基于TCGA 数据库转移性黑色素瘤lncRNA 生物信息学分析

于钊江

（安阳师范学院，河南 安阳 455000）

黑色素瘤是黑色素细胞异常增生引发的恶性肿瘤, 每年全世界有超过28 万新发患者,6 万多死亡病例[1]。黑色素瘤具有高度侵袭性,易广泛转移到淋巴系统和其他重要器官,近1/3 的患者最终发展为转移性疾病[2]。然而,黑色素瘤的生长和转移机制仍不清楚,需要进一步的研究。

LncRNA 是一类无蛋白质编码潜能的生物大分子[3]。研究表明,lncRNA 广泛参与肿瘤细胞生长、分化、凋亡、侵袭和转移等[4],进而促进或抑制肿瘤的进展。因此,阐明lncRNA 在黑色素瘤中的功能有望为病人的诊断、预后判定和靶向治疗奠定基础。本研究从TCGA 数据库中筛选所需数据, 筛选转移性黑色素瘤相关lncRNA 及mRNA 基因,进行生物信息学分析,旨在为转移性恶性黑色素瘤的深入研究奠定基础。

1 材料和方法

1.1 数据采集

从TCGA 数据库中下载471 例黑色素瘤样本RNA-seq 和miRNA-seq 数据。将下载数据生成基因表达矩阵文件,分为原位黑色素瘤组(103 例)和转移性黑色素瘤组(368 例)。

1.2 差异表达mRNA、miRNA、lncRNA 数据分析

基于R 包edgeR 进行差异分析, 得到差异表达的mRNA、miRNA、lncRNA 数据。其中,利用GENCODE 的gtf基因注释文件定义RNAseq 中的lncRNA 基因, 利用R 提取lncRNA,生成表达矩阵。

1.3 ceRNA 调控网构建

miRcode 数据库预测lncRNA 与miRNA 的相互作用。利用Targetscan、miRBD、miRwalk 数据库检索miRNA 的靶向mRNA。调控网络结果用Cytoscape3.8.1 软件生成。

1.4 差异表达miRNA 靶基因功能注释、通路分析

采用线上分析工具DAVID 与KOBAS 对lncRNA 靶向mRNA 进行基因本体论数据库(GO)功能注释和京都基因与基因组百科全书数据库(KEGG)通路富集分析。

2 结果

2.1 差异表达lncRNA

根据log2FoldChange≥2 和P<0.01 的标准过滤数据,利用R对原位和转移性黑色素瘤样本进行分类比较,共筛选出39 个差异表达lncRNA,上调8 个,下调31 个(见图1a);31 个差异表达miRNA,上调13 个,下调18 个(见图1b);469 个差异表达mRNA,上调279 个,下调190 个(见图1c)。

2.2 ceRNA 调控网络构建

基于线上平台构建的ceRNA 调控网络, 进一步阐明差异表达的lncRNA 的作用。利用miRcode 数据库搜索差异表达的lncRNA 的靶向miRNA, 结果显示MIR250HG,SOX21-AS1,WT1-AS,OSTN-AS1,MDS2 有明显的lncRNA-miRNA 相互关系,获得的160 个靶向miRNA 与TCGA 数据库获得的差异miRNA进行比对, 筛选出7 个差异靶向miRNA, 分别是hsa-miR-150,hsa-miR-205,hsa-miR-129-5p,hsa-miR-141,hsa-miR-203,hsamiR-217,hsa-miR-26。利用Targetscan、miRBD、miRwalk 数据库搜索miRNA 的靶向mRNA,取交集获得靶向mRNA,再与TCGA数据库获得的差异mRNA 进行比对, 最终获得被差异表达的miRNA 所靶向的50 个mRNA, 其ceRNA 网络使用Cytoscape3.8.1 软件构建,如图2 所示。

2.3 差异表达的mRNA 功能注释及通路分析

通过DAVID 与KOBAS 在线分析软件对ceRNA 调控网中miRNA 靶向的50 个差异mRNA 进行GO 分析和KEGG 通路分析。GO 分析发现,生物学过程主要集中在生物调控,多细胞过程,刺激反应过程,细胞组分在细胞膜区域富集,分子功能集中在蛋白质结合,离子结合,核酸结合(见图3)。KEGG 通路分析发现其主要集中在Salivary secretion,cAMP signaling pathway 等通路(见表1)。

图3 ceRNA 调控网络中差异mRNA 的GO 分析

3 讨论

人类癌症转录组的全基因组已经表明,lncRNA 表达是癌症中最普遍的转录变化之一[5]。LncRNA 可通过组蛋白修饰、NDA 甲基化、转录因子活性调控、剪切调控[6]等多种途径来参与肿瘤的发生、侵袭和转移[7]。本文通过挖掘TCGA 数据库,得到MIR205HG、SOX21-AS1、WT1-AS、OSTN-AS1、MDS2 五lncRNA。研究显示SOX21-AS1 的异常表达可促进肺腺癌和乳腺癌的增殖、侵袭、迁移[8];过表达WT1-AS 可抑制细胞增殖,减少细胞迁移和侵袭[9];OSTN-AS1 是一种新的基于ceRNA 网络的三阴性乳腺癌免疫相关预后标志物[10];受体样激酶MDS2 促进SUMM2 介导的免疫[11]。

ceRNA 调控网失调可以引起癌症的发生、发展、侵袭和转移。通过ceRNA 调控网、GO、KEGG 分析发现lncRNA 与miRNA相互作用,进而调控差异mRNA 的表达,对信号通路产生影响,最终影响黑色素瘤的发生,转移及迁徙。