GSE99671, hücre yaşlanmasıyla (CellAge) ilişkili 105 diferansiyel olarak eksprese edilen gen belirledi
GSE99671, 18 eşleşmiş dokudan alınan 36 örneği içermekteydi. Düşük sayım filtrelemesinin ardından 16.683 gen korundu. Ayarlanmış P < 0,05 değerinde 2.248 gen diferansiyel olarak eksprese edildi. Ayarlanmış P < 0,05 ve |log2FC| ≥ 1 şeklindeki daha sıkı eşik değerinde, tümörlerde yukarı regüle edilmiş 102 ve aşağı regüle edilmiş 492 gen dahil olmak üzere 594 gen anlamlı bulundu (Şekil 1A,B). 2.248 diferansiyel olarak eksprese edilen gen ile 866 CellAge geninin kesişimi, yaşlanma ile ilişkili 105 diferansiyel olarak eksprese edilen gen sağladı (Şekil 1C). PPARG, GSE99671'de log2FC = -0,644, P = 0,00451 ve ayarlanmış P değeri = 0,0309 ile aşağı regüle olmuştu. 18 çiftin 13'ünde, PPARG ekspresyonu normal dokuda tümör dokusuna göre daha yüksekti ve eşleşmiş Wilcoxon P = 0,0294 olarak belirlendi (Şekil 1D).
Çok modelli prognostik tarama PPARG'yi temel aday gen olarak belirledi
TARGET-OS çalışmasına, 27 ölüm olayı gerçekleşen 85 hasta dahil edildi. Tek değişkenli Cox regresyonu, Kaplan-Meier analizi, sağkalım ROC analizi, LASSO, tekrarlanan LASSO ve rastgele sağkalım ormanı modellemesi kullanılarak senesansla ilişkili 105 farklı eksprese edilen genin entegre taraması, klinik düzeltme öncesinde 18 aday hub gen ortaya çıkardı (Şekil 2A). Tek değişkenli Cox analizinde PPARG, genel sağkalım ile ilişkili bulundu (HR = 0.603, 95% CI = 0.454–0.802, P = 0.000494, FDR = 0.0447); bu durum, yüksek PPARG ekspresyonunun daha düşük mortalite riski ile ilişkili olduğunu göstermektedir. Yüksek ve düşük ekspresyon gruplarını karşılaştıran Kaplan-Meier analizi P = 0.00784 sonucunu vermiştir (Şekil 2B). 1, 3 ve 5. yıllardaki zamana bağlı AUC değerleri sırasıyla 0.603, 0.760 ve 0.776 olarak belirlenmiştir (Şekil 2C). PPARG, 0.920'lik bir tekrarlanan LASSO seçim frekansı ve 0.0398'lik bir rastgele sağkalım ormanı önemi göstermiştir (Şekil 2D–F). PPARG'nin başlangıç hub skoru, önceden belirlenmiş altı tarama kriterinin tamamını karşıladığı için 6/6 olmuştur.
Klinik düzeltme, PPARG'nin prognostik ilişkisini destekledi
Klinik kovaryantlar dahil edildikten sonra, PPARG genel sağkalım ile anlamlı düzeyde ilişkili kalmaya devam etti (düzeltilmiş HR = 0.224, 95% CI = 0.085–0.589, P = 0.00241; Şekil 2G). Sadece klinik verileri içeren modelin C-indeksi 0.707 ve AIC değeri 89.921 idi (Ek Tablo 1). PPARG'nin eklenmesi C-indeksini 0.829'a yükseltmiş, AIC değerini 78.466'ya düşürmüş ve olasılık oranı testine göre model uyumunu anlamlı şekilde iyileştirmiştir (P = 0.000244; Ek Tablo 2, Şekil 2H,I). Definitif cerrahi sonrası yapılan sensitivite analizi, PPARG'nin koruyucu ilişkisini korumuştur (HR = 0.249, P = 0.00185; Ek Tablo 3, Şekil 2J). PPARG, 13'lük (başlangıç hub skoru 6 artı yedi klinik entegrasyon puanı) en yüksek klinik entegre skora ulaşmış ve final 3 ve 5 yıllık AUC değerleri sırasıyla 0.770 ve 0.813 olarak görülmüştür (Şekil 2K).
PPARG ile ilişkili fonksiyonel ve immün mikroçevresel özellikler
PPARG-yüksek ve PPARG-düşük grupları karşılaştıran GSEA; Nemeth Inflammatory Response LPS Up, Burton Adipogenesis 5, Burton Adipogenesis 6, Krieg KDM3A Targets Not Hypoxia, Reactome: Transcriptional Regulation By TP53, Fulcher Inflammatory Response Lectin Vs LPS Dn, Hollmann Apoptosis Via CD40 Dn, Zhou Inflammatory Response Live Dn, WP: Fatty Acids And Lipoproteins Transport In Hepatocytes, Sweet Lung Cancer KRAS Up, KEGG Medicus Pathogen HIV Tat To TLR2/4 NF-kB Signaling Pathway ve Reactome: Fatty Acids sonuçlarını göstermiştir (Şekil 3A). Bulk TARGET-OS verilerinde, PPARG genel CellAge senesans skoru ile anlamlı bir korelasyon göstermemiştir (Spearman ρ = 0.022, P = 0.837; Şekil 3B), ancak birkaç bireysel CellAge geni ile korelasyon göstermiştir (Şekil 3C). İmmün mikroçevre analizi, PPARG ile makrofajlar (ρ = 0.485, FDR = 2.7 × 10-5), CD8 T hücreleri (ρ = 0.410, FDR = 5.88 × 10-4), osteoklast benzeri imza (ρ = 0.383, FDR = 0.00120), nötrofiller (ρ = 0.376, FDR = 0.00120) ve dendritik hücreler (ρ = 0.370, FDR = 0.00123) arasında pozitif korelasyonlar olduğunu ortaya koymuştur. FDR düzeltmesi sonrası PPARG-yüksek tümörler; daha yüksek osteoklast benzeri, makrofaj, CD8 T-hücresi, dendritik hücre, monosit, nötrofil, NK hücresi ve endotel hücre imzaları göstermiştir (Ek Tablo 4, Şekil 3D,E).
Tek hücre transkriptomiği, PPARG'yi vasküler ve mikroçevresel kompartmanlara yerleştirdi
Tek hücre veri seti 68.336 hücre ve 32.297 gen içeriyordu. PPARG ekspresyonu hücre tipleri arasında önemli ölçüde farklılık gösterdi (Şekil 4A). En yüksek ortalama ekspresyon endotel hücrelerinde (ortalama ekspresyon = 0.540; pozitif oran = %44,33), perisitlerde (ortalama ekspresyon = 0.439; pozitif oran = %41,61), makrofajlarda/monositlerde (ortalama ekspresyon = 0.363; pozitif oran = %31,62) ve tümörle ilişkili stromal hücrelerde (ortalama ekspresyon = 0.361; pozitif oran = %44,10; Şekil 4B–E) gözlemlendi. Malign osteosarkom hücrelerinin bir alt kümesi PPARG eksprese etti (ortalama ekspresyon = 0.163; pozitif oran = %16,70), ancak malign osteosarkom hücrelerindeki ekspresyon diğer hücrelerdekinden anlamlı derecede yüksek değildi (FDR = 0.151). Bu bulgular, osteosarkomdaki PPARG ekspresyonunun, malign hücrelerle sınırlı olmaktan ziyade ağırlıklı olarak vasküler, myeloid ve stromal mikroçevresel durumları yansıttığını göstermiştir (Şekil 4F).
Uzamsal transkriptomik, PPARG'yi senesansla ilişkili uzamsal durumlar ve vasküler nişlerle ilişkilendirdi
Kalite kontrolünden sonra, 4.572 SP_BS3 uzamsal noktası korunmuş ve yedi uzamsal küme altında gruplandırılmıştır (Şekil 5A). Şekil 5B, nFeature_Spatial'ın (nokta başına saptanan gen sayısı) uzamsal dağılımını göstermektedir. Ayrıca, 866 CellAge geninden 845'i uzamsal ekspresyon matrisi ile eşleşmiştir (%97,58). PPARG, fokal uzamsal ekspresyon göstermiştir (Şekil 5C). PPARG çıkarıldıktan sonra hesaplanan CellAge uzamsal senesans skoru, PPARG ekspresyonu ile zayıf ancak istatistiksel olarak anlamlı pozitif bir korelasyon göstermiştir (ρ = 0,0692, P = 3,0 × 10-6, FDR = 1,9 × 10-5; Şekil 5D). Uzamsal niş skorlaması, PPARG ile endotelyal skor (ρ = 0,0433, FDR = 0,00592) ve perisit skor (ρ = 0,0367, FDR = 0,0181) arasında pozitif korelasyonlar gösterirken; PPARG, malign osteosarkom skoru (ρ = -0,0592, FDR = 0,000219) ve tümör stromal skoru (ρ = -0,0531, FDR = 0,000774) ile negatif korelasyon göstermiştir (Ek Tablo 5, Şekil 5E). Etiket transfer analizi de benzer şekilde endotelyal tahmin skoru (ρ = 0,0507, FDR = 0,00120) ve perisit tahmin skoru (ρ = 0,0394, FDR = 0,0123) ile pozitif korelasyonlar, malign osteosarkom hücresi tahmin skoru ile ise negatif korelasyon (ρ = -0,0699, FDR = 1,1 × 10-5; Şekil 5F–H) göstermiştir.
Harici ekspresyon ve deneysel doğrulama PPARG downregülasyonunu destekledi
GSE36001, 19 osteosarkom örneği ve altı normal kontrol içeriyordu. PPARG, osteosarkomda anlamlı düzeyde downregüle olmuştu (logFC = -1.429, P = 0.00730, düzeltilmiş P değeri = 0.0435; Şekil 6A). Hücre tabanlı doğrulamada, qRT-PCR ile belirlendiğinde PPARG mRNA ekspresyonu, osteosarkom 143B hücrelerinde insan osteoblast hücrelerine göre anlamlı derecede daha düşüktü (P < 0.001; Şekil 6B). Western blotting ile yapılan analizlerde, PPARG protein ekspresyonunun da 143B hücrelerinde anlamlı düzeyde azaldığı görüldü (P < 0.01; Şekil 6C,D). Bu harici kohort, mRNA ve protein düzeyindeki bulgular, osteosarkomda azalan PPARG ekspresyonunu tutarlı bir şekilde desteklemiştir. GSE36001 sağkalım sonuçlarını içermediğinden, bağımsız prognostik doğrulama değil, yalnızca harici ekspresyon doğrulaması sağlamıştır.
VERİ KULLANILABİLİRLİĞİ:
Bu çalışmada kullanılan tüm veri setleri halka açıktır. GSE99671 ve GSE36001, Gene Expression Omnibus veri tabanından elde edilmiştir (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi/acc=GSE99671; https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi/acc=GSE36001). TARGET-OS transkriptomik ve klinik verileri UCSC Xena'dan indirilmiştir (https://xena.ucsc.edu/). Yaşlanma ile ilişkili genler, Human Ageing Genomic Resources'ın bir parçası olan CellAge: The Database of Cell Senescence Genes'den elde edilmiştir (https://genomics.senescence.info/cells/). İnsan osteosarkom tek hücre ve mekânsal transkriptomik veri setleri, yayınlanmış atlas ve ilişkili GitHub deposundan elde edilmiştir (https://github.com/zhengxj1/A-Single-Cell-and-Spatially-Resolved-Atlas-of-Human-Osteosarcomas). Zenginleştirme analizi için kullanılan gen setleri MSigDB'den alınmıştır (https://www.gsea-msigdb.org/gsea/msigdb/). Bu çalışmada üretilen işlenmiş veriler ve raporlanan sonuçları yeniden üretmek için kullanılan analiz betikleri derlenerek Ek Dosya 1 olarak sunulmuştur.

Şekil 1: Osteosarkomda diferansiyel ekspresyon gösteren genlerin ve CellAge kaynaklı senesans ile ilişkili aday genlerin belirlenmesi. (A) GSE99671 veri setindeki osteosarkom dokuları ile eşleştirilmiş tümör dışı kontrol dokular arasındaki diferansiyel ekspresyon gösteren genleri gösteren yanardağ grafiği. Anlamlı düzeyde artmış ve azalmış genler, önceden tanımlanmış kesim kriterlerine göre vurgulanmıştır. (B) GSE99671'deki osteosarkom ve eşleştirilmiş kontrol örneklerinde temsili diferansiyel ekspresyon gösteren genlerin ekspresyon modellerini gösteren ısı haritası. (C) GSE99671 diferansiyel ekspresyon gösteren genler ile CellAge senesans ilişkili genler arasındaki kesişimi gösteren Venn diyagramı. (D) GSE99671'de osteosarkom dokuları ile eşleşmiş tümör dışı kontrol dokuları arasında PPARG'nin eşleştirilmiş ekspresyon karşılaştırması. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Makine öğrenimi ve klinik olarak düzeltilmiş sağkalım analizleri, PPARG'yi osteosarkomda yaşlanma ile ilişkili temel bir prognostik hub gen olarak tanımlamaktadır. (A) TARGET-OS kohortundaki yaşlanma ile ilişkili aday genler için tek değişkenli Cox regresyon sonuçlarını gösteren forest plot. (B) PPARG-yüksek ve PPARG-düşük hastalar arasındaki genel sağkalımı karşılaştıran Kaplan–Meier sağkalım eğrisi. (C) PPARG'nin genel sağkalım için öngörücü performansını değerlendiren zamana bağlı ROC eğrileri. (D) Prognostik aday genlerin seçimi için LASSO Cox regresyonunun çapraz doğrulama eğrisi. (E) 300 beşli tekrarlama boyunca lambda.min seçim frekanslarını gösteren tekrarlanmış LASSO stabilite analizi. (F) 1.000 ağaçtan elde edilen değişken önem skorlarını gösteren rastgele sağkalım ormanı analizi. (G) Aday hub genler için klinik olarak düzeltilmiş Cox regresyon sonuçlarını gösteren forest plot. (H) Tekil hub genlerin klinik modele eklenmesinden sonraki AIC değişimleri. (I) Tekil hub genlerin klinik modele eklenmesinden sonraki C-indeksi iyileşmesi. (J) Aday Hub genin final klinik-entegre skor (0–13 aralığı) sıralaması. (K) 40 hastalık klinik analiz alt kümesinde PPARG'nin 3 ve 5 yıllık AUC değerlerini gösteren zamana bağlı ROC eğrileri; 1 yıllık AUC tahmin edilememiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: PPARG ile ilişkili fonksiyonel zenginleştirme ve immün mikroçevre analizi. (A) PPARG-yüksek ve PPARG-düşük gruplarını karşılaştıran ve Nemeth Inflammatory Response LPS Up, Burton Adipogenesis 5, Burton Adipogenesis 6, Krieg KDM3A Targets Not Hypoxia, Reactome: Transcriptional Regulation By TP53, Fulcher Inflammatory Response Lectin Vs LPS Dn, Hollmann Apoptosis Via CD40 Dn, Zhou Inflammatory Response Live Dn, WP: Fatty Acids And Lipoproteins Transport In Hepatocytes, Sweet Lung Cancer KRAS Up, KEGG Medicus Pathogen HIV Tat To TLR2/4 NF-kB Signaling Pathway ve Reactome: Fatty Acids setlerini gösteren GSEA balon grafiği. (B) Toplu TARGET-OS verilerinde PPARG ile genel CellAge yaşlanma skoru arasındaki korelasyon. (C) PPARG ile bireysel CellAge genleri arasındaki korelasyonlar. (D) PPARG ile immün mikroçevre imzaları arasındaki korelasyonlar. (E) PPARG-yüksek ve PPARG-düşük grupları arasındaki mikroçevre skorlarındaki farklılıklar. Korelasyonlar Spearman sıra korelasyon katsayısı (ρ) kullanılarak değerlendirilmiş ve düzeltilmiş P değerleri Benjamini-Hochberg yöntemi kullanılarak hesaplanmıştır. Kısaltmalar: GSEA = gen seti zenginleştirme analizi; NF-κB = nükleer faktör kappa-B; JAK-STAT = Janus kinaz-sinyal iletici ve transkripsiyon aktivatörü; IL-12 = interlökin-12; FDR = yanlış keşif oranı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Osteosarkom tek hücre transkriptomik verilerinde hücresel kompartımanlar genelinde PPARG lokalizasyonu. (A) Basitleştirilmiş manuel anotasyon sonrası insan osteosarkom tek hücre transkriptomik veri setindeki temel hücre tiplerinin UMAP görselleştirmesi. (B) Tek hücrelerde PPARG ekspresyonunun küresel dağılımını gösteren FeaturePlot. (C) Temel hücre tiplerinde PPARG ekspresyonunu gösteren DotPlot. (D) Farklı hücre tiplerinde PPARG ekspresyon seviyelerini gösteren keman grafiği (violin plot). (E) Her bir temel hücre tipindeki PPARG-pozitif hücrelerin oranını gösteren sütun grafiği. (F) Malign osteosarkom hücrelerinde PPARG ekspresyonunu gösteren UMAP görselleştirmesi. Kısaltma: UMAP = uniform manifold approximation and projection. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5: Osteosarkomda PPARG'nin uzamsal transkriptomik lokalizasyonu ve yaşlılıkla ilgili uzamsal özellikler. (A) SP_BS3 osteosarkom uzamsal transkriptomik kesitinde transkriptomla tanımlanmış kümelerin uzamsal dağılımı. (B) nFeature_Spatial ile gösterilen, nokta başına tespit edilen genlerin uzamsal dağılımı. (C) PPARG'nin SP_BS3 noktaları genelindeki uzamsal ekspresyon paterni. (D) CellAge kaynaklı senesans skorunun uzamsal dağılımı. (E) PPARG ekspresyonu ile uzamsal CellAge kaynaklı senesans skoru veya hücre ekolojik niş skorları arasındaki korelasyon analizi. (F) Her bir uzamsal nokta için baskın tek hücre kaynaklı hücre tipini gösteren etiket transfer tahmin haritası. (G) PPARG ekspresyonu, CellAge kaynaklı senesans skoru ve etiket transferi kaynaklı hücre tipi tahmin skorları arasındaki korelasyon analizi. (H) PPARG-yüksek ve PPARG-düşük noktaların uzamsal dağılımı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 6: Osteosarkomda PPARG downregülasyonunun harici ekspresyonu ve deneysel doğrulaması. (A) GSE36001 veri setindeki osteosarkom örneklerinde (n = 19) ve normal kontrol örneklerinde (n = 6) PPARG ekspresyon seviyelerini gösteren kutu grafiği. (B) İnsan osteosarkom 143B hücreleri ve insan osteoblast kontrol hücrelerinde PPARG mRNA ekspresyonunun qRT-PCR analizi. (C) İnsan osteoblast kontrol hücreleri ve osteosarkom 143B hücrelerinde PPARG ve GAPDH protein ekspresyonunu gösteren temsili Western blot. Yükleme kontrolü olarak GAPDH kullanılmıştır. (D) Western blot bantlarının, GAPDH'ye göre normalize edilmiş bağıl PPARG protein seviyelerini gösteren densitometrik kantifikasyonu. (B) ve (D) bölümlerinde veriler, üç bağımsız deneyden elde edilen ortalama ± SD olarak sunulmuştur. İki kuyruklu eşleştirilmemiş Student’s t-testi kullanılarak belirlendiği üzere, insan osteoblast kontrol grubuna kıyasla P < 0.01 ve P < 0.001. Kısaltmalar: qRT-PCR = kantitatif ters transkripsiyon polimeraz zincir reaksiyonu; GAPDH = gliseraldehit-3-fosfat dehidrogenaz; SD = standart sapma. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Tablo 1: TARGET-OS kohortunda yalnızca klinik veriler içeren Cox modelinin performansı. Cinsiyet, yaş, tanı anındaki hastalık durumu, primer tümör bölgesi, spesifik tümör alanı ve kesin cerrahi durumu dahil olmak üzere yalnızca klinik değişkenler kullanılarak oluşturulan Cox modelinin C-indeksi, AIC'si ve model özeti. Kısaltma: AIC = Akaike bilgi kriteri. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Tablo 2: Yalnızca klinik ve klinik-artı-gen Cox modellerinin karşılaştırılması. C-indeksi, AIC, olabilirlik oran testi istatistikleri ve model iyileştirme metrikleri dahil olmak üzere, bireysel aday hub genlerin klinik modele eklenmesinden sonraki model karşılaştırma sonuçları. Kısaltma: AIC = Akaike bilgi kriteri. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Tablo 3: Kesin cerrahi değişkeninin çıkarılmasından sonra yapılan duyarlılık analizi. Aday hub genlerin, özellikle PPARG'nin prognostik ilişkilerinin, kesin cerrahi değişkeni düzeltilmiş klinik modelden çıkarıldıktan sonra stabil kalıp kalmadığını değerlendiren duyarlılık Cox regresyon sonuçları. Lütfen bu dosyayı indirmek için buraya tıklayın.
Ek Tablo 4: TARGET-OS'ta PPARG ile ilişkili immün ve stromal mikroçevre imzaları. PPARG ekspresyonu ile immün, stromal, vasküler, inflamatuar ve SASP ile ilişkili ssGSEA imzaları arasındaki korelasyon ve grup karşılaştırma sonuçları; Spearman korelasyon katsayıları, P değerleri, düzeltilmiş P değerleri ve PPARG-yüksek ile PPARG-düşük karşılaştırmalarını içerir. Kısaltmalar: SASP = senesansla ilişkili sekretuvar fenotip; ssGSEA = tek örneklem gen seti zenginleştirme analizi. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayınız.
Ek Tablo 5: SP_BS3'te PPARG'nin uzamsal transkriptomik korelasyon analizi. SP_BS3 osteosarkom uzamsal transkriptomik kesitinde PPARG ekspresyonu ile uzamsal CellAge kaynaklı senesans skoru, hücre ekolojik niş skorları ve etiket transferi kaynaklı hücre tipi tahmin skorları arasındaki korelasyon sonuçları. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.