Różnicowa ekspresja mRNA genów związanych z m6A w raku piersi
Analiza danych z TCGA i GTEx (1 034 guzy, 104 NAT, 92 tkanki zdrowe) wykazała, że większość genów związanych z m6A charakteryzowała się różnicową ekspresją (Rycina 1). W porównaniu z tkankami zdrowej piersi, 10 genów było istotnie upregulowanych: KIAA1429, RBM15, RBM15B, HNRNPC, YTHDF1, YTHDF2, YTHDF3, IGF2BP1, IGF2BP3, oraz ALKBH5 (wszystkie P < 0,0001, z wyjątkiem RBM15 P < 0,001). Osiem genów było downregulowanych: WTAP, METTL3, METTL14, HNRNPA2B1, YTHDC1, YTHDC2, IGF2BP2, oraz FTO (P < 0,05 do P < 0,0001). METTL16 oraz eIF3A nie wykazały istotnych różnic. W porównaniu guzów do NAT, HNRNPA2B1 był upregulowany, podczas gdy YTHDF3, eIF3A, oraz ALKBH5 były downregulowane; RBM15, RBM15B, oraz YTHDF2 nie wykazały różnic (Rycina 1). Stosowanie NAT jako kontroli jest kwestionowane, co może wyjaśniać rozbieżności w porównaniach z tkankami zdrowymi18,19. Co ciekawe, w zbiorze danych CPTAC zaobserwowano trend w kierunku wyższej zawartości białka YTHDF3 we wszystkich podtypach raka piersi w porównaniu z tkankami normalnymi (P < 0,0001). Ponadto, istotnie wyższa ekspresja mRNA YTHDF3 została zaobserwowana tylko w podtypach luminalnych raka piersi w porównaniu z tkankami normalnymi (P = 0,004, < 0,01) (Rycina dodatkowa S1). Ogólnie rzecz biorąc, w raku piersi widoczna jest istotna dysregulacja genów związanych z m6A.
Metylacja promotora i amplifikacja genów związanych z m6A w raku piersi
Metylacja DNA odgrywa istotną rolę w epigenetycznej regulacji transkrypcji genów, a hipermetylacja promotora hamuje ekspresję mRNA20. Analiza MethHC wykazała istotne różnice w metylacji promotora jedynie dla IGF2BP1, IGF2BP2, oraz IGF2BP3 w guzach w porównaniu z grupą kontrolną (P < 0.005). Obniżenie poziomu mRNA IGF2BP2 można częściowo przypisać jego hipermetylacji. Analiza cBioPortal wykazała, że w przypadku WTAP i ALKBH5 wystąpiło obniżenie ekspresji mRNA, podczas gdy KIAA1429 (VIRMA), YTHDF1, YTHDF3, oraz IGF2BP1 wykazały amplifikację genów związaną z ich nadekspresją (Rycina uzupełniająca S2, Rycina uzupełniająca S3, oraz Rycina uzupełniająca S4). Wyniki te sugerują, że poziomy mRNA genów związanych z m6A nie są determinowane głównie przez metylację promotora lub amplifikację genów.
Analiza przeżywalności genów związanych z m6A w raku piersi
Analiza przeżywalności 947 pacjentów wykazała, że niska ekspresja RBM15B oraz wysoka ekspresja METTL16, HNRNPC, YTHDF1, YTHDF3, oraz IGF2BP1 korelowały istotnie ze zmniejszoną przeżywalnością całkowitą (Rycina 2 oraz Rycina 3). Wieloczynnikowa regresja Coxa, z uwzględnieniem wieku, stopnia zaawansowania choroby i rasy, potwierdziła, że nadekspresja YTHDF3 była niezależnym predyktorem niskiej przeżywalności całkowitej (HR: 1.024, 95% CI: 1.003–1.046, P = 0.024) (Tabela 1). W ramach walidacji zewnętrznej analiza z wykorzystaniem narzędzia online KMplotter wykazała, że wysoka ekspresja YTHDF3 pozwala przewidzieć niekorzystną rokowanie choroby (Rycina uzupełniająca S5). Pozostałe geny nie wykazały niezależnej istotności statystycznej (Tabela uzupełniająca S1).
Potencjalna sieć molekularna i infiltracja immunologiczna genu związanego z m6A YTHDF3
Analiza STRING dla YTHDF3 (z ograniczoną liczbą interaktorów do 50) ujawniła sieć z 224 krawędziami i znaczącym wzbogaceniem (P < 1e-16). YTHDF3 jest ściśle powiązany z METTL3, ALKBH5, WTAP, METTL14 i innymi białkami (Rysunek 4A). Analiza wzbogacenia za pomocą narzędzia Metascape zidentyfikowała 13 istotnych funkcjonalnie klastrów (P < 0,01, minimalna liczba 3, czynnik wzbogacenia > 1,5; Rysunek 4B). Najwyżej sklasyfikowanym klastrem była regulacja metaboliczna mRNA (GO1903311, 22 geny). Dodatkowe klastry istotne w kontekście nowotworów obejmowały m.in. naprawę DNA poprzez dealkilację (GO0006307), przetwarzanie pri-miRNA (GO0031053) oraz stabilizację telomerazy (GO1904356). Pełna lista nazw klastrów, powiązanych genów i statystyk wzbogacenia znajduje się w Tabeli uzupełniającej S2. Co więcej, wyniki wykazały istotne dodatnie korelacje między ekspresją YTHDF3 a komórkami odpornościowymi (wszystkie P < 0,01) (Rysunek uzupełniający S6). Zatem nadekspresja YTHDF3 może być powiązana z metabolizmem mRNA, naprawą DNA, utrzymaniem telomerów i infiltracją immunologiczną.
Zwiększona ekspresja mRNA YTHDF3 w raku piersi
Tkanki raka piersi oraz odpowiadające im przyległe prawidłowe tkanki piersi pobrano od 20 pacjentek, które przeszły operację w Zakładzie Chirurgii Piersi w Szpitalu Affiliated of Southwest Medical University w okresie od lipca 2023 do października 2023 roku. Analiza qRT-PCR tych par próbek wykazała znacząco wyższą ekspresję mRNA YTHDF3 w tkankach nowotworowych niż w przyległych tkankach prawidłowych (P = 0.001) (Rycina uzupełniająca S7 oraz Tabela uzupełniająca S3).
Dostępność danych
Wszystkie zestawy danych analizowane w niniejszym badaniu są publicznie dostępne w następujących repozytoriach z otwartym dostępem. Ekspresja genów i dane kliniczne: dane dotyczące ekspresji RNA-seq w raku piersi oraz odpowiadające im informacje kliniczne pobrano z The Cancer Genome Atlas (TCGA-BRCA) za pośrednictwem The Human Protein Atlas (https://www.proteinatlas.org/). Dodatkowe dane dotyczące ekspresji w normalnej tkance piersi pobrano z projektu Genotype-Tissue Expression (GTEx) (numer dostępu dbGaP phs000424.v8.p2) za pomocą narzędzia Breast Cancer Gene-Expression Miner v4.7 (http://bcgenex.ico.unicancer.fr/). Walidacja przeżywalności została przeprowadzona z wykorzystaniem Kaplan-Meier Plotter (https://kmplot.com). Dane dotyczące ekspresji białek i mRNA pobrano za pomocą UALCAN (http://ualcan.path.uab.edu/). Zmiany genetyczne: dane dotyczące mutacji somatycznych i zmian liczby kopii dla zestawu danych raka piersi naciekającego (TCGA, Provisional, 1108 próbek) uzyskano poprzez cBioPortal (https://www.cbioportal.org/). Metylacja promotora DNA: dane o metylacji pobrano z MethHC (http://methhc.mbc.nctu.edu.tw/), który zawiera 839 próbek raka piersi i częściowo powiązane z nimi kontrole z sąsiedniej normalnej tkanki. Interakcje białko-białko i wzbogacenie szlaków: analiza sieci funkcjonalnych została przeprowadzona z wykorzystaniem STRING v12.0 (https://string-db.org/, confidence score 0.4) oraz Metascape (http://metascape.org/). Analiza infiltracji odpornościowej została przeprowadzona za pomocą TIMER (https://cistrome.shinyapps.io/timer/). Wszelkie dodatkowe dane stanowiące podstawę rycin są dostępne od autora korespondencyjnego na uzasadnioną prośbę.

Rycina 1. Różnicowa ekspresja mRNA genów związanych z N6-metyloadenozyną (m6A) w raku piersi. Kolor czerwony oznacza upregulację; niebieski oznacza downregulację, czarny wskazuje brak różnic w ekspresji, a biały brak danych dotyczących ekspresji genów. Kodowanie kolorystyczne odzwierciedla istotność statystyczną. Do porównań parowych zastosowano test Dunnetta-Tukeya-Kramera. Uwaga: „Normal” obejmuje porównanie między guzami a NATs w TCGA, a także porównanie między guzami a zdrowymi tkankami w GTEx. Skróty: NATs = prawidłowe tkanki sąsiadujące; TCGA = The Cancer Genome Atlas; GTEx = Genotype-Tissue Expression. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.

Rycina 2Związek między aberracyjną ekspresją mRNA „pisarzy” m6A RBM15B i METTL16 oraz przeżycie całkowite u pacjentek z rakiem piersi. (A) Niska ekspresja RBM15B wiązało się z krótszym przeżyciem całkowitym (test log-rank, P = 0.008, <0.01); (B) Wysoka ekspresja METTL16 wiązało się ze złym rokowaniem (test log-rank, P = 0.013, <0,05). Pacjentów podzielono na grupy o wysokiej i niskiej ekspresji, stosując optymalną wartość odcięcia. n = 947 (kohorta TCGA-BRCA). Krzywe niebieska i zielona reprezentują odpowiednio grupy o niskiej i wysokiej ekspresji. Jednostką ekspresji mRNA była liczba fragmentów na kilobazę transkryptu na milion zmapowanych odczytów (FPKM). Skróty: TCGA-BRCA = The Cancer Genome Atlas Breast Invasive Carcinoma; m6A = N6-metyloadenozyna. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ilustracji.

Rycina 3. Korelacja między aberrantną ekspresją mRNA „czytników” m6A HNRNPC, YTHDF1, YTHDF3, oraz IGF2BP1 a przeżywalnością całkowitą u pacjentek z rakiem piersi. (A) Wysoka ekspresja mRNA HNRNPC wiązała się ze zmniejszoną przeżywalnością całkowitą (test log-rank, P = 0,01, <0,05). (B-D) Wysoka ekspresja YTHDF1, YTHDF3, oraz IGF2BP1 była istotnie powiązana z gorszym rokowaniem (test log-rank, odpowiednio P = 0,002, P = 0,014 i P < 0,001). Pacjentki podzielono na grupy o wysokiej i niskiej ekspresji, stosując optymalną wartość odcięcia. n = 947 (kohorta TCGA-BRCA). Krzywe niebieska i zielona reprezentują odpowiednio grupy o niskiej i wysokiej ekspresji. Jednostką ekspresji mRNA genów były Fragmenty na Kilobazę transkryptu na Milion zmapowanych odczytów. Skróty: TCGA-BRCA = The Cancer Genome Atlas Breast Invasive Carcinoma; m6A = N6-metyloadenozyna. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 4. Potencjalna molekularna sieć regulacyjna YTHDF3. (A) Sieć oddziaływań białkowych skonstruowana poprzez przeszukiwanie bazy danych STRING z YTHDF3 jako przynętą (wskaźnik pewności ≥ 0,4, maksymalna liczba interaktorów = 50). Szerokość krawędzi oznacza siłę dowodów wspierających. (B) Analiza Metascape zidentyfikowała 13 istotnych klastrów funkcjonalnych (P < 0,01, minimalna liczba = 3, współczynnik wzbogacenia > 1,5). Źródła ontologii obejmowały szlaki Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes oraz Procesy Biologiczne Gene Ontology. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
| Parametry | HR | 95% CI | wartość p |
| YTHDF3 | 1.024 | 1.003-1.046 | 0.024 |
| Wiek | 1.036 | 1.023-1.050 | <0.001 |
| Rasa | 1.275 | 0.892-1.821 | 0.182 |
| Etap | 2.263 | 1.796-2.851 | <0.001 |
Tabela 1: Wyniki wieloczynnikowej analizy regresji przeżycia Coxa dla genu YTHDF3 związanego z m6A.Skróty: HR = hazard ratio (iloraz hazardów); 95% CI = przedział ufności 95%.
Rycina dodatkowa S1. Poziomy białka i mRNA YTHDF3 w różnych podtypach raka piersi oraz w tkankach prawidłowych z zestawów danych CPTAC i TCGA. Ekspresja białka YTHDF3 w (A) guzach pierwotnych i tkankach prawidłowych oraz (B) podtypach inwazyjnego raka piersi. Wartości Z wskazują liczbę odchyleń standardowych od wartości mediany we wszystkich próbkach dla odpowiadającego typu nowotworu. Wartości log2 stosunku liczby widm (spectral count ratio) z CPTAC zostały znormalizowane najpierw w obrębie każdego profilu próbki, a następnie pomiędzy próbkami. (C) Ekspresja mRNA (RNA-seq, Fragments Per Kilobase of transcript per Million mapped reads) YTHDF3 w różnych podtypach inwazyjnego raka piersi. Skróty: CPTAC = Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium; TCGA = The Cancer Genome Atlas. Proszę kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.
Rycina dodatkowa S2. Status metylacji promotorów genów związanych z m6A pobranych z bazy danych MethHC. (A) Metylacja promotorów „pisarzy” (writers) m6A w raku piersi i grupach kontrolnych. (B) Metylacja promotorów „wymazywaczy” (erasers) m6A w raku piersi i grupach kontrolnych. (C) Metylacja promotorów „czytników” (readers) m6A w raku piersi i grupach kontrolnych. Czerwony, rak piersi; zielony, grupy kontrolne. *P < 0.05, **P < 0.005. Skrót: m6A = N6-metyloadenozyna. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Rycina uzupełniająca S3. Mutacje genów i zmiany liczby kopii analizowane za pomocą cBioPortal dla „pisarzy” i „kasowników” m6A (TCGA, Provisional, n = 1 108). (A) Zmiany w „pisarzach” m6A. (B) Zmiany w „kasownikach” m6A. Wykresy słupkowe wskazują częstotliwość każdego rodzaju zmian: mutacji missense, amplifikacji, głębokich delecji oraz zmian wielokrotnych. Przedstawiono jedynie geny o częstotliwości zmian ≥ 1%. Całkowita częstotliwość zmian dla każdego genu jest wyświetlona po prawej stronie. Skróty: TCGA = The Cancer Genome Atlas; m6A = N6-metyloadenozyna.Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.
Rycina dodatkowa S4. Mutacje genowe i zmiany liczby kopii analizowane za pomocą cBioPortal dla „czytników” m6A (TCGA, Provisional, n = 1 108).Wykresy słupkowe przedstawiają częstotliwość każdego rodzaju zmiany: mutacji missense, amplifikacji, głębokich delecji oraz zmian wielokrotnych. Przedstawiono jedynie geny o częstotliwości zmian ≥ 1%. Ogólna częstotliwość zmian dla każdego genu jest wyświetlona po prawej stronie. Skróty: TCGA = The Cancer Genome Atlas; m6A = N6-metyloadenozyna.Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Rycina uzupełniająca S5. Korelacja YTHDF3 z przeżywalnością pacjentek z rakiem piersi w KMplotter. (A) Wysoka ekspresja mRNA YTHDF3 wiązała się z obniżoną przeżywalnością całkowitą (P = 0,011, <0,05). (B-D) Wysoka ekspresja YTHDF3 była istotnie skorelowana z gorszą przeżywalnością wolną od nawrotów, przeżywalnością wolną od przerzutów odległych oraz przeżywalnością po progresji (P = 1,9e-09, P = 0,06 i P = 0,029, odpowiednio). Wszystkie wartości P obliczono za pomocą testu log-rank. Liczba pacjentek narażonych na ryzyko jest podana pod każdym wykresem. Optymalny punkt odcięcia określono za pomocą funkcji automatycznego wyboru najlepszego punktu odcięcia (auto-select best cutoff) narzędzia. Skrót: KMplotter = Kaplan-Meier Plotter. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Rycina dodatkowa S6. Korelacja ekspresji YTHDF3 z infiltracją immunologiczną w raku piersi. Ekspresja YTHDF3 korelowała dodatnio z poziomami infiltracji limfocytów B, limfocytów T CD4+, limfocytów T CD8+, makrofagów, neutrofili oraz DC w zbiorze danych TIMER. Czystość guza została zastosowana jako kowariant w analizie częściowej korelacji Spearmana. Skróty: DCs = komórki dendrytyczne; TIMER = Tumor Immune Estimation Resource. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Rycina uzupełniająca S7. Walidacja za pomocą ilościowej reakcji polimerazy w łańcuchu z odwrotną transkrypcją dla YTHDF3 Ekspresja mRNA w 20 parach tkanek z rakiem piersi i sąsiednich tkanek prawidłowych. YTHDF3 Poziomy mRNA znormalizowano do β-aktyny. Dane przedstawiono jako 2⁻ΔΔCt wartości. Porównanie statystyczne przeprowadzono przy użyciu obustronnego sparowanego testu t Studenta Proszę o podanie tekstu źródłowego do tłumaczenia.-test dla ΔCt wartości (P = 0,001). Skróty: NC = przylegające prawidłowe tkanki piersi; BrCa = tkanki z rakiem piersi.Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Tabela uzupełniająca S1. Podsumowanie wyników wielowymiarowej analizy przeżycia w genach związanych z m6A. Skróty: HR = hazard ratio (wskaźnik hazardu); 95% CI = przedział ufności 95%.Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Tabela uzupełniająca S2. Wyniki adnotacji i wzbogacenia 13 genów powiązanych z YTHDF3 opracowane na podstawie Metascape.Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Tabela uzupełniająca S3. Informacje kliniczne dotyczące 20 par próbek raka piersi.Aby pobrać ten plik, kliknij tutaj.