Методическая статья

Мультиомический процесс пан-раковой биоинформатики для оценки PTDSS1 и PTDSS2 как прогностических и иммунных биомаркеров

DOI:

10.3791/71827

5 июня 2026 г.

В этой статье

Краткое содержание

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В этом исследовании был проведен комплексный биоинформатический анализ с использованием нескольких публичных баз данных для оценки паттернов экспрессии генов, клинических корреляций, прогноза выживаемости, показателей ствола опухоли и иммунно-связанных характеристик PTDSS1 и PTDSS2 у различных видов рака. Результаты свидетельствуют о том, что эти гены могут служить потенциальными биомаркерами для диагностики, прогноза и иммунотерапии рака.

Аннотация

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ферменты синтеза фосфатидилсерина PTDSS1 и PTDSS2 играют важную роль в клеточных процессах, включая состав мембран и передачу сигналов. Аномальные проявления этих ферментов связаны с инфильтрацией макрофагов, ассоциируемыми с опухоли, и плохими результатами выживаемости при раке молочной железы. Однако их комплексная роль в различных типах рака остаётся неясной. В этом исследовании мы провели панраковый анализ для оценки диагностической, прогностической, иммунной инфильтрации и иммунотерапевтической значимости PTDSS1 и PTDSS2. Для анализа паттернов экспрессии генов, клинических корреляций, результатов выживаемости, показателей ствола опухоли и иммунных характеристик у различных видов рака использовались несколько публичных баз данных. Результаты показали, что PTDSS1 и PTDSS2 широко экспрессируются в человеческих тканях и значительно повышены в большинстве опухолевых тканей по сравнению с нормальными. Высокая экспрессия PTDSS1 или PTDSS2 была связана с более низкой общей выживаемостью (ОС) при нескольких типах рака и имела значимую корреляцию с показателями клинической стадии и ствола опухоли. Кроме того, функциональные анализы показали, что эти гены могут способствовать опухологенезу, регуляции иммунитета и химиорезистентности. В целом, результаты подчеркивают прогностическую значимость PTDSS1 и PTDSS2 при множественных видах рака и предполагают, что они могут служить потенциальными биомаркерами для диагностики и прогноза рака, а также перспективными мишенями для иммунотерапии.

Введение

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Хотя за последние несколько столетий в онкологии были достигнуты значительные успехи, рак остаётся одной из основных причин смерти и заболеваемости во всеммире 1,2. Современное клиническое ведение всё чаще опирается на мультимодальные стратегии лечения, сочетая разные терапевтические подходы для максимизации эффективности при одновременном повышении выживаемости пациентов и общегоблагополучия 2. В этом контексте иммунотерапия рака быстро превратилась в центральный столп современной онкологии. Его преимущества — включая селективность целей, устойчивый терапевтический эффект, применимость к нескольким типам опухолей, способность снижать устойчивость и совместимость с другими методами лечения — вызвали широкий интерес. Тем не менее, клиническое применение по-прежнему ограничено несколькими факторами, включая переменную реакцию пациентов, иммуннотоксичность, приобретённую устойчивость, высокую экономическую нагрузку и ограничения в мониторинге лечения. Эти вызовы подчёркивают необходимость постоянного совершенствования и инноваций в этой области. В то же время метаболическое перепрограммирование стало отличительной чертой рака, при этом липидный метаболизм привлекает всё больше внимания. Изменения в получении, синтезе и использовании липидов обеспечивают важную поддержку росту и выживаемости опухолевых клеток, а также могут сыграть роль в развитии терапевтическойустойчивости 3,4. Перепрограммированное поглощение и использование липидов способствуют пролиферации раковых клеток и могут способствовать развитию терапевтическойустойчивости 5. Кроме того, биомаркеры, связанные с липидами, были связаны с прогнозом пациентов и ответом налечение 6,7. Несмотря на растущее внимание, механизмы липидного метаболизма при раке и разработка эффективных липидно-таргетированных терапий остаются недостаточно изученными, что требует дальнейших исследований.

Фосфатидилсеринсинтазы, PTDSS1 и PTDSS2, являются ключевыми ферментами, ответственными за биосинтез фосфатидилсерина (PS)8,9,10, одного из основных анионных фосфолипидов в клеточныхмембранах 11, необходимого для поддержания структуры и функциимембраны 8,12,13. Эти ферменты имеют умеренное сходство последовательностей (~32%)13 и обладают несколькими трансмембранными областями, преимущественно локализованными на эндоплазматическом сетке и мембранах, связанных смитохондриями 14,15,16. PS генерируется в результате реакции серинного обмена с существующими фосфолипидами 8,9, при этом PTDSS1 преимущественно использует фосфатидилхолин17,18, а PTDSS2 — фосфатидилетаноламин19,20. PTDSS1 широко экспрессируется втканях 21, тогда как PTDSS2 демонстрирует более ограниченное распределение, с более высоким уровнем в нейронах мозга мышей и клетках Сертоли19. Функционально PTDSS2 необходим для нормального развития яичек, так как около 10% самцов мышей с нокаутом проявляют бесплодие и уменьшение размера яичек — фенотип, который не встречается у мышей с дефицитом PTDSS119. Хотя удаление одного гена ни другого фермента не снижает жизнеспособность, одновременная потеря приводит к эмбриональнойлетальности 19,22, что подчёркивает важность биосинтеза PS для выживания клеток. Недавние данные свидетельствуют о нарушении регуляции PTDSS1 и PTDSS2 при опухолях с изменённой инфильтрацией макрофагов, ассоциированных с опухоли, и более низкой выживаемостью у пациенток с ракоммолочной железы 23. В совокупности эти результаты свидетельствуют о том, что PTDSS1 и PTDSS2 критически важны для гомеостаза мембран, и их аномальная экспрессия может способствовать прогрессированию заболевания, особенно при раке.

В данном исследовании систематически сравниваются панраковые эффекты PTDSS1 и PTDSS2 на экспрессию опухолей, прогноз, ствол, иммунную регуляцию, геномные изменения и ответ на лечение. В отличие от предыдущих исследований, сосредоточенных на отдельных типах рака или изолированных событиях липидного метаболизма, настоящее исследование интегрирует мультиомические данные для изучения возможных связей между биосинтезом фосфатидилсерина, иммунитетом к опухолям и прогрессированием рака. Анализ включает паттерны экспрессии, корреляции с характеристиками опухоли и иммунно-связанными факторами, геномные особенности и прогнозирование чувствительности к лекарствам. Данное исследование направлено на углубление понимания функциональных ролей PTDSS1 и PTDSS2 при различных злокачественных заболеваниях, а также на предоставление теоретической основы и практических рекомендаций для разработки персонализированных стратегий лечения.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Это исследование основывалось исключительно на общедоступных наборах данных и не включало прямого участия человека или животных; поэтому институциональное этическое одобрение и информированное согласие не требовались

1. Анализ экспрессии PTDSS1 или PTDSS2

  1. Оценить экспрессию мРНК PTDSS1 и PTDSS2 в нормальных человеческих тканях с помощью базы данных Human Protein Atlas (HPA) (https://www.proteinatlas.org).
  2. Получите профили экспрессии генов PTDSS1 и PTDSS2 по нескольким типам рака из модуля «Gene DE» платформы TIMER2 (http://timer.cistrome.org/).
  3. Скачайте данные экспрессии РНК-секвенции для нормальных и опухолевых тканей из баз данных TCGA (http://cancergenome.nih.gov) и GTEx (http://commonfund.nih.gov/GTEx/).

2. Анализ патологической стадии, выживаемости и ствола опухоли

  1. Скачайте набор данных TCGA Pan-Cancer (PANCAN, N = 10 535, G = 60 499) с платформы UCSC Xena (https://xenabrowser.net/).
  2. Извлечь данные выражений PTDSS1 и PTDSS2 из всех выборок и исключить записи с нулевым значением выражения. Нормализуйте оставшиеся данные выражения с помощью преобразования log2(x + 0.001).
  3. Удалять типы рака с менее чем тремя образцами, в результате чего получается окончательный набор данных, включающий 37 типов опухолей. Проводите дифференциальный анализ экспрессии на клинических стадиях с помощью программного обеспечения R.
  4. Оценить статистическую значимость между двумя группами с помощью непарного t-теста Стьюдента и между несколькими группами с помощью анализа дисперсии (ANOVA)24.
  5. Получите набор данных TCGA Pan-Cancer с платформы UCSC Xena (https://xenabrowser.net/). Извлекать профили экспрессии PTDSS1 и PTDSS2 и исключать образцы с нулём значений экспрессии.
  6. Удалять случаи с длительностью наблюдения менее 30 дней. Нормализуйте оставшиеся данные выражения с помощью преобразования log2 с псевдо-количеством 0,001.
  7. Исключить типы рака с менее чем 10 образцами, в результате чего получится окончательный набор данных, включающий 39 типов рака с соответствующей информацией о операционной системе. Проведите анализ выживаемости с использованием пакета R.
  8. Постройте модели пропорциональных рисков Кокса с использованием функции коксфа для оценки связи между экспрессией PTDSS1/PTDSS2 и прогнозом пациентов при различных видах рака. Оцените различия в выживаемости с помощью логарифмическоготеста 24.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Из-за гетерогенности и неполной доступности клинических аннотационных данных для различных типов опухолей в TCGA дополнительные клинические ковариаты (такие как возраст, пол и стадия опухоли) не были единородно включены в регрессионный анализ Кокса.
  9. Получите набор данных TCGA Pan-Cancer с платформы UCSC Xena (https://xenabrowser.net/). Извлекать профили экспрессии PTDSS1 и PTDSS2 и рассчитывать индексы ствола опухоли на основе особенностей метилирования ДНК.
  10. Интегрировать показатели ствола с данными экспрессии генов для последующих анализов. Исключить образцы с нулём значений выражения и нормализовать оставшиеся данные выражений с помощью преобразования log2.
  11. Удалять типы рака, представленные менее чем тремя образцами, чтобы повысить аналитическую надёжность. Проведите корреляционный анализ Пирсона для оценки связи между экспрессией PTDSS1/PTDSS2 и стволом опухоли при различных типах рака 24.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Выборки с нулевыми значениями выражения были исключены для снижения потенциального влияния технического шума и неопределённых значений при нормализации на основе логарифмических преобразований. Тот же принцип применим и к последующим шагам.

3. Анализ прогноза выживаемости

  1. Анализируйте связи между экспрессией PTDSS1/PTDSS2 и стадием опухоли с помощью модуля «График стадии» в платформе интерактивного анализа экспрессии генов (GEPIA) (http://gepia.cancer-pku.cn/).
  2. Оцените прогностическую значимость PTDSS1 и PTDSS2 для различных типов рака с помощью базы данных KM Plotter (https://kmplot.com/analysis/).
  3. Стратифицировать пациентов на группы с высоким и низким уровнем экспрессии согласно медианным значениям экспрессии (порог-высокая = 50%, порог-низкая = 50%).
  4. Генерируйте карты значимости OS и кривые выживаемости Каплана–Мейера для PTDSS1 и PTDSS2 у опухолей TCGA с помощью GEPIA2. Статистическая значимость оценивается с помощью логарифмического теста.

4. Анализ генов, связанных с PTDSS1 или PTDSS2

  1. Получить сети взаимодействия белок-белок PTDSS1 и PTDSS2 из базы данных STRING (https://cn.string-db.org/), выбрав экспериментально проверенные взаимодействия у Homo sapiens со следующими параметрами: минимальная оценка взаимодействия = 0,150 (низкая уверенность), полный тип сети, основанные на доказательствах края и максимальное количество интеракторов = 50.
  2. Определить потенциальные коэкспрессированные гены с помощью модуля «Обнаружение подобных генов» в GEPIA2 (http://gepia2.cancer-pku.cn/#index) и выбрать 100 лучших родственных генов для дальнейшего анализа.
  3. Оценить корреляции экспрессии между PTDSS1/PTDSS2 и топ-10 взаимодействующими белками между типами опухолей с помощью модуля «Gene_Corr» в TIMER2.0 (http://timer.cistrome.org/) и визуализировать результаты в виде тепловых карт.
  4. Получите аннотации путей Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) через KEGG REST API (https://www.kegg.jp/kegg/rest/keggapi.html) и используйте их в качестве эталонной базы для анализа функционального обогащения.
  5. Проведите анализ обогащения множеств генов с помощью пакета R clusterProfiler с размерами наборов генов от 5 до 5000.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Статистическая значимость определяется как P < 0,05, а коэффициент ложного обнаружения (FDR) < 0,25.
  6. Проведите анализ обогащения генной онтологии (GO), включая биологические процессы (BP), клеточный компонент (CC) и молекулярную функцию (MF), используя базу данных DAVID. Визуализируйте обогащённые пути с помощью платформы микробиома.

5. Анализ генетических изменений

  1. Исследуйте мутационные профили PTDSS1 и PTDSS2 по различным типам рака с помощью платформы cBioPortal (http://www.cbioportal.org/) на основе когорты TCGA Pan-Cancer Atlas Studies.
  2. Изучите частоту и типы изменений PTDSS1 и PTDSS2 с помощью модулей «OncoPrint» и «Summary Types Cancer». Используйте модуль «OncoPrint» для визуализации мутаций, изменений числа копий и изменений экспрессии генов на разных образцах.
  3. Запросите PTDSS1 или PTDSS2 в разделах «Краткое описание типов рака» и «Мутации», чтобы получить подробную информацию о местах изменения изменений, типах мутаций и их распределении между различными типами рака.
  4. Скачайте набор данных TCGA Pan-Cancer (PANCAN, N = 10 535, G = 60 499) из базы данных UCSC Xena (https://xenabrowser.net/). Извлекать данные экспрессии PTDSS1 и PTDSS2 для каждого образца и получать соответствующие оценки микросателлитной нестабильности (MSI). Интегрировать экспрессию генов и данные MSI для дальнейших анализов.
  5. Исключить выборки с нулевой экспрессией и преобразить оставшиеся данные с помощью шкалы log2(x + 0.001). Удалить типы рака, представленные менее чем тремя образцами, в результате чего получится окончательный набор данных, включающий данные экспрессии и MSI по 37 типам рака24.
  6. Получите набор данных TCGA Pan-Cancer из базы данных UCSC Xena и извлеките данные экспрессии PTDSS1 и PTDSS2 для каждого образца. Скачайте данные о простой вариации нуклеотидов уровня 4, обработанные с помощью MuTect2, с портала GDC (https://portal.gdc.cancer.gov/).
  7. Рассчитайте нагрузку на мутацию опухолей (TMB) для каждого образца с помощью функции TMB в пакете Maftools R и интегрируйте значения TMB с соответствующими данными экспрессии генов.
  8. Исключить выборки с нулевой экспрессией и преобразить оставшиеся данные с помощью шкалы log2(x + 0.001). Удалить типы рака, представленные менее чем тремя образцами, в результате чего получится окончательный набор данных, включающий 37 типов рака.

6. Анализ иммунорегуляторных генов, иммунных контрольных точок и генов, модифицированных РНК

  1. Получить набор данных TCGA Pan-Cancer из базы данных UCSC и извлечь данные экспрессии PTDSS1 или PTDSS2 вместе с 150 маркерными генами, представляющими пять иммунно-связанных путей (хемокин: 41 ген; рецептор: 18 генов; MHC: 21 ген; иммуноингибитор: 24 гена; иммуностимулятор: 46 генов) для каждого образца.
  2. Исключить нормальные образцы тканей и образцы с нулевыми значениями экспрессии и применить преобразование log2(x + 0.001) ко всем данным экспрессии. Проведите корреляционный анализ Пирсона для оценки ассоциаций между PTDSS1 или PTDSS2 и генами маркеров иммунного пути.
  3. Извлечь налет данных TCGA Pan-Cancer из базы данных UCSC и извлечь данные экспрессии PTDSS1 или PTDSS2 вместе с 60 генами, участвующими в путях иммунных контрольных точек (ингибиторные: 24 гена; стимулирующие — 36 генов).
  4. Удалить нормальные образцы и выборки с нулевыми значениями выражения и преобразить все данные выражений с помощью log2(x + 0.001). Проведите корреляционный анализ Пирсона для оценки ассоциаций между PTDSS1 или PTDSS2 и генами, связанными с иммунными контрольными точками.
  5. Скачайте налет данных TCGA Pan-Cancer из базы данных UCSC и извлеките данные экспрессии PTDSS1 или PTDSS2 вместе с 44 генами, ассоциированными с тремя типами модификаций РНК (m1A: 10 генов; m5C: 13 генов; m6A: 21 ген) для каждого образца.
  6. Исключить нормальные образцы тканей и образцы с нулевыми значениями экспрессии и применить преобразование log2(x + 0.001) ко всем данным экспрессии. Проведите анализ корреляции Пирсона для оценки взаимосвязи между PTDSS1 или PTDSS2 и генами, связанными с модификацией РНК.

7. Анализ иммунной инфильтрации

  1. Скачайте набор данных TCGA Pan-Cancer из базы данных UCSC Xena и извлеките данные экспрессии PTDSS1 и PTDSS2 для каждого образца.
  2. Исключить нормальные выборки и образцы с нулевыми значениями выражения. Нормализуйте данные экспрессии с помощью трансформации log2(x + 0.001) и сопоставьте идентификаторы генов в формат GeneSymbol.
  3. Рассчитайте StromalScore, ImmuneScore и ESTIMATE Score для каждого пациента с помощью пакета ESTIMATE R, что даёт иммунную инфильтрацию для 9 554 образцов опухолей по 39 типам рака.
  4. Проведите корреляционный анализ Пирсона с использованием функции "corr.test" в пакете psych R для оценки связи между экспрессией генов и баллами иммунной инфильтрации.
  5. Оценить инфильтрацию иммунных клеток для B-клеток, CD4+ T-клеток, CD8+ T-клеток, нейтрофилов, макрофагов и дендритных клеток с использованием алгоритма TIMER, реализованного в пакете IOBR R для 9 405 образцов в 36 типах опухолей.
  6. Провести анализ корреляции Пирсона для оценки взаимосвязи между экспрессией PTDSS1/PTDSS2 и уровнем инфильтрации иммунных клеток.

8. Лекарственная чувствительность к PTDSS1 и PTDSS2 при панраковых препаратах

  1. Скачайте данные о активности соединений NCI-60 и профили экспрессии RNA-seq с CellMiner.
  2. Выберите одобренные FDA или клинические испытания соединения для последующего анализа.
  3. Проведите анализ чувствительности к лекарствам PTDSS1 и PTDSS2 при панраковой терапии с помощью программного обеспечения R.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Экспрессия мРНК PTDSS1 или PTDSS2 в различных нормальных тканях человека

Используя данные из базы данных HPA, были изучены профили экспрессии мРНК PTDSS1 и PTDSS2 в различных человеческих тканях. Анализ выявил заметные тканевые специфические экспрессионные паттерны. PTDSS1 был высоко выражен в паращитовидной железе, сердечной мышце, лимфатических узлах, миндалинах и костном мозге (рисунок 1A), тогда как PTDSS2 пок...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Рак — это системное заболевание, характеризующееся дисрегуляцией нескольких систем и обычно проходящее три стадии: элиминация, равновесие и побег25. На стадии элиминации иммунная система эффективно уничтожает новообразованные раковые клетки; на стадии равновесия раковые клетки и иммунные клетки находятся в относительном балансе, предотвращая расширение опухоли или метастазы; В конечном итоге, на стадии побега раковые клетки избегают иммунного надзора, быстро размн...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

У авторов нет конфликта интересов, которые можно было бы заявлять.

Благодарности

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы не получили финансовой поддержки для исследований, авторства и публикации этой статьи.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Платформа cBioPortalcBioPortalhttp://www.cbioportal.org/Платформа для визуализации и анализа многомерных данных геномики рака
Портал GDCГеномные данные Commons (GDC)https://portal.gdc.cancer.gov/Портал для скачивания наборов данных TCGA по геному и мутации
Платформа GEPIAGEPIAhttp://gepia.cancer-pku.cn/Веб-сервер для профилирования экспрессии генов и анализа выживаемости на основе наборов данных TCGA и GTEx
GEPIA2GEPIA2http://gepia2.cancer-pku.cn/#indexОбновлённый веб-сервер для корреляции экспрессии генов и интерактивного анализа
Базы данных GTExПроект по экспрессии тканей генотипа (GTEx)http://commonfund.nih.gov/GTEx/База данных, содержащая профили экспрессии генов из нормальных человеческих тканей
База данных Атласа белков человека (HPA)Атлас белков человекаhttps://www.proteinatlas.orgБаза данных для анализа профилей экспрессии белков и РНК в нормальных тканях и раках
KEGG REST APIКиотская энциклопедия генов и геномов (KEGG)https://www.kegg.jp/kegg/rest/keggapi.htmlПрикладной программный интерфейс для получения аннотаций путей KEGG
Инструмент плоттера KMKMplothttps://kmplot.com/analysis/Онлайн-инструмент для оценки прогностической значимости генов при множественных видах рака
Пакет maftools RBioconductor package maftoolsВерсия 2.8.05Пакет R, используемый для мутационного бремени опухолей и анализа мутаций
Psych R пакетПсихиатрия с пакетом CRAN RВерсия 2.1.6R-пакет, используемый для корреляционного и психологического статистического анализа
Пакет RR Foundation для статистических вычисленийВерсия 4.1.3Программное обеспечение статистических вычислений, используемое для анализа чувствительности к лекарствам
R package clusterProfilerBioconductor package clusterProfilerверсия 3.14.3Пакет R, используемый для анализов KEGG и функционального обогащения
Выживание пакета RВыживание пакета CRAN RВерсия 3.2-7R-пакет, используемый для регрессии Cox и Kaplan– Анализ выживаемости Мейера
Программное обеспечение RR Foundation для статистических вычисленийверсия 3.6.4Программное обеспечение для статистических вычислений, используемое для биоинформатики и анализа выживаемости
База данных STRINGСТРУНАhttps://cn.string-db.org/База данных для protein– Анализ сетей взаимодействия белков
Базы данных TCGAАтлас генома рака (TCGA)http://cancergenome.nih.govКрупномасштабная база данных по геномике рака, содержащая геномные, транскриптомные и клинические данные о раке
TIMER2.0TIMER2.0http://timer.cistrome.org/Платформа для оценки инфильтрации иммунных клеток и анализа корреляции при опухолях
Платформа Tumor Immune Estimation Resource 2.0 (TIMER2)TIMER2.0http://timer.cistrome.org/Веб-платформа для систематического анализа иммунной инфильтрации различных типов рака
Платформа UCSC XenaUCSC Xenahttps://xenabrowser.net/Платформа для визуализации и анализа TCGA и других публичных мультиомических наборов данных

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

PTDSS1PTDSS2

Похожие статьи