$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Badanie to wykorzystało publicznie dostępne, zidentyfikowane dane kliniczne i transkryptomiczne z The Cancer Genome Atlas oraz Gene Expression Omnibus. Wszystkie badania uczestniczące miały wcześniejszą zgodę instytucjonalnej komisji przeglądowej oraz świadomą zgodę. Ponieważ przeprowadzono jedynie wtórną analizę danych zanonimizowanych, nie wymagano dodatkowej zgody etycznej. Bazy danych i używane oprogramowanie są wymienione w Tabeli Materiałów.
1. Pobieranie danych
Badania wykorzystały zestaw danych EC (TCGA-Umicus Corpus Endometrial Carcinoma (TCGA-UCEC))10, który składa się z 589 próbek, w tym 554 próbek tkanek nowotworowych od pacjentów z UCEC (grupa UCEC) oraz danych sekwencjonowania z 35 sąsiadujących tkanek prawidłowych (grupa normalna). Baza danych UCSC Xena została wykorzystana do odzyskania odpowiadających danychklinicznych 11, z wyłączeniem tych nieposiadających pełnych informacji klinicznych. Ostatecznie do analizy dostępnych było 577 próbek z danymi klinicznymi. Szczegółowe informacje bazowe przedstawiono w Tabeli 1.
Dodatkowe zbiory danych związane z EC, GSE115810 iGSE63678 12 zostały pobrane za pomocą pakietu GEOquery13. Zestaw danych GSE115810 i GSE63678 zostały połączone, tworząc Połączone Zbiory Danych do dalszej analizy (Tabela 2).
Geny związane z metabolizmem NAD+ (NMGR) znajdują się po zapisie GeneCards14 i odpowiedniej literaturze15. Używając hasła wyszukiwania "Niacinamide metabolism" w GeneCards, zidentyfikowano 345 NMRG o wskaźnikach relewancji powyżej 4. Połączenie i usunięcie duplikatów z 42 NMRG znalezionych w literaturze dało łącznie 371 NMRG (Tabela Uzupełniająca 1). Dane kliniczne zostały pozyskane jako pliki fenotypowe tsv; dane były pobierane w formacie HTSeq-FPKM. Próby wykluczone miały brakujące ponad 20% danych klinicznych. FPKM został przekształcony logarytmicznie2 i przekształcony na TPM (transkrypcje na milion). ID sond były mapowane na symbole genów dla zbiorów danych GEO, a duplikaty sond były uśredniane.
2. Geny różnicowo ekspresyjne do metabolizmu nikotynamidu
Badania rozpoczęły się od zastosowania zbioru Rsva16 w celu wyeliminowania posiadań zbioru po zbiorach GSE115810 i GSE63678, co skutkowało wspólnym zbiorem zawierającym 31 EC (UCEC) oraz 8 sąsiadujących próbek normalnych. Następnie wykorzystanie zestawu limma17 do przeprowadzenia badania ekspresji genów rozbieżności na zbiorze danych TCGA-UCEC.
Przecięcie DEG z analizy TCGA-UCEC z 337 NMRG pozwala precyzyjnie zidentyfikować DEG powiązane z metabolizmem nikotynamidu. To dało listę genów różnicowo ekspresyjnych (NMRDEG) związanych z metabolizmem niacinamidu, które zostały przedstawione na ilustracji Venna. Wyniki badania wyglądu rozbieżności zilustrowano pakietem R18 dla ggplot2, natomiast mapa ciepła NMDEG została wygenerowana przy użyciu zestawu map pheatmap19. Wariancja między zbiorami danych jest eliminowana poprzez korekcję wsadową z użyciem ComBat (empirycznego Bayesa). W analizie DEG zastosowano empiryczny model liniowy Bayesa Limma. Wyraźnie zastosowane progi różniczkowych wyrażeń:
|log2FC| ≥ 1
FDR poniżej 0,05.
Lista NMRG przecinała się tylko z DEG spełniającymi oba wymagania. Wykresy wulkanów i mapy ciepła wykonane za pomocą ggplot2 i pheatmap.
3. Badanie poprawy funkcji NMREDEG (GO), szlaku (KEGG)
Badania ulepszające GO20 i KEGG21zostały ukończone przez zestaw22 clusterProfiler. W obu analizach progi istotności zostały rozpoznane na poziomie p. adjust< 0,05 oraz FDR (q wartości) < 0,25. Badania integrowały również wartości logFC do analizy wzbogacenia, reprezentując wyniki w diagramach kołowych i cięciwowych. Progi istotności wzbogacenia: wartość p skorygowana < 0,05 FDR < 0,25 (wartość q). Cluster Profiler był używany do badań GO i KEGG. Kierunkowość genów jest prezentowana za pomocą wykresów cięciw i okręgów, które uwzględniają dane o logarytmicznej dwukrotnej zmianie.
4. Analiza wzbogacania zbiorów genów (GSEA)
Typ dziedzicznych zestawów czynników, które najbardziej przyczyniły się do fenotypu, można zidentyfikować za pomocą GSEA23. W tej analizie zbiór danych TCGA-UCEC został sklasyfikowany na podstawie wartości logFC, a następnie przeprowadzono badanie ulepszeń z wykorzystaniem pakietu clusterProfiler . Kluczowe ograniczenia obejmowały wartość zalążkową 2022 oraz 10 000 permutacji. Zestaw genów MSigDB "c2.all.v2022.1.Hs.symbols.gmt" został użyty24. Najbardziej wzbogacone szlaki, w tym geny wywołane przez niedotlenienie Manalo, starzenie się wywołane stresem oksydacyjnym, glikolizę i apoptozę, zostały zwizualizowane za pomocą wykresu górskiego. Przed GSEA geny były uporządkowanewedług log 2-krotnej zmiany. W analizie użyto 10 000 permutacji.c2.all.v2022.1.Hs.symbols.gmt to kolekcja MSigDB, która była używana. Dla powtarzalności zastosowano stały losowy seed (2022). Istotne szlaki to te z p < 0,05 oraz q < 0,25.
5. Konstrukcja modelu Coxa i powiązane badania rokowania
Aby określić wartość predykcyjną genów różnicowo ekspresyjnych (NMRDEGs) powiązanych z metabolizmem nikotynamidu w raku endometrium (UCEC), badacze zastosowali jednowymiarową analizę regresji Coxa do pierwszej klasy czynników dziedzicznych kandydatów; te o proporcji ryzyka (HR) > 1 i wartości p < 0,1 zostały uznane za odpowiednie dla wielowymiarowego systemu ryzyka względnego Coxa.
Kryteria wyboru jednowariantowego Coxa: p < 0,10 oraz HR > 1. W wielowymiarowym modelu Coxa zastosowano logiczne wartości ekspresji znormalizowanej przez 2-TPM. Do określenia wyniku ryzyka stosowano liniową kombinację współczynników Coxa × ekspresji genów. W kalibracji nomogramu zastosowano prawdopodobieństwa OS. W zależności od czasu ROC zastosowano wartości AUC 1, 3- i 5 lat. Do wyznaczania wartości progowych przetrwania zastosowano podejście surv_cutpoint statystyki maksymalnej. Zarówno analizy KM, jak i ROC używały tych samych progów.
Na podstawie wielozmiennego modelu Coxa zbudowano nomograf w celu oceny jego dokładności lub zdolności predykcyjnej oraz obliczenia szans na całkowite istnienie przez 1, 3 i 5 lat. Łuki standaryzacyjne są stosowane do oceny stabilności między prognozowanymi perspektywami a rzeczywistymi skutkami, a analiza krzywej decyzyjnej (DCA) została wykorzystana do oceny medycznej skuteczności struktury25.
poziomy ekspresji mRNA zostały określone jako znormalizowane wartości log₂-transformowanych rekordów na milion (TPM) za pomocą pakietu DESeq2. TPM uwzględniały złożoność sekwencjonowania i pomiar genów, dostarczając solidnych i obiektywnych szacunków poziomów ekspresji między próbkami.
Korzystając z współczynników wielowymiarowego modelu Coxa, ocena ryzyka prognostycznego każdego pacjenta została wyznaczona w następujący sposób:
ryzykoWynik = Σi Współczynnik (geni) *ekspresja mRNA (geni) (1)
Opracowano łuki istnienia Kaplana-Meiera (KM), aby ocenić ogólną wytrzymałość skupisk wysokich i niskich zagrożeń utworzonych na określonych ocenach zagrożenia. Zależne od czasu łuki charakterystyki pracy odbiorcy (ROC) zostały opracowane podczas oceny rutyny systemów w okresach 1, 3 i 5lat.
Aby kategoryzować ekspresję genów według kolekcji o wysokiej i niskiej ekspresji w celu stratyfikacji przetrwania, stosuje się wykorzystanie roli punktowej surv_cut po opakowaniu R z przeżywaczem. Funkcja ta określa największą wartość progową poprzez maksymalizację standaryzowanej statystyki logarytmu, co daje bezstronny, statystycznie optymalny punkt odcięcia.
Wartości prognostyczne uzyskane dla każdego prognostycznego genu są oznaczane na krzywych ROC jako linie przerywane. Badania zastosowały te same progi we wszystkich analizach przeżycia i ROC.
TCGA RNA-seq został pobrany w formacie HTSeq-FPKM; dane kliniczne były importowane jako pliki fenotypów TSV; FPKM został przekształcony w TPM i przekształcony w log₂; Zbiory danych GEO były mapowane z identyfikatorów sond na symbole genów za pomocą adnotacji platformy; duplikaty sondy były uśredniane dla jednej wartości genu; Próbki, w których brakowało informacji klinicznych w ponad 20%, zostały wykluczone; ComBat (empiryczna Bayes) była używana do korekcji wsadowej dla zbiorów danych GSE; Do weryfikacji poprawki wsadowej użyto PCA i wykresów pudełkowych. Normalizacja TPM z wykorzystaniem standardowych technik transformacji ekspresji; korekcję wsadową przy użyciu ComBat z początkiem zbioru danych jako zmienną wsadową; ekspresja różnicowa obliczana za pomocą modelowania liniowego Limma (macierz projektowania guza vs. normalnego); rankingowe listy genów generowane na podstawie zmian g-t(#phrasefix) fold dla danych GSEA; oraz jednowymiarowe i wielowymiarowe regresje Coxa wykonywane przy użyciu narzędzi analizy przeżywalności
6. Analiza zmienności zbioru genów (GSVA)
Do pomiaru wzrostu sposobów między klastrami zastosowano GSVA28 . W zbiorze danych TCGA-UCEC wzbogacono 50 charakterystycznych ścieżek, z czego 41 wykazało istotne zmiany w zespołach binarnych. GSVA została użyta z zestawami genów charakterystycznych do uzyskania aktywności szlaków na próbkę; Dane interakcji białek STRING zostały zaimportowane do Cytoscape; algorytm MCC został użyty do identyfikacji genów hubów; oceny ryzyka obliczano jako sumę wartości ekspresji genów pomnożoną przez współczynniki Coxa; Krzywe ROC zależne od czasu zostały wygenerowane za pomocą rutyn ROC w czasie przeżycia. Dla każdej próby GSVA obliczała wyniki wzbogacania na poziomie szlaku. Test sumy rangi Wilcoxona służy do oceny różnic w aktywności szlaków charakterystycznych. Spośród pięćdziesięciu szlaków sygnaturowych, czterdzieści jeden różniło się znacząco (skorygowane p < 0,05).
7. System interakcji białko-białko (PPI)
System PPI zawierający ważne geny (AURKA, CDKN3, FOXM1, CDKN2A, TK1 i CDK1) został stworzony na podstawie pliku STRING29 i progu wartości komunikacyjnej 0,70, co wskazuje na wysoką pewność. Sieć ta została stworzona przy użyciu Cytoscape30, podkreślając interakcje, które mogą odgrywać kluczową rolę w patogenezie UCEC. Metoda Maximal Clique Centrality (MCC)31 była przydatna do szeregowania dziedzicznego czynnika generowanego na ich wynikach interakcji w sieci. Rozpoznano sekwencję białek z górnych 10 z najwyższymi wynikami interfejsu, w tym CDK2, CDK4, CCNA2, CCNB1, CCNE1, CDK1, TP53 i FOXM1. Geny te zostały dalej przeanalizowane pod kątem ich udziału w kluczowych procesach biologicznych. Platforma GeneMANIA32 została również wykorzystana do przewidywania dodatkowych interakcji białek oraz dostarczania szerszego kontekstu ról kluczowych genów w progresji UCEC. Próg dla wyniku pewności STRING: >0,70 (wysokie zaufanie). Cytoscape wyświetla sieć. Do szeregowania genów hubów stosuje się technikę Maximal Clique Centrality (MCC). Ranking MCC służył do identyfikacji najwyżej współdziałających genów (CDK2, CCNA2, TP53 itd.). Dodatkowe przewidywania interakcji są dokonywane za pomocą GeneMANIA.
8. Mapa drogowa technologii
Ogólny przepływ pracy i metody stosowane w tym badaniu są podsumowane w mapie drogowej technologii przedstawionej na Rysunku 1. Ta mapa drogowa przedstawia etapy od pozyskiwania zbiorów danych i analizy różnicowej ekspresji do budowy modeli prognostycznych i analiz wzbogacania.
9. Analiza statystyczna
Przetwarzanie danych i estymacja statystyczna były wykonywane za pomocą programu R (wersja 4.3.0). Test Mann-Whitney U lub t-test Independent Student był używany do porównań dwóch grup; test Kruskala-Wallisa był stosowany dla trzech lub więcej zespołów. Dane opisowe oceniano za pomocą chi-kwadratu lub testu dokładnego Fishera. Ponadto przeprowadzono korelację Spearmana oraz analizę przeżycia Kaplana-Meiera; P < 0,05 uznano za istotne.
Stosowanie testów statystycznych według rozkładu danych: Dane normalne z użyciem testu t ucznia. Mann-Whitney U testuje dane, które nie są normalne. Kruskal-Wallis testuje dla więcej niż trzech grup. Dokładność Fishera i chi-kwadrat dla danych kategorycznych. Istotność statystyczna definiuje się jako p < 0,05.
Wiarygodność danych jest utrzymywana przez punkty kontrolne przed obróbką, gdzie wykresy pudełkowe powinny wykazywać spójną zmienność ekspresji między próbkami, a wykresy PCA powinny wykazywać brak klastrów specyficznych dla partii po dostosowaniu ComBat. Do walidacji DEG konieczne są mapy termiczne pokazujące grupowanie normalne z guzem oraz wykresy wulkaniczne wyraźnie ilustrujące regulację wzrostu/spadku genów. W modelu Coxa z projekcją wykresy kalibracyjne powinny odpowiadać przewidywanym i rzeczywistemu przeżyciu, wartości AUC ROC powinny przekraczać 0,65, a łuki KM muszą wykazywać znaczną różnicę w przeżyciu. Analiza GSVA powinna wykazać różne działania na trasach między grupami ryzyka, zgodnie z ustalonymi mechanizmami, takimi jak rozszerzanie się czy trasy cyklu komórkowego. Aby zweryfikować odporność sieci, wysoko sprzężone węzły w sieci PPI muszą pojawiać się centralnie, a geny hubów określone przez MCC powinny odpowiadać fizjologicznie istotnym regulatorom.