Analiza ekspresji w publicznych zbiorach danych i sparowanych tkankach klinicznych
Wzorzec ekspresji miR-192 ponownie oceniono przy użyciu danych miRNA-seq z TCGA-COAD i TCGA-READ pochodzących z GDC (Rysunek 1). W tych plikach wpis na poziomie bazy danych został opisany jako hsa-mir-192, a nie bezpośrednio jako dojrzały gatunek hsa-miR-192-5p; w związku z tym wynik z tej publicznej bazy danych zinterpretowano jako sygnał TCGA dla miR-192. W połączonej kohorcie COADREAD przeanalizowano 616 guzów pierwotnych i 11 prawidłowych próbek tkanek stałych. Próbki guza wykazały wyższą ekspresję miR-192 niż próbki prawidłowe (mediana 16,05 vs 13,46 log2[RPM + 1], test Mann-Whitney p = 9,96 x 10-8). Taki sam trend wzrostowy w guzach zaobserwowano osobno dla COAD (455 guzów i 8 próbek prawidłowych, p = 9,89 x 10-8) oraz osobno dla READ (161 guzów i 3 próbki prawidłowe, p = 1,94 x 10-5). Analiza par w TCGA również wykazała wyższą ekspresję w guzach w 11 dopasowanych przypadkach (mediana różnicy guz-norma = 3,13 log2[RPM + 1], test Wilcoxona p = 0,0029). Wyniki te pozostawały rozbieżne z lokalnym wynikiem qRT-PCR dla par próbek, który wskazywał na obniżoną ekspresję dojrzałego miR-192-5p w tkankach CRC (Rysunek 2).
Wydajność diagnostyczna i powiązania kliniczno-patologiczne
Analizę ROC w oparciu o dane TCGA powtórzono, stosując opisane powyżej kryteria różnicowania próbek nowotworowych i prawidłowych (Rycina 3). Wartość AUC wyniosła 0,968 dla połączonej kohorty COADREAD, 0,947 dla samego COAD oraz 0,994 dla samego READ. Dodatkowe zrównoważone ponowne próbkowanie (resampling) przyniosło mediany AUC wynoszące 0,983 dla COADREAD, 0,984 dla COAD i 1,000 dla READ; jednakże 95% przedziały ufności były szerokie dla COADREAD (0,868–1,000) i COAD (0,781–1,000), a grupa READ obejmowała tylko trzy próbki prawidłowe. Analiza typu leave-one-out dla próbek prawidłowych wykazała również, że szacunek ROC był wrażliwy na niewielką liczebność grupy kontrolnej. W związku z tym wynik ROC zachowano jedynie jako wstępny dowód na rozdzielność tkanek nowotworowych i prawidłowych, a nie jako wystarczający dowód dla klinicznego biomarkera diagnostycznego. Analiza korelacji kliniczno-patologiczna w oparciu o medianę ekspresji miR-192 w TCGA wykazała istotne powiązania z stopniem N (p = 0,019) oraz wiekiem (p = 0,004), podczas gdy stopień T (p = 0,110) i stopień M (p = 0,932) nie były istotne (Tabela 1).
Analiza przeżywalności
Analiza przeżycia całkowitego nie wykazała istotnego związku prognostycznego dla ekspresji miR-192 w TCGA w przypadku CRC (Rysunek 3). W połączonej kohorcie COADREAD porównanie metodą Kaplana-Meiera z podziałem medianowym nie było istotne (log-rank p = 0,857), a jednowymiarowa regresja Coxa również nie wykazała istotnego związku (HR = 0,934 na jednostkę ekspresji log2, p = 0,374). Taki sam wniosek zaobserwowano w COAD (log-rank p = 0,889; Cox p = 0,493) i READ (log-rank p = 0,807; Cox p = 0,716). Zatem dane nie potwierdzają silnej roli miR-192 jako biomarkera prognostycznego w CRC.
Kandydackie geny docelowe i wzbogacenie funkcjonalne
Analizę genów docelowych przeprowadzono poprzez integrację przewidywań miRWalk z genami różnicowo wyrażonymi z zestawów danych GEO GSE89076 i GSE156355. W ramach tego przesiewu zidentyfikowano 93 geny kandydackie do dalszych analiz sieciowych oraz analiz wzbogaceń (Rycyna 4). Analiza oddziaływań białkowych pozwoliła wyłonić KIF20A, TPX2, CDCA5, CCNB1, CDK1, PLP1, NRXN1, GRIK3 oraz KIF5C jako eksploracyjne geny centralne (hub genes) (Rycyna 5). Analiza wrażliwości RNA-seq z bazy TCGA wykazała, że poziomy KIF20A, TPX2, CDCA5, CCNB1 i CDK1 były wyższe w tkance nowotworowej niż w tkance prawidłowej, natomiast poziomy PLP1, NRXN1, GRIK3 i KIF5C były niższe w tkance nowotworowej. Analiza korelacji z ekspresją miR-192 w TCGA dała niejednoznaczne wyniki: CDCA5, CCNB1 i CDK1 wykazały korelacje dodatnie, natomiast PLP1, NRXN1 i KIF5C wykazały korelacje ujemne. Analiza wzbogaceń wyróżniła reprezentatywne terminy związane z metabolizmem leków przez cytochrom P450, metabolizmem ksenobiotyków przez cytochrom P450, metabolizmem retinolu, terminami związanymi z synapsą glutaminergiczną oraz organizacją presynaptyczną (Rycyna 6). Wyniki te potwierdzają biologiczną istotność sieci genów centralnych, jednak nie dowodzą bezpośredniego celowania przez miR-192-5p.
Test migracji komórek
Komórki HT29 poddano transfekcji mimetykami miR-192 w celu oceny funkcjonalnych skutków nadekspresji miR-192. Mikroskopia fluorescencyjna potwierdziła pomyślną transfekcję w grupach z mimetykiem miR-192-5p oraz w grupie kontrolnej negatywnej (Rysunek 7). W teście gojenia ran (wound-healing assay) szybkość migracji komórek HT29 po transfekcji miR-192 była niższa niż w przypadku nietransfekowanych komórek HT29 oraz komórek z grupą kontrolną negatywną, zarówno po 24 h, jak i po 48 h (Rysunek 8). Po 24 h szybkość migracji wynosiła 9,75 +/- 2,43% w grupie z transfekcją miR-192 w porównaniu z 15,69 +/- 3,47% w grupie nietransfekowanej i 15,45 +/- 3,92% w grupie kontrolnej negatywnej (P = 0,010). Po 48 h szybkość migracji wynosiła 20,04 +/- 2,54% w grupie z transfekcją miR-192 w porównaniu z odpowiednio 26,84 +/- 7,65% i 27,98 +/- 6,78% w dwóch grupach kontrolnych (P = 0,021). Wyniki te sugerują, że nadekspresja miR-192 hamuje migrację komórek HT29 in vitro.
Analiza korelacji sygnatur immunologicznych
Związek między ekspresją miR-192 w TCGA a sygnaturami powiązanymi z odpornością został ponownie oceniony przy użyciu danych RNA-seq z guza pierwotnego (Rysunek 9). W analizie korelacji wyników sygnatur uwzględniono łącznie 425 próbek nowotworowych z dopasowanymi danymi miRNA i RNA-seq. Ekspresja miR-192 wykazała słabe ujemne korelacje z wieloma sygnaturami komórek odpornościowych, w tym z komórkami Tfh (rho = -0,205, p = 2,15e-05), aktywowanymi komórkami dendrytycznymi (rho = -0,186, p = 0,00011), komórkami Treg (rho = -0,185, p = 0,00013), plazmocytoidalnymi komórkami dendrytycznymi (rho = -0,169, p = 0,00046), makrofagami (rho = -0,149, p = 0,0020), komórkami Tcm (rho = -0,136, p = 0,0050), komórkami NK CD56bright (rho = -0,132, p = 0,0065) oraz komórkami Tem (rho = -0,129, p = 0,0078). Zaobserwowano słabe korelacje dodatnie dla sygnatur eozynofilów (rho = 0,139, p = 0,0040) oraz komórek Th17 (rho = 0,121, p = 0,0129). Zatem powiązanie immunologiczne miR-192 w CRC wydaje się heterogeniczne i nie powinno być opisywane jako jednolicie dodatnie we wszystkich naciekach odpornościowych.
Dostępność danych
Publiczne zbiory danych analizowane w niniejszym badaniu są dostępne w portalu GDC/TCGA oraz w bazie Gene Expression Omnibus (GEO) pod numerami dostępu GSE89076 oraz GSE156355. Analizy typu dry-lab oraz ponowne analizy przeprowadzone w ramach tego badania zostały przedstawione w Tabeli uzupełniającej 1. Podstawowe dane eksperymentalne stanowiące wsparcie dla analiz qRT-PCR oraz gojenia ran, w tym surowe wartości Ct dla qRT-PCR, pomiary szerokości rany, oryginalne obrazy mikroskopowe oraz powiązane dane eksperymentalne, znajdują się w Folderze uzupełniającym 1.

Rycina 1: Przegląd ekspresji miR-192 w wielu typach nowotworów w bazie TCGA. Oś X przedstawia skróty nazw nowotworów, a oś Y względną ekspresję miR-192. Kolor niebieski oznacza tkankę prawidłową, a czerwony tkankę nowotworową. Istotność statystyczną określono następująco: * = p < 0,05, ** = p < 0,01, *** = p < 0,001; NS = brak istotności statystycznej. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2: Ekspresja miR-192/miR-192-5p w zbiorach danych CRC i tkankach sparowanych. (A) Analiza miRNA-seq z TCGA/GDC wykazująca wyższy sygnał hsa-mir-192 na poziomie bazy danych w próbkach nowotworowych CRC niż w próbkach prawidłowych. (B) Analiza qRT-PCR sparowanych lokalnych próbek tkanek wykazująca niższą ekspresję dojrzałego miR-192-5p w tkankach CRC niż w sąsiadujących tkankach nowotworowych. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 3: Eksploracyjne analizy diagnostyczne i przeżywalności w oparciu o ekspresję hsa-mir-192 w TCGA. (A–C) Krzywe przeżywalności Kaplana-Meiera. Analiza przeżywalności nie wykazała istotnego związku prognostycznego. (D) Krzywa ROC dla dyskryminacji tkanki nowotworowej i prawidłowej w kohorcie TCGA. Wartość AUC należy interpretować ostrożnie ze względu na niewielką liczbę próbek prawidłowych. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 4: Przesiewanie genów docelowych kandydujących oraz analiza interakcji białek. (A) Diagram Venna pokazujący nakładanie się wyników przewidywania celów miRNA oraz genów różnicowo ekspresyjnych z zestawów GSE89076 i GSE156355. (B) Sieć interakcji białko-białko dla 93 genów kandydujących. Węzły reprezentują geny, a krawędzie reprezentują przewidywane lub opracowane powiązania genowe. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 5: Przesiewanie genów hubowych z sieci potencjalnych celów. (A,B) Moduły sieci zidentyfikowane w drodze przesiewania modułowego. (C) Ranking genów hubowych oparty na łączności sieci. (D) Wybrane potencjalne cele hubowe po zintegrowaniu przesiewania modułowego i opartego na stopniu łączności. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 6: Wybrane terminy wzbogacenia GO i KEGG dla genów kandydacyjnych oraz istotnych modułów sieci. Wykres bąbelkowy podsumowuje reprezentatywne wzbogacone funkcje biologiczne i szlaki. Wyniki wzbogacenia mają charakter eksploracyjny i wymagają walidacji eksperymentalnej. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Rycina 7: Obrazy transfekcji komórek HT29. (A) Reprezentatywne komórki HT29. (B) Obraz fluorescencyjny komórek HT29 transfekowanych mimikiem miR-192-5p. (C) Obraz fluorescencyjny komórek HT29 transfekowanych negatywną kontrolą con238. Pasek skali = 100 µm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 8: Test gojenia ran w komórkach HT29. (A) Reprezentatywne obrazy zarysowań w 0 h, 24 h i 48 h w nietransfekowanych komórkach HT29, komórkach HT29 ztransfected mimikiem miR-192-5p oraz komórkach HT29 ztransfected con238. (B) Ilościowe określenie szybkości gojenia ran w 24 h i 48 h, przedstawione w procentach. Pasek skali = 100 µm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 9: Korelacja między ekspresją TCGA miR-192 a wynikiem sygnatur powiązanych z odpornością w próbkach guza CRC.Analiza wykazała niejednorodne powiązania immunologiczne, z kilkoma słabymi korelacjami ujemnymi oraz, głównie w przypadku sygnatur eozynofili i komórek Th17, korelacjami dodatnimi. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
| Charakterystyka | Niska ekspresja TCGA miR-192 | Wysoka ekspresja TCGA miR-192 | wartość p | Metoda |
| n | 308 | 308 | | |
| Stopień T, n (%) | 0.11 | Test chi-kwadrat |
| T1 | 9 (1.5%) | 11 (1.8%) | | |
| T2 | 44 (7.2%) | 59 (9.6%) | | |
| T3 | 209 (34.1%) | 211 (34.4%) | | |
| T4 | 43 (7%) | 27 (4.4%) | | |
| stopień N, n (%) | 0.019 | test.chisq |
| N0 | 156 (25.5%) | 190 (31%) | | |
| N1 | 88 (14.4%) | 63 (10.3%) | | |
| N2 | 61 (10%) | 54 (8.8%) | | |
| stopień M, n (%) | 0.932 | Test chi-kwadrat |
| M0 | 214 (39.9%) | 234 (43.7%) | | |
| M1 | 41 (7.6%) | 47 (8.8%) | | |
| Wiek, mediana (IQR) | 66 (56, 75) | 69 (60, 77) | 0.004 | Wilcoxona |
Tabela 1: Związek między grupami ekspresji miR-192 w TCGA a cechami kliniczno-patologicznymi w CRC. Grupy wysokiej i niskiej ekspresji zdefiniowano na podstawie mediany poziomu ekspresji miR-192 w TCGA. W podsumowującej tabeli stadium N oraz wiek były istotne, natomiast stadium T i stadium M nie były istotne.
Tabela uzupełniająca 1: Wyniki ponownej analizy bioinformatycznej (dry-lab) przeprowadzonych na potrzeby niniejszego badania. Arkusz zawiera porównania ekspresji TCGA/GDC, zrównoważone analizy czułości ROC, analizy z pominięciem jednej próbki prawidłowej (leave-one-normal-out), analizy powiązań kliniczno-patologicznych, analizy przeżywalności, podsumowania ekspresji i korelacji genów węzłowych (hub-genes) oraz wyniki korelacji sygnatur immunologicznych.Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Folder uzupełniający 1: Surowe dane eksperymentalne wspierające eksperymenty qRT-PCR, transfekcji komórek oraz gojenia ran.Pliki te zawierają oryginalne wartości Ct dla qRT-PCR, dane z cytometrii przepływowej/transfekcji, pomiary szerokości rany oraz reprezentatywne obrazy mikroskopowe wykorzystane w analizach przedstawionych w manuskrypcie.Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.