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Cell Rep: 生信分析揭示RBP与癌症的关系
发布时间:2018-05-16 19:22:49 | 浏览次数:


RNA结合蛋白 (RBP) 是转录后调控过程中的一类重要调控因子,决定了成千上万RNA分子的功能和命运。研究已发现一些RBP的功能异常导致了包括癌症等多种疾病的发生,但是绝大部分RBP在癌中的功能仍不清楚。

近日,中山大学生命科学学院杨建华教授课题组在细胞出版社旗下期刊《细胞报告》(Cell Reports) 上发表了题为“Comprehensive Genomic Characterizationof RNA-binding Proteins across Human Cancers”的最新研究论文,运用生物信息学的方法整合分析来自15种癌症的近7000个临床样本的RNA测序数据、SNP6.0 芯片数据以及DNA测序数据,系统研究了1542个RBP在癌中的基因组变异图谱和功能。论文第一作者为王泽林博士和李斌博士,以下是此研究一作王博士为我们带来的文章详细解读。


差异表达RBP鉴定


在这项研究中,作者分别对15种不同的癌症的组织及相对应的癌旁组织的RBP进行了分析,鉴定出这15种癌症各自的差异表达RBP,其中绝大部分在癌中发生了显著的下调(图1A)。通过多种癌间的比较分析,作者揭示了47.1%失调的RBP只在单种癌类型中呈现(图1B),暗示了这些RBP可能具有作为癌特异诊断标志物的潜力。此外,作者还鉴定了36个在至少10种癌类型中都发生显著失调的RNA结合蛋白,说明它们在癌中的功能可能是保守的(图1C)。

图1 RNA结合蛋白在15癌类型中的表达模式分析。(A)每种癌中显著失调的RBP数目,红色代表上调,蓝色代表下调。(B)失调的RBP在15种癌类型中的分布情况。(C)在至少10种癌类型中失调的36个RBP。基于log2转化的倍数变化值,R中的pheatmap包被用来执行无监督聚类分析。红色代表上调,蓝色代表下调。

 

  

RBP拷贝数变化分析

为了研究RBP在癌中表达异常的分子机制,作者对RBP的DNA拷贝数变化情况进行了分析。作者发现超过60%的RBP在癌中发生了频繁的拷贝数变化,且表达与拷贝数值显著正相关(图2A)。这表明了DNA拷贝数变化可能是扰乱RBP表达的一个重要机制。作者开发了一个计算机方法鉴定了76个潜在的具有癌驱动(cancer driver)能力的RBP(图2B和C)。此外,作者也发现RBP与转录因子及表观遗传调控因子具有相同的拷贝数变化模式(图2D)。

图2 RBP在癌症中的拷贝数变化图谱。(A)发生频繁拷贝数变化的RBP在染色体上的分布情况,“Combine Type”代表在不同癌类型中发生频繁拷贝数扩增或删除的RBP。(B-C) 76个发生频繁拷贝数变化的癌驱动RBP在15种癌类型中的分布。橙色代表扩增和上调,绿色代表删除和下调。(D)RBP与转录因子以及表观遗传调控因子在15种癌类型中的拷贝数变化比例比较情况。

 

 

突变RBP分析

通过对RBP的突变进行分析,作者从15种癌类型中鉴定了139个显著突变的具有癌驱动能力的RBP,绝大部分被预测作为抑癌基因(图3A)。作者将这些突变的癌驱动RBP候选与拷贝数变化的癌驱动RBP候选进行比较分析,发现两者之间仅有小部分RBP存在重叠(图3B), 表明拷贝数变化和突变这两种机制在肿瘤中是相互排斥的。作者进一步对不同癌中突变的癌驱动RBP候选进行比较分析,发现绝大部分癌驱动RBP候选都是癌特异的(图3C)。

图3 鉴定显著突变的RRBP。(A)显著突变的RBP在每种癌类型中的数目统计。OG代表原癌基因,TSG代表抑癌基因。(B)韦恩图显示了发生频繁拷贝数变化和突变的驱动RBP之间的交集。标记为红色的RBP代表无论受到拷贝数变化影响还是突变影响,都导致基因功能被抑制。(C)热图显示了显著突变的驱动RRBP在15种癌类型间的分布。

 

细胞实验鉴定RBP功能


为了评估所鉴定的癌相关的RBP是否在癌症中具有重要的功能,作者利用功能获得性和缺失性等实验验证了BYSL、ZC3H13、ELAC1、RBMS3、 NSUN6以及ZGPAT这6个随机挑选的癌相关的RBP在结肠癌和肝癌细胞系中的癌基因功能特性。结果表明,当在HCT116和SW480细胞系中过表达ELAC1,或者敲低BYSL或ZC3H13的表达时,结肠癌细胞的数目发生明显减少(图4 A-F);当在Huh-7和SK-hep-1中过表达RBMS3、NSUN6或ZGPAT时,肝癌细胞数目都发生了明显的减少(图4 G-I)。

图4. 六个癌相关的RBP候选在结肠癌和肝癌细胞系中的功能验证。(A-C)CCK-8(A)和克隆形成试验(B)以及相对应的计数(C)显示了过表达ELAC1对HCT116和SW480细胞系增殖的影响。(D-F)CCK-8(D)和克隆形成试验(E)以及相对应的计数(F)显示了敲低BYSL或ZC3H13对HCT116和SW480细胞系增殖的影响。(G-I)CCK-8(G)和克隆形成试验(H)以及相对应的计数(I)显示了过表达NSUN6、RBMS3和ZGPAT对Huh-7和SK-hep-1细胞系增殖的影响。 CCK-8实验测量时间较短,而克隆形成实验在细胞培养至少10天后进行了测定。克隆形成实验的量化基于来自三次独立实验的means ± SEM。*p < 0.05 (T检验).

 

总结


本研究的主要发现如图5所示。本研究不仅为解析RBP的生物学功能提供了新的切入点,也为将来的癌症研究提供了新的思路。

图5 本研究的主要发现。研究通过整合分析15种癌类型的(~7000临床样本)的DNA和RNA组学数据,揭示了RBP在癌症中的基因组变异图谱,并鉴定了一批在癌中可能具有重要功能的RBP。

 

原文:Wang ZL, et al. Comprehensive Genomic Characterization of RNA-Binding Proteins across Human CancersCell Rep. 2018 Jan 2;22(1):286-298. PMID: 29298429



作者简介

王泽林第一作者,中山大学博士研究生,主要研究方向为生物信息学和癌症基因组学,对肿瘤相关研究具有浓厚兴趣。目前已作为第一作者或共同第一作者在Cell Reports,Oncotarget,Human Molecular Genetics 等杂志上发表多篇SCI论文。

杨建华教授,通讯作者,中山大学博士生导师,长期致力于开发新算法、平台和实验方法研究非编码RNA基因和RNA修饰及其互作蛋白的结构、功能和作用机制。以通讯作者或第一作者身份在Nature Cell BiologyCell ResearchNucleic Acids Res.、Cell Reports等杂志发表20多篇研究论文,以合作者身份在Nature MethodsCell Stem Cell等杂志发表10多篇研究论文。开发starBasestarScansnoSeekerChIPBase等工具Nature等杂志引用超过1200次,受邀在Springer出版社出版了3篇关于非编码RNA研究方法的论著章节。目前担任Non-coding RNA杂志的编委。





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