochberg (BH-FDR) < 0,20. È stata scelta questa soglia FDR relativamente permissiva per ridurre l'esclusione prematura di geni potenzialmente rilevanti nella fase di scoperta; pertanto, lo stato di candidato è stato interpretato in combinazione con analisi successive, piuttosto che come prova confermativa. Successivamente, la randomizzazione mendeliana pesata bayesiana (BWMR) è stata applicata ai candidati identificati nella fase di scoperta, utilizzando gli stessi strumenti armonizzati24. La concordanza tra i risultati IVW e BWMR è stata valutata in base sia alla significatività statistica sia alla direzione dell'effetto. Laddove il numero di strumenti disponibili lo permetteva, sono stati eseguiti il test Q di Cochran, il test dell'intercetta MR-Egger, MR-PRESSO e analisi leave-one-out per valutare eterogeneità, pleiotropia orizzontale, varianti influenti anomale e l'influenza di singoli polimorfismi a singolo nucleotide (SNP)22.
È stata eseguita la replicazione nella fase MR utilizzando i dati cis-eQTL da sangue intero di GTEx V10. Il metodo del rapporto di Wald è stato applicato quando era disponibile un singolo strumento, mentre il metodo IVW è stato utilizzato per i geni con due o più strumenti. La replicazione è stata definita in base a P < 0,05, BH-FDR < 0,20 e una direzione dell'effetto coerente con la stima corrispondente della fase di scoperta. Poiché diverse stime di replicazione di GTEx si basavano su uno o due soli strumenti, sono state interpretate come evidenza di supporto alla replicazione piuttosto che come evidenza indipendente di causalità.
Valutazione trascrittomica trasversale tra coorti
I quattro geni selezionati tramite le analisi di randomizzazione mendeliana (MR) nelle fasi di scoperta e di replica sono stati valutati in tre coorti trascrittomici indipendenti. Per GSE196533, i dati grezzi di conteggio del sequenziamento dell'RNA sono stati analizzati utilizzando DESeq225. Sono stati esclusi i geni con conteggi inferiori a 10 in tutti i campioni tranne due, mentre i quattro geni bersaglio sono stati mantenuti indipendentemente dal filtro di espressione. L'espressione differenziale è stata valutata tra 61 campioni di glioma di grado 4 annotati come GBM nei metadati depositati e nove campioni di tessuto cerebrale non neoplastico.
Per GSE4290, sono stati esclusi quattro campioni privi di una diagnosi istopatologica esplicita, lasciando 77 campioni di GBM e 23 campioni di tessuto cerebrale non tumorale. Le intensità delle microarray processate sono state trasformate in log2, normalizzate per quantili e analizzate utilizzando modelli lineari robusti di Bayes empirico implementati in limma26. Quando più sonde corrispondevano allo stesso gene, è stata selezionata la sonda con l'espressione media più alta in tutti i campioni inclusi, indipendentemente dal significato dell'espressione differenziale.
GSE116520 comprendeva campioni accoppiati di area tumorale centrale e peritumorale provenienti da 17 pazienti, insieme a otto controlli non neoplastici. I dati di espressione depositati, trasformati in log e normalizzati per quantili, sono stati analizzati utilizzando limma. Le correlazioni intra-paziente tra i campioni dell'area tumorale centrale e quelli peritumorali sono state prese in considerazione mediante blocco a livello del paziente e la funzione duplicateCorrelation. Il confronto tra area tumorale centrale e controllo è stato il confronto predeterminato per la meta-analisi trasversale ai cohorti, mentre i confronti peritumorali e l'andamento ordinato controllo–peritumorale–area tumorale centrale sono stati valutati separatamente.
I cambiamenti specifici dello studio nel log2 e gli errori standard sono stati raggruppati utilizzando un modello ad effetti casuali con massima verosimiglianza vincolata e inferenza di Hartung–Knapp, come implementato in metafor. L'eterogeneità tra studi è stata valutata mediante la statistica Q di Cochran e la I2. I valori P aggregati per i quattro geni bersaglio sono stati corretti utilizzando la procedura di Benjamini–Hochberg. Un forte supporto trascrittomico è stato definito da un tasso di scoperte false (FDR) dell'analisi meta in cui FDR < 0,05, significatività dell'FDR a livello di coorte in almeno due set di dati e direzioni dell'effetto concordanti in tutte e tre le coorti.
Analisi virtuale di knockout a singola cellula
I dati Smart-seq2 derivati da pazienti provenienti da GSE131928 sono stati utilizzati per valutare i quattro geni replicati tramite MR in cellule maligne. Le cellule maligne adulte sono state identificate in base alle annotazioni fornite nello studio originale, e un numero uguale di cellule è stato campionato casualmente da ciascun paziente idoneo per ridurre al minimo il disequilibrio nella rappresentanza dei pazienti. L'interruzione virtuale è stata eseguita utilizzando scTenifoldKnk e ripetuta in cinque esecuzioni indipendenti. I geni con un valore di P aggiustato secondo Benjamini–Hochberg < 0,05 in una singola esecuzione sono stati considerati significativi. I geni downstream riprodotti in almeno tre delle cinque esecuzioni sono stati definiti come insieme primario di consenso, mentre per l'analisi di sensibilità è stato adottato un criterio più rigoroso di quattro su cinque. Questi risultati sono stati interpretati come previsioni computazionali di perturbazione trascrizionale piuttosto che come evidenza di regolazione molecolare diretta.
Analisi dell'arricchimento funzionale e analisi della rete condivisa
L'analisi di arricchimento funzionale è stata eseguita utilizzando geni downstream specifici del bersaglio identificati in modo riproducibile in almeno tre dei cinque esperimenti virtuali di knockout. L'arricchimento dei percorsi di Gene Ontology (GO), Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) e Reactome è stato valutato mediante test ipergeometrici unilaterali, utilizzando come insieme genico di riferimento i 1.004 geni inclusi nell'inferenza della rete. I valori di P sono stati corretti separatamente per ciascun database di annotazione mediante la procedura di Benjamini–Hochberg, e un valore di P corretto < 0,05 è stato considerato statisticamente significativo.
È stato costruito un network bipartito per rappresentare le relazioni tra le quattro proteine bersaglio eliminate e i loro geni downstream in comune. I geni associati a più bersagli sono stati identificati in base al loro grado condiviso, e l'overlapping tra i set di geni specifici per ciascun bersaglio è stato quantificato mediante il conteggio delle intersezioni e gli indici di Jaccard. I collegamenti nel network rappresentano associazioni tra perturbazioni computazionali riproducibili e non devono essere interpretati come evidenza di interazioni molecolari dirette.
Analisi statistica e riproducibilità
Salvo diversa indicazione, i test statistici erano a due code e le comparazioni multiple sono state corrette mediante la procedura di Benjamini–Hochberg. I criteri di significatività specifici per ciascun'analisi sono descritti nelle relative sottosezioni. Tutte le analisi sono state eseguite utilizzando R o Python. Le procedure di randomizzazione hanno utilizzato semi predeterminati e il codice analitico, le versioni del software e le impostazioni dettagliate dei parametri sono stati archiviati per garantire la riproducibilità. Tutti i set di dati erano stati raccolti in precedenza e resi anonimi; l'approvazione etica e il consenso informato erano stati ottenuti negli studi originali.