Анализ данных высокопроизводительного секвенирования и микрочипов для идентификации ключевых сигнатур микрорибонуклеиновых кислот в глиобластоме

Цель исследования. Данная работа посвящена исследованию паттернов экспрессии мРНК и микроРНК глиобластом с использованием The Cancer Genome Atlas (TCGA) данных, поиску генетических детерминант, определяющих прогноз выживаемости пациентов и созданию сетей взаимодействий для глиобластом.

Материалы и методы. На основании данных открытой базы TCGA были сформированы группы глиобластом и условно нормальных образцов тканей головного мозга. Для каждого образца извлечены данные выживаемости и экспрессии генов и микроРНК. После стратификации данных по группам был проведен дифференциальный анализ экспрессии, осуществлен поиск генов, оказывающих влияние на выживаемость пациентов, выполнен анализ обогащения по функциональной принадлежности и интерактомный анализ.

Результаты. В общей сложности проанализировано 156 образцов глиобластом с данными мРНК-секвенирования, 571 образец с данными микрочипового анализа микроРНК и 15 контрольных образцов. Были построены сети взаимодействий мРНК-микроРНК и разработаны экспрессионные профили генов и микроРНК, характерные для глиобластом. Определены гены, аберрантный уровень которых ассоциирован с выживаемостью, показаны попарные корреляционные связи между ДЭГ и ДЭ микроРНК.

Заключение. Выявленные для глиобластом регуляторные пары микроРНК-мРНК могут стимулировать разработку новых терапевтических подходов, основанных на подтип-специфичных регуляторных механизмах онкогенеза.

1. Gvaldin DY, Pushkin AA, Timoshkina NN, Rostorguev EE, Nalgiev AM, Kit OI. Integrative analysis of mRNA and miRNA sequencing data for gliomas of various grades. Egyptian Journal of Medical Human Genetics. 2020 Dec 10;21(1):73. https://doi.org/10.1186/s43042-020-00119-8

2. Кит О.И., Пушкин А.А.Росторгуев Э.Е., Поркшеян Д.Х., Франциянц Е.М., Кузнецова Н.С. и др. Изменение экспрессионного статуса генов при малигнизации клеток мозга. Современные проблемы науки и образования. 2018;(6):8. https://doi.org/10.17513/spno.28148

3. Кит О.И., Пушкин А.А., Росторгуев Э.Е., Поркшеян Д.Х., Франциянц Е.М., Кузнецова Н.С. и др. Гендерные особенности экспрессии генетических локусов в тканях глиом. Современные проблемы науки и образования. 2018;(5):57. https://doi.org/10.17513/spno.28068

4. Игнатов С.Н., Златник Е.Ю., Сагакянц А.Б., Солдаткина Н.В., Росторгуев Э.Е., Пушкин А.А. Предикторная роль локального уровня интерлейкина-1β в выборе химиотерапии у пациентов с низкодифференцированными глиальными опухолями. VI Петербургский международный онкологический форум «Белые ночи 2020». Санкт-Петербург: 2020, 431 с. Доступно по: https://forum-onco.ru/upload/unsorted/forum_tezis_2020.pdf. Дата обращения 01.11.2020

5. Calin GA, Dumitru CD, Shimizu M, Bichi R, Zupo S, Noch E, et al. Frequent deletions and down-regulation of micro- RNA genes miR15 and miR16 at 13q14 in chronic lymphocytic leukemia. Proc Natl Acad Sci USA. 2002 Nov 26;99(24):15524–15529. https://doi.org/10.1073/pnas.242606799

6. Li G, Wu X, Qian W, Cai H, Sun X, Zhang W, et al. CCAR1 5’ UTR as a natural miRancer of miR-1254 overrides tamoxifen resistance. Cell Res. 2016 Jun;26(6):655–673. https://doi.org/10.1038/cr.2016.32

7. Cai Y, Yu X, Hu S, Yu J. A brief review on the mechanisms of miRNA regulation. Genomics Proteomics Bioinformatics. 2009 Dec;7(4):147–154. https://doi.org/10.1016/S1672-0229(08)60044-3

8. Кит О.И., Пушкин А.А., Росторгуев Э.Е., Тимошкина Н.Н., Кузнецова Н.С., Кавицкий С.Э. и др. Дифференциальная экспрессия 15-ти генов в глиальных опухолях различной степени злокачественности. Современные проблемы науки и образования. 2019;(5):66. https://doi.org/10.17513/spno.29039

9. Водолажский Д.И., Пушкин А.А., Васильченко Н.Г., Панченко С.Б., Тимошкина Н.Н. Влияние доксорубицина на экспрессию генов и микроРНК EGFR-сигнального пути в культуре клеток линии HeLa. Злокачественные опухоли. 2017;7(3-S1):124–125.

10. Pushkin AA, Burda YE, Sevast’yanov AA, Kulikovskiy VF, Burda SY, Golubinskaya PA, et al. Renal cell carcinoma drug and cell therapy: today and tomorrow. Research Results in Pharmacology. 2018;4(1):17–26. https://doi.org/10.3897/rrpharmacology.4.25251

11. Шкурат Т.П., Пушкин А.А., Козлова М.Ю., Колина Е.А., Покудина И.О. Биоинформационное исследование миРНК-регуляторов генов-супрессоров опухолей. Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины. Материалы VI Международной научно-практической конференции. 2015. Ростов-на-Дону : Изд-во Южного федерального ун-та, 2015, 64–65 с. Доступно по: https://elibrary.ru/download/elibrary_29910966_49698769.pdf. Дата обращения 05.11.2020

12. Роспатент. Зарегистрировано 29.11.2018. Патент № RU2709651C1. Кит О.И., Тимошкина Н.Н., Пушкин А.А., Кутилин Д.С., Росторгуев Э.Е., Кузнецова Н.С. Способ дифференциальной диагностики глиом на основании анализа экспрессии генов и микро-РНК.

13. Colaprico A, Silva TC, Olsen C, Garofano L, Cava C, Garolini D, et al. TCGAbiolinks: an R/Bioconductor package for integrative analysis of TCGA data. Nucleic Acids Res. 2016 May 5;44(8):e71. https://doi.org/10.1093/nar/gkv1507

14. Ru Y, Kechris KJ, Tabakoff B, Hoffman P, Radcliffe RA, Bowler R, et al. The multiMiR R package and database: integration of microRNA-target interactions along with their disease and drug associations. Nucleic Acids Res. 2014;42(17):e133. https://doi.org/10.1093/nar/gku631

15. He Q, Fang Y, Lu F, Pan J, Wang L, Gong W, et al. Analysis of differential expression profile of miRNA in peripheral blood of patients with lung cancer. J Clin Lab Anal. 2019 Nov;33(9):e23003. https://doi.org/10.1002/jcla.23003

16. Wu D, Niu X, Tao J, Li P, Lu Q, Xu A, et al. MicroRNA-379-5p plays a tumor-suppressive role in human bladder cancer growth and metastasis by directly targeting MDM2. Oncol Rep. 2017 Jun;37(6):3502–3508. https://doi.org/10.3892/or.2017.5607

17. Lv X, Wang M, Qiang J, Guo S. Circular RNA circ-PITX1 promotes the progression of glioblastoma by acting as a competing endogenous RNA to regulate miR-379-5p/MAP3K2 axis. Eur J Pharmacol. 2019 Nov 15;863:172643. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2019.172643

18. Kumar R, DuMond JF, Khan SH, Thompson EB, He Y, Burg MB, et al. NFAT5, which protects against hypertonicity, is activated by that stress via structuring of its intrinsically disordered domain. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Aug 18;117(33):20292–20297. https://doi.org/10.1073/pnas.1911680117

19. Li Y, Yuan F, Song Y, Guan X. miR-17-5p and miR-19b-3p prevent osteoarthritis progression by targeting EZH2. Exp Ther Med. 2020 Aug;20(2):1653–1663. https://doi.org/10.3892/etm.2020.8887

20. Pellatt DF, Stevens JR, Wolff RK, Mullany LE, Herrick JS, Samowitz W, et al. Expression Profiles of miRNA Subsets Distinguish Human Colorectal Carcinoma and Normal Colonic Mucosa. Clin Transl Gastroenterol. 2016 Mar 10;7:e152. https://doi.org/10.1038/ctg.2016.11

21. Ye -B, Li Z-L, Luo D-H, Huang B-J, Chen Y-S, Zhang X-S, et al. Tumor-derived exosomes promote tumor progression and T-cell dysfunction through the regulation of enriched exosomal microRNAs in human nasopharyngeal carcinoma. Oncotarget. 2014 Jul 30;5(14):5439–5452. https://doi.org/10.18632/oncotarget.2118

22. Wei J, Yin Y, Deng Q, Zhou J, Wang Y, Yin G, et al. Integrative Analysis of MicroRNA and Gene Interactions for Revealing Candidate Signatures in Prostate Cancer. Front Genet. 2020;11:176. https://doi.org/10.3389/fgene.2020.00176

23. Zhang H, Xu S, Liu X. MicroRNA profiling of plasma exosomes from patients with ovarian cancer using high-throughput sequencing. Oncol Lett. 2019 Jun;17(6):5601–5607. https://doi.org/10.3892/ol.2019.10220

24. Zhang J, Li Y, Dong M, Wu D. Long non-coding RNA NEAT1 regulates E2F3 expression by competitively binding to miR-377 in non-small cell lung cancer. Oncol Lett. 2017 Oct;14(4):4983–4988. https://doi.org/10.3892/ol.2017.6769

25. Jiang X-M, Yu X-N, Liu T-T, Zhu H-R, Shi X, Bilegsaikhan E, et al. microRNA-19a-3p promotes tumor metastasis and chemoresistance through the PTEN/Akt pathway in hepatocellular carcinoma. Biomed Pharmacother. 2018 Sep;105:1147–1154. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2018.06.097

26. Пушкин А.А., Кит О.И. Клиническая значимость паттернов экспрессии генов в глиобластомах. Конгресс молодых ученых «Актуальные вопросы фундаментальной и клинической медицины». Томск: 2018, 301-302 с. Доступно по: https://elibrary.ru/download/elibrary_36832243_25858437.pdf. Дата обращения: 05.11.2020

27. Liu Q, Wang J, Tang M, Chen L, Qi X, Li J, et al. The overexpression of PXN promotes tumor progression and leads to radioresistance in cervical cancer. Future Oncol. 2018 Feb;14(3):241–253. https://doi.org/10.2217/fon-2017-0474

28. Fan M, Ma X, Wang F, Zhou Z, Zhang J, Zhou D, et al. MicroRNA-30b-5p functions as a metastasis suppressor in colorectal cancer by targeting Rap1b. Cancer Lett. 2020 May 1;477:144–156. https://doi.org/10.1016/j.canlet.2020.02.021