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1 单个疾病WGCNA+PPI分析筛选hub基因。
2 单个疾病结合免疫浸润,铁死亡,自噬等基因集,机器学习算法等。
3 两种相关疾病联合分析,包括非肿瘤结合非肿瘤,非肿瘤结合肿瘤或者非肿瘤结合泛癌分析
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研究概述:
冠状动脉粥样硬化性心脏病,或冠状动脉疾病(CAD),是最常见的心血管疾病形式。CAD是国内外人类死亡最常见的原因。最近研究发现癌症患者经常合并心脏病,特别是CAD,然而,关于冠心病与癌症之间的关系的报道很少。因此,探索与CAD相关的潜在生物标志物,探索CAD与癌症之间可能的机制和共同的治疗靶点,值得进一步研究。
本文利用GEO数据集确定与CD8+T细胞最相关的模块和候选枢纽基因,然后对该模块进行GO和KEGG分析,验证了候选枢纽基因与CD8+T细胞之间的关系。利用TIMER数据库分析了枢纽基因与癌症中CD8+T细胞的关系。此外还对hub基因进行了甲基化分析、转录因子预测、潜在药物筛选等分析,最后对筛选的hub基因进行GSEA检测以验证作为冠状动脉疾病(CAD)中与CD8+T细胞相关的生物标志物的潜力。
研究结果:
一、基因表达数据的变异分析
对基因数据进行GSVA分析,这些基因在一些免疫相关通路中显著富集(图1-2)。
二、CAD的基因表达数据获得及分析
1、从GEO数据库中获得了冠状动脉疾病的微阵列表达数据。
2、CAD浸润性免疫细胞评价:对GEO数据集中的不同免疫细胞亚型进行分析
3、CAD基因共表达网络构建:基于GEO数据库,使用“WGCNA”构建了一个基因共表达网络,计算平均连锁系数和皮尔逊相关系数,并对该数据集中的所有样本进行了聚类分析,将功能等效的模块归纳为一个大模块,得到四个模块(图3)
三、模块的识别及功能富集分析
1、四个模块中的蓝色模块与CD8+T细胞的关系最为显著,在这个模块中,具有较高连锁性的基因被确定为与CD8+T细胞最相关的潜在必要基因。选择9个基因(PAX8、ATP6V0C、MMP14、PSMF1、RAD23A、PRDX6、MKRN1、YBX3、FBXO7)作为候选枢纽基因(图3)。
2、对hub基因进行GO和KEGG分析,发现基因在BP中调节蛋白质分解代谢过程、细胞氨基酸代谢过程和正向调控细胞内转运等方面显著富集,在CC中,模块化基因在蛋白酶体复合物、内肽酶复合物和黑素小体中显著富,在MF中,模块化基因在泛素-蛋白连接酶结合、泛素样蛋白连接酶结合和蛋白酶体结合等方面显著增加(图4)。
3、在KEGG中,模块化基因在亨廷顿病、蛋白酶体和帕金森病中显著富集(图4)。
四、Hub基因的鉴定与验证
1、使用另外3个GEO数据集对上述9个基因进行和CD8+T细胞浸润水平进行相关性鉴定,最终确定FBXO7、RAD23A和MKRN1可以作为可靠的Hub基因。FBXO7、RAD23A和MKRN1与CD8+T细胞的浸润程度呈显著且正相关(图5)。
2、在几种癌症中,FBXO7的表达值也与CD8+T细胞浸润的程度呈显著正相关,其次是RAD23A和MKRN1(图6)。这些分析证实了已鉴定的HUB基因与CD8+t细胞浸润水平密切相关,并在肿瘤免疫微环境中发挥重要作用。
五、Hub基因的甲基化水平分析
从DiseaseMeth2.0中获得了与冠状动脉疾病中3个中心基因甲基化水平数据,显示,FBXO7的甲基化水平显著降低,RAD23A的甲基化水平显著较高,而MKRN1的甲基化结果没有统计学意义(图7)。
六、Hub基因的相关性分析
1、在3个GEO数据集中FBXO7、RAD23A和MKRN1之间呈显著正相关(图8)
2、在不同的癌症类型中,除USC、MESO和CHOL外,在剩余类型中FBXO7与MKRN1呈显著正相关。除MESO、LGG、UCS、CHOL、READ和BRCA外,在其余癌症中,MKRN1与RAD23A呈显著呈正相关。除UVM外,CHOL、UCS、SKCM、MKRN1在其余癌症中均与RAD23A呈显著正相关。
3、此外,还研究了三个关键基因在不用细胞系及不同组织中的相关性。(图9)
七、Hub基因间的联系及小分子药物分析
1、首先探究了三个hub基因的亚细胞定位。
2、从ENCORI数据库中鉴定出3种与FBXO7、RAD23A和MKRN1相关的常见microRNAs及LncRNAs。
3、功能相似性分析结果显示,FBXO7、RAD23A和MKRN1之间存在功能相似性,其中FBXO7占据了最重要的位置(图10)。
4、利用药物数据库确定了11种可用于治疗冠状动脉疾病的药物(表1)。
八、GSEA基因富集
1、基于不同参考基因组发现与FBXO7、RAD23A和MKRN1相关的样本中富集完整的基因集列表。(图11)
2、从中选出与免疫和CAD相关的基因集。以“h.all.v7.4.entrez.gmt”为参考基因组时,分析显示FBXO7高度相关的样本中富集了异体移植排斥、干扰素反应等信号通路;RAD23A样本中富集的5个基因集中有3个与FBXO7相同;6个基因集在高度相关的MKRN1样本中富集,除了其中5个与RAD23A富集结果相同。使用“c2.cp.kegg.v7.4.entrez.gmt”作为参考基因组时,在高度相关的FBXO7样本中富集了三组基因集,包括扩张型心肌病、肥厚性心肌病hcm和点头样受体信号通路;6组基因在RAD23A高度相关的样本中富集,其中3个基因与FBXO7相同,另外3个基因在B细胞受体信号通路、移植物抗宿主病、心律失常性右心室心肌病arvcar中得到改善;4个基因集在高度相关的MKRN1样本中富集,除了其中3个,与FBXO7富集结果和一组B细胞受体信号通路相同。(图12)
研究总结:
本研究使用GSE12288数据集中的WGCNA来寻找与CD8+T细胞最相关的模块,以便进行以下分析。利用GSE34198和GSE66360数据集对FBXO7、RAD23A和MKRN1进行验证并鉴定为hub基因。在CAD和多种癌症中,它们的表达水平与CD8+T细胞浸润呈正相关。FBXO7、RAD23A和MKRN1可能在免疫方面作为连接CAD和癌症的枢纽基因。为识别新的药物靶点和开发新的治疗方法以降低癌症患者冠心病发病率提供一定的理论依据。该研究为冠心病和癌症的联合研究提供了一个新的方向,同时可能为优化癌症患者潜在冠心病的治疗提供了可能的选择。
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