Identificação de genes centrales, polimorfismos de nucleotídeo único e potenciais alvos de fármacos em câncer de mama usando análise transcriptômica

Resumo

Este estudo investigou genes relacionados ao estresse oxidativo mitocondrial associados à resistência terapêutica no câncer de mama HER2-positivo. Utilizando conjuntos de dados transcriptômicos, bioinformática integrada e dados clínicos (n = 4.929), os autores identificaram MTHFD2 e PRDX3 como genes-chave diferencialmente expressos com potencial prognóstico. In silico. Análises sugerem efeitos funcionais de variantes genéticas.

Resumo

O câncer de mama HER2-positivo (HER2⁺) frequentemente desenvolve resistência a terapias como Lapatinib, potencialmente envolvendo reprogramação metabólica mitocondrial e redox. Este estudo teve como objetivo identificar genes relacionados ao estresse oxidativo mitocondrial (MOS-DEGs) como biomarcadores de resistência e caracterizar seus NSSNPs funcionais e impactos estruturais. Conjuntos de dados de RNA-seq (GSE231524, GSE231525) foram analisados usando DESeq2 para identificar DEGs, que foram intersectados com genes de estresse oxidativo mitocondrial para obter MOS-DEGs. Foram realizados enriquecimentos funcionais, análise de IBP, análise ROC, perfilamento de expressão e análise de sobrevivência. Os nsSNPs foram avaliados usando múltiplas ferramentas preditivas, e os impactos estruturais foram avaliados por meio de modelagem secundária e 3D. Análises integradas transcriptômicas e clínicas identificaram MTHFD2 e PRDX3 como MOS-DEGs centrais apresentando papéis regulatórios opostos no metabolismo redox mitocondrial. MTHFD2 foi significativamente aumentada e associada a prognóstico ruim (HR = 1,53, p = 1,1 × 10⁻¹⁶), enquanto PRDX3 apresentou padrões de expressão protetores (HR = 0,73, p = 7,7×10⁻¹⁰). A análise de ROC sugeriu seu potencial como preditores da resposta terapêutica. A análise nsSNP revelou cinco variantes deletérias em MTHFD2 e quatro variantes deletérias em PRDX3, sendo rs1471336772 (MTHFD2) e rs747786383 (PRDX3.) identificadas como as mais patogênicas. Essas variantes foram previstas como prejudiciais com base em múltiplos sistemas computacionais de pontuação, incluindo SIFT ≤ 0,05, PolyPhen-2 ≥ 0,85, escores CADD prejudiciais e altos escores REVEL, e estavam localizadas em domínios catalíticos ou redox-ativos. Modelagem estrutural sugeriu que essas substituições podem desestabilizar a conformação, perturbar sítios de ligação a metais e cofatores, e afetar a regeneração de NADPH ou a atividade de peroxidase dependente de tioredoxinas. As previsões de dinâmica molecular indicaram possível perda de estabilidade estrutural e flexibilidade alterada, sugerindo possível comprometimento funcional do controle redox mitocondrial. Este estudo identifica MTHFD2 e PRDX3 como reguladores do estresse oxidativo mitocondrial no câncer de mama HER2⁺ . NSSNPs deletérios nesses genes podem contribuir para alteração do equilíbrio redox, potencialmente influenciando a adaptação metabólica (MTHFD2) e a defesa antioxidante (PRDX3).

Introdução

O câncer de mama é o câncer mais comumente diagnosticado em mulheres no mundo todo e uma das principais causas de morte relacionada ao câncer, apesar do progresso substancial na detecção precoce e nas terapias ^{direcionadas 1,2,3}. A heterogeneidade molecular dentro dos tumores de mama está na base de diversos desfechos clínicos e respostas ao tratamento, apresentando desafios persistentes para a oncologia^{de precisão 4,5}. Entre os subtipos moleculares reconhecidos, o câncer de mama humano receptor do fator de cresciment....

Protocolo

Recuperação de dados e pré-processamento

Este estudo foi realizado utilizando dados transcriptômicos e genéticos disponíveis publicamente; nenhum indivíduo humano ou animal esteve diretamente envolvido. Conjuntos de dados transcriptômicos relevantes para a resistência à terapia do câncer de mama HER2⁺ foram retirados do banco de dados NCBI Gene Expression Omnibus (GEO) (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/)¹¹. Dois conjuntos de dados de RNA-seq, GSE231524 e GSE231525, foram selecionados devido ao foco específico na resistência impulsionada por HER3 e inibição de DUSP6 em linhagens celulares d....

Resultados

Análise diferencial de expressão gênica

O perfil diferencial de expressão foi realizado para investigar alterações transcricionais associadas à progressão do câncer de mama ^HER2 + e à resistência à terapia, utilizando dois conjuntos de dados independentes de RNA-seq, GSE231524 e GSE231525. No primeiro conjunto de dados (GSE231524), um total de 19.727 genes foram inicialmente quantificados. Após normalização, filtragem e aplicação do modelo de regressão ajustada (ARM.......

Discussão

O estresse oxidativo mitocondrial é uma característica definidora da adaptação ao tumor, que governa a sobrevivência celular, a plasticidade metabólica e a resistência à terapia. O presente estudo explorou sistematicamente genes diferencialmente expressos relacionados ao estresse oxidativo mitocondrial (MOS-DEGs) no ^{câncer de} mama HER2+, integrando dados transcriptômicos, enriquecimento funcional, validação clínica e análises mutacionais e estruturais detalhadas in silico<.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
AnnotationDbi	Bioconductor	v1.64.0	Pacote de anotação R usado para padronização e anotação de símbolos genéticos HGNC.
apeglm	Bioconductor	method in DESeq2	Método usado para redução de log2 fold-change em análise de expressão diferencial.
Biobase	Bioconductor	v2.62.0	Pacote R usado para acessar e gerenciar objetos de expressão e metadados derivados do GEO.
CADD	University of Washington / Kircher Lab	web tool	Pontuação Combined Annotation Dependent Depletion usada para previsão de patogenicidade nsSNP.
clusterProfiler	Bioconductor	v4.8.1	Pacote R usado para análise de enriquecimento GO e KEGG.
ComplexHeatmap	Bioconductor	v2.18.0	Pacote R usado para geração de mapas de calor e agrupamento de expressão.
Cytoscape	Cytoscape Consortium	software	Plataforma de visualização de rede usada com redes PPI derivadas de STRING e priorização CytoHubba.
dbSNP	NCBI	database	Banco de dados de variante populacional usado para validação cruzada de nsSNPs priorizados.
DESeq2	Bioconductor	v1.42.0	Pacote R usado para normalização, modelagem de variância e análise de expressão diferencial.
dplyr	CRAN / tidyverse	v1.1.3	Pacote R usado para manipulação de dados e interseção de conjuntos de genes.
DynaMut	University of Melbourne / BioSig	web server	Ferramenta usada para estimar mudanças de estabilidade e flexibilidade associadas a mutações em proteínas.
EnhancedVolcano	Bioconductor	v1.22.0	Pacote R usado para visualizar resultados de expressão diferencial como gráficos de vulcão.
Ensembl Genome Browser	EMBL-EBI / Ensembl	database	Fonte de sequências de transcritos canônicos para MTHFD2 e PRDX3.
Ensembl Variant Effect Predictor (VEP)	EMBL-EBI / Ensembl	web tool	Ferramenta usada para anotar variantes missense e integrar pontuações preditivas.
ExAC	Broad Institute	database	Banco de dados de exoma em nível populacional usado para validação cruzada de nsSNP.
Gene Expression Omnibus (GEO)	NCBI	database	Repositório usado para recuperar conjuntos de dados transcriptômicos para análise de câncer de mama HER2-positivo.
Gene Ontology	Gene Ontology Consortium	GO:0006979	Recurso de ontologia usado para recuperar genes relacionados ao estresse oxidativo e para análise de enriquecimento.
GEOquery	Bioconductor	v2.70.0	Pacote R usado para acessar matrizes de contagem GEO e metadados.
ggplot2	CRAN / tidyverse	v3.5.0	Pacote R usado para visualização de dados, plotagens de agrupamento e saídas gráficas.
ggraph	CRAN	R package	Pacote R usado para visualização de gráficos e redes durante representação de enriquecimento e via.
gnomAD	Broad Institute	database	Banco de dados de variante populacional usado para verificar frequência e distribuição de nsSNPs priorizados.
GOplot	CRAN	R package	Pacote R usado para visualização de enriquecimento GO, incluindo gráficos de acordes e resumos.
GSE231524	NCBI GEO	accession	Conjunto de dados RNA-seq usado para análise de fenótipos BT474 parentais, tolerantes a medicamentos e resistentes.
GSE231525	NCBI GEO	accession	Conjunto de dados RNA-seq usado para análise da redução de DUSP6 em células de câncer de mama HER2-positivo.
Human MitoCarta3.0	Broad Institute	database	Recurso de genes mitocondriais curados usado para definir conjuntos de genes mitocondriais.
Human Oxidative Stress Gene Database (HOSGDB)	HOSGDB	database	Banco de dados usado para recuperar genes relacionados ao estresse oxidativo.
igraph	CRAN	R package	Pacote R usado para representação de rede e visualização de via.
iMutant 3.0	University of Bologna / Biofold	web server	Ferramenta usada para prever efeitos de mutação na estabilidade da proteína.
Kaplan–Meier Plotter	KMplot	web tool	Plataforma online usada para análise de sobrevida livre de recorrência em coortes de câncer de mama.
KEGG	Kyoto University	database	Banco de dados de via usado para análise de enriquecimento de fosforilação oxidativa e via.
KEGGREST	Bioconductor	R package	Pacote usado para recuperar e anotar informações de via KEGG.
Lapatinib	Not specified in manuscript	1 μM treatment condition	Inibidor HER2 usado nos conjuntos de dados experimentais de origem para derivar fenótipos tolerantes/resistentes a medicamentos.
MetaLR	Integrated via Ensembl VEP	score	Métrica computacional de patogenicidade usada para priorização de variantes.
MutPred2	MutPred	web server	Ferramenta usada para prever consequências funcionais de substituições de aminoácidos.
NetSurfP 3.0	Technical University of Denmark	web server	Ferramenta usada para previsão de estrutura secundária e acessibilidade ao solvente.
org.Hs.eg.db	Bioconductor	v3.18.0	Pacote de anotação do genoma humano usado para mapeamento de identificadores de genes.
pathview	Bioconductor	R package	Pacote usado para mapear genes enriquecidos em vias KEGG.
pheatmap	CRAN	v1.0.12	Pacote R usado para plotagem de mapas de calor e visualização de agrupamento.
PolyPhen-2	Harvard / Brigham and Women's Hospital	web tool	Preditor computacional usado para estimar o impacto estrutural/funcional de substituições de aminoácidos.
Protein Data Bank (PDB)	RCSB PDB	database	Fonte de estruturas de proteínas resolvidas experimentalmente para MTHFD2 e PRDX3.
PSIPRED	University College London	v3.2	Servidor de predição de estrutura secundária de proteínas usado para análise de topologia 2D.
PyMOL	Schrödinger / PyMOL	v3.1	Software de gráficos moleculares usado para visualizar estruturas de proteínas e locais de mutação.
REVEL	Integrated via Ensembl VEP	score	Pontuação de patogenicidade de conjunto usada para priorização de variantes missense.
ROCplotter	ROCplot.org	web tool	Plataforma online usada para validação baseada em ROC da expressão gênica em coortes de resposta ao câncer de mama.
RStudio	Posit	v4.3.1/v4.3.2 environment	Ambiente de computação estatística usado para fluxos de trabalho de transcriptômica, enriquecimento e visualização.
SIFT	A*STAR	web tool	Ferramenta preditiva usada para classificar substituições de aminoácidos como toleradas ou deletérias.
STRING	STRING Consortium	database	Banco de dados de interação proteína-proteína usado para análise de rede e