GSE99671, 105 adet CellAge yaşlanma ile ilişkili diferansiyel eksprese olan gen tanımladı
GSE99671, 18 eşleştirilmiş dokudan alınan 36 örneği içermekteydi. Düşük sayı filtrelemesi sonrası 16.683 gen korundu. Düzeltilmiş P < 0,05 değerinde, 2.248 gen diferansiyel eksprese olmuştur. Düzeltilmiş P < 0,05 ve |log2FC| ≥ 1 şeklindeki daha katı eşik değeri altında, tümörlerde 102'si yukarı regüle ve 492'si aşağı regüle olmak üzere 594 gen anlamlı bulundu (Şekil 1A,B). Diferansiyel eksprese olan 2.248 genin 866 CellAge geni ile kesişimi, 105 yaşlanma ile ilişkili diferansiyel eksprese olan gen verdi (Şekil 1C). PPARG, GSE99671'de log2FC = -0,644, P = 0,00451 ve düzeltilmiş P değeri = 0,0309 ile aşağı regüle olmuştur. 18 çiftin 13'ünde PPARG ekspresyonu normal dokuda tümör dokusuna göre daha yüksek çıkmış olup, eşleştirilmiş Wilcoxon P = 0,0294 olarak belirlenmiştir (Şekil 1D).
Çok modelli prognostik tarama, temel aday gen olarak PPARG'yi belirledi
TARGET-OS'ta, 27 ölüm olayının gerçekleştiği 85 hasta dahil edildi. Tek değişkenli Cox regresyonu, Kaplan-Meier analizi, sağkalım ROC analizi, LASSO, tekrarlanan LASSO ve rastgele sağkalım ormanı modellemesi kullanılarak 105 yaşlanma ile ilgili farklı ekspresyon gösteren genin entegre taraması, klinik düzeltme öncesinde 18 aday merkez gen ortaya çıkardı (Şekil 2A). PPARG, tek değişkenli Cox analizinde genel sağkalım ile ilişkiliydi (HR = 0.603, 95% CI = 0.454–0.802, P = 0.000494, FDR = 0.0447) ve bu durum, daha yüksek PPARG ekspresyonunun daha düşük mortalite riski ile ilişkili olduğunu göstermektedir. Yüksek ve düşük ekspresyon gruplarını karşılaştıran Kaplan-Meier analizi P = 0.00784 sonucunu verdi (Şekil 2B). 1, 3 ve 5. yıllardaki zamana bağlı AUC değerleri sırasıyla 0.603, 0.760 ve 0.776 idi (Şekil 2C). PPARG, 0.920'lik bir tekrarlanan LASSO seçim frekansı ve 0.0398'lik bir rastgele sağkalım ormanı önemi gösterdi (Şekil 2D–F). PPARG'nin önceden belirlenmiş altı tarama kriterinin tamamını karşılaması nedeniyle başlangıç merkez puanı 6/6 idi.
Klinik düzeltme, PPARG'nin prognostik ilişkisini destekledi
Klinik kovaryantlar dahil edildikten sonra PPARG, genel sağkalımla anlamlı derecede ilişkili kalmaya devam etti (düzeltilmiş HR = 0.224, 95% CI = 0.085–0.589, P = 0.00241; Şekil 2G). Yalnızca klinik verilere dayanan modelin C-indeksi 0.707 ve AIC değeri 89.921 idi (Ek Tablo 1). PPARG'nin eklenmesi C-indeksini 0.829'a yükseltti, AIC değerini 78.466'ya düşürdü ve olasılık oran testi uyarınca model uyumunu anlamlı şekilde iyileştirdi (P = 0.000244; Ek Tablo 2, Şekil 2H,I). Definitif cerrahinin çıkarılmasından sonra yapılan duyarlılık analizi, PPARG'nin koruyucu ilişkisini korudu (HR = 0.249, P = 0.00185; Ek Tablo 3, Şekil 2J). PPARG, 13 ile en yüksek klinik entegre skora ulaştı (6 başlangıç hub skoru artı yedi klinik entegrasyon puanı) ve final 3 ve 5 yıllık AUC değerleri sırasıyla 0.770 ve 0.813 olarak görüldü (Şekil 2K).
PPARG ile ilişkili fonksiyonel ve immün mikroçevresel özellikler
PPARG-yüksek ve PPARG-düşük gruplarının karşılaştırıldığı 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). Toplu TARGET-OS verilerinde, PPARG'nin genel CellAge senesans skoru ile anlamlı bir korelasyonu saptanmamış ancak (Spearman ρ = 0.022, P = 0.837; Şekil 3B), birkaç bireysel CellAge geni ile korelasyon gösterdiği görülmüştür (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 göstermiştir. FDR düzeltmesi sonrası, PPARG-yüksek tümörlerin daha yüksek osteoklast benzeri, makrofaj, CD8 T-hücresi, dendritik hücre, monosit, nötrofil, NK hücresi ve endotel hücre imzaları sergilediği görülmüştür (Ek Tablo 4, Şekil 3D,E).
Tek hücre transkriptomiği, PPARG'nin vasküler ve mikroçevresel bölmelerde lokalize olduğunu göstermiştir
Tek hücre veri seti 68.336 hücre ve 32.297 gen içermekteydi. PPARG ekspresyonu hücre tipleri arasında anlamlı farklılıklar 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 hücrelerinkinden anlamlı derecede yüksek değildi (FDR = 0,151). Bu bulgular, osteosarkomdaki PPARG ekspresyonunun malign hücrelerle sınırlı olmaktan ziyade, ağırlıklı olarak vasküler, miyloid ve stromal mikroçevresel durumları yansıttığını ortaya koymuştur (Şekil 4F).
Uzamsal transkriptomik, PPARG'yi senesansla ilişkili uzamsal durumlar ve vasküler nişlerle ilişkilendirdi
Kalite kontrol sonrası, 4.572 SP_BS3 uzamsal noktası tutuldu ve yedi uzamsal küme altında gruplandırıldı (Şekil 5A). Şekil 5B, nFeature_Spatial'ın (nokta başına tespit edilen genler) uzamsal dağılımını göstermektedir. Ayrı olarak, 866 CellAge geninden 845'i uzamsal ekspresyon matrisi ile eşleşmiştir (%97,58). PPARG odaklı 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 skoru (ρ = 0,0367, FDR = 0,0181) arasında pozitif korelasyonlar gösterirken; PPARG'nin malign osteosarkom skoru (ρ = -0,0592, FDR = 0,000219) ve tümör stromal skoru (ρ = -0,0531, FDR = 0,000774) ile negatif korelasyon gösterdiği belirlenmiştir (Ek Tablo 5, Şekil 5E). Etiket aktarım 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 korelasyonların yanı sıra, malign osteosarkom hücre tahmin skoru (ρ = -0,0699, FDR = 1,1 × 10-5) ile negatif bir korelasyon göstermiştir (Şekil 5F–H).
Ekspresyon verileri ve deneysel doğrulama PPARG downregülasyonunu destekledi
GSE36001; 19 osteosarkom örneği ve altı normal kontrol grubu içermektedir. PPARG, osteosarkomda anlamlı düzeyde downregüle olmuştur (logFC = -1.429, P = 0.00730, düzeltilmiş P değeri = 0.0435; Şekil 6A). Hücre tabanlı doğrulamada, qRT-PCR ile belirlendiği üzere PPARG mRNA ekspresyonu osteosarkom 143B hücrelerinde, insan osteoblast hücrelerine göre anlamlı derecede düşük bulunmuştur (P < 0.001; Şekil 6B). Western blotting ile yapılan incelemede, 143B hücrelerinde PPARG protein ekspresyonunun da anlamlı şekilde azaldığı görülmüştür (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 içermediği için yalnızca harici ekspresyon doğrulaması sağlamış, bağımsız prognostik doğrulama sunmamıştır.
VERİ ERİŞİLEBİLİRLİĞİ:
Bu çalışmada kullanılan tüm veri setleri kamuya açıktır. GSE99671 ve GSE36001, Gene Expression Omnibus veri tabanından (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi/acc=GSE99671; https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi/acc=GSE36001) elde edilmiştir. TARGET-OS transkriptomik ve klinik verileri UCSC Xena'dan (https://xena.ucsc.edu/) indirilmiştir. Senesans ile ilişkili genler, Human Ageing Genomic Resources'ın bir parçası olan CellAge: The Database of Cell Senescence Genes'den (https://genomics.senescence.info/cells/) alınmıştır. İnsan osteosarkom tek hücre ve mekansal transkriptomik veri setleri, yayınlanmış atlas ve buna bağlı GitHub deposundan (https://github.com/zhengxj1/A-Single-Cell-and-Spatially-Resolved-Atlas-of-Human-Osteosarcomas) elde edilmiştir. Zenginleştirme analizi için gen setleri MSigDB'den (https://www.gsea-msigdb.org/gsea/msigdb/) alınmıştır. Bu çalışmada oluşturulan işlenmiş veriler ve rapor edilen sonuçları yeniden üretmek için kullanılan analiz scriptleri derlenmiş ve Ek Dosya 1 olarak sunulmuştur.

Şekil 1: Osteosarkomda diferansiyel eksprese olan genlerin ve CellAge kaynaklı senesansla ilişkili aday genlerin belirlenmesi. (A) GSE99671 veri setindeki osteosarkom dokuları ile eşleşen tümör dışı kontrol dokuları arasındaki diferansiyel eksprese olan genleri gösteren volkan grafiği. Anlamlı düzeyde artmış (upregulated) ve azalmış (downregulated) genler, önceden tanımlanmış kesme kriterlerine göre vurgulanmıştır. (B) GSE99671'deki osteosarkom ve eşleşen kontrol örnekleri genelinde temsilci diferansiyel eksprese olan genlerin ekspresyon modellerini gösteren ısı haritası. (C) GSE99671 diferansiyel eksprese olan genler ile CellAge senesansla ilişkili genler arasındaki kesişimi gösteren Venn diyagramı. (D) GSE99671'deki osteosarkom dokuları ile eşleşen tümör dışı kontrol dokuları arasında PPARG'nin eşleşmiş ekspresyon karşılaştırması. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Makine öğrenimi ve klinik olarak ayarlanmış sağkalım analizleri, PPARG'nin osteosarkomda temel bir senesansla ilişkili prognostik hub gen olduğunu belirlemektedir. (A) TARGET-OS kohortundaki aday senesansla ilişkili genler için tek değişkenli Cox regresyon sonuçlarını gösteren Forest grafiği. (B) PPARG-yüksek ve PPARG-düşük hastalar arasında genel sağkalımı karşılaştıran Kaplan–Meier sağkalım eğrisi. (C) PPARG'nin genel sağkalım için öngörü 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 tekrarlanan LASSO stabilite analizi. (F) 1.000 ağaçtan elde edilen değişken önem skorlarını gösteren rastgele sağkalım ormanı analizi. (G) Aday hub genler için klinik olarak ayarlanmış Cox regresyon sonuçlarını gösteren Forest grafiği. (H) Münferit hub genlerin klinik modele eklenmesinden sonraki AIC değişimleri. (I) Münferit hub genlerin klinik modele eklenmesinden sonraki C-indeksi iyileşmesi. (J) Aday Hub genin nihai klinik-entegre skor (aralık 0–13) 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 grupları 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 yollarını gösteren GSEA balon grafiği. (B) Toplu TARGET-OS verilerinde PPARG ile genel CellAge senesans 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 skorları farkları. 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 bölmeler genelinde PPARG lokalizasyonu. (A) Basitleştirilmiş manuel anotasyon sonrası insan osteosarkom tek hücre transkriptomik veri setindeki ana hücre tiplerinin UMAP görselleştirmesi. (B) Tek hücreler genelinde PPARG ekspresyonunun küresel dağılımını gösteren FeaturePlot. (C) Ana hücre tipleri genelinde PPARG ekspresyonunu gösteren DotPlot. (D) Farklı hücre tiplerindeki PPARG ekspresyon seviyelerini gösteren keman grafiği (violin plot). (E) Her bir ana 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 konumsal transkriptomik lokalizasyonu ve yaşlanma ile ilişkili konumsal özellikler. (A) SP_BS3 osteosarkom konumsal transkriptomik kesitinde transkriptomla tanımlanmış kümelerin konumsal dağılımı. (B) nFeature_Spatial ile gösterilen, nokta başına saptanan genlerin konumsal dağılımı. (C) SP_BS3 noktaları genelinde PPARG'nin konumsal ekspresyon paterni. (D) CellAge kaynaklı yaşlanma skorunun konumsal dağılımı. (E) PPARG ekspresyonu ile konumsal CellAge kaynaklı yaşlanma skoru veya hücre ekolojik niş skorları arasındaki korelasyon analizi. (F) Her bir konumsal nokta için tek hücre kaynaklı baskın hücre tipini gösteren etiket transferi tahmin haritası. (G) PPARG ekspresyonu, CellAge kaynaklı yaşlanma skoru ve etiket transferi kaynaklı hücre tipi tahmin skorları arasındaki korelasyon analizi. (H) PPARG-yüksek ve PPARG-düşük noktaların konumsal 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 örneklerindeki (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 temsilci Western blot. Yükleme kontrolü olarak GAPDH kullanılmıştır. (D) GAPDH'ye göre normalize edilmiş relatif PPARG protein seviyelerini gösteren Western blot bantlarının 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 verilere dayalı Cox modelinin performansı. Cinsiye, yaş, tanı anındaki hastalık durumu, primer tümör bölgesi, spesifik tümör alanı ve kesin cerrahi durum dahil olmak üzere yalnızca klinik değişkenler kullanılarak oluşturulan Cox modelinin C-indeksi, AIC 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 modelleri arasındaki karşılaştırma. Bireysel aday merkez genlerin klinik modele eklenmesinin ardından elde edilen C-indeksi, AIC, olabilirlik oran testi istatistikleri ve model iyileştirme metriklerini içeren 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. Kesin cerrahi değişkeni düzeltilmiş klinik modelden çıkarıldıktan sonra, aday hub genlerin, özellikle PPARG'nin prognostik ilişkilerinin sabit kalıp kalmadığını değerlendiren duyarlılık Cox regresyon sonuçları. Bu dosyayı indirmek için lütfen 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 salgılayıcı fenotip; ssGSEA = tek örnek gen seti zenginleştirme analizi. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Tablo 5: SP_BS3'te PPARG'nin mekansal transkriptomik korelasyon analizi. SP_BS3 osteosarkom mekansal transkriptomik kesitinde, PPARG ekspresyonu ile mekansal CellAge kaynaklı senesans skoru, hücre ekolojik niş skorları ve etiket aktarımı kaynaklı hücre tipi öngörü skorları arasındaki korelasyon sonuçları. Lütfen bu dosyayı indirmek için buraya tıklayın.