很多小伙伴后臺咨詢，我有一個(gè)感興趣的基因和某個(gè)癌型，不知道如何動(dòng)手，推薦給大家一篇文章，如果是單基因，單癌型，可以試試模仿這個(gè)套路。

CDK5作為人肺癌腫瘤啟動(dòng)子的功能

細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶5（CDK5）是細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶家族的非典型成員，在神經(jīng)系統(tǒng)中起著重要的作用。最近的研究表明，CDK5也與腫瘤有關(guān)。然而，目前很少有關(guān)于CDK5與癌癥之間聯(lián)系的潛在機(jī)制的研究。下面小編就為大家介紹一篇近期發(fā)表在Journal of Cancer雜志上的文章------ CDK5 Functions as a Tumor Promoter in Human Lung Cancer

網(wǎng)址：https://www.ncbi.nlm./pmc/articles/PMC6218768/

在此研究中作者使用廣泛的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)挖掘過程來探索CDK5在癌癥中的作用。作者通過數(shù)據(jù)庫和體外實(shí)驗(yàn)探究了CDK5基因的轉(zhuǎn)錄，存活，功能和結(jié)構(gòu)。作者發(fā)現(xiàn)大多數(shù)癌細(xì)胞系中CDK5表達(dá)水平較高，而肝癌和腦癌細(xì)胞系中表達(dá)水平較低。CDK5的高表達(dá)與肺癌中較短的總體存活（OS）相關(guān)。此外，CDK5的高表達(dá)水平促進(jìn)肺癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。抑制的CDK5活性降低了CAP1的磷酸化。CDK5可能被證明是抗癌療法的有效靶標(biāo)。

下面我們就從研究背景，主要內(nèi)容以及結(jié)果展示三個(gè)方面進(jìn)行介紹：

研究背景：癌癥是全球死亡的重要原因。 盡管標(biāo)準(zhǔn)化治療和更好的支持治療改善了生存期和生活質(zhì)量，但晚期癌癥患者的預(yù)后仍然很差。因此，重要的是研究癌癥腫瘤發(fā)生和腫瘤進(jìn)展的潛在機(jī)制，并鑒定可以用作藥物靶標(biāo)的潛在預(yù)后生物標(biāo)志物。其中細(xì)胞周期的失調(diào)是癌癥增殖的基礎(chǔ)過程。細(xì)胞周期的進(jìn)展受到以CDK5為主要作用的CDK的協(xié)同作用調(diào)節(jié)。CDK5在過去十年中被認(rèn)為是神經(jīng)元特異性激酶，因?yàn)槠湓谟薪z分裂后神經(jīng)元中存在大量活化劑p35。越來越多的證據(jù)表明，CDK5的核質(zhì)定位對于其多種病理和生理功能是重要的，包括誘導(dǎo)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，細(xì)胞凋亡，細(xì)胞周期進(jìn)程，神經(jīng)元遷移，神經(jīng)元細(xì)胞存活，淋巴系統(tǒng)，血管形成和胰島素分泌。最近的研究表明，CDK5也參與非神經(jīng)細(xì)胞的一系列生物學(xué)和病理學(xué)過程，并且通常在各種癌細(xì)胞中失調(diào)。

主要內(nèi)容：在本研究中，作者首先通過廣泛的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)挖掘過程探索CDK5在癌癥中的作用，以找出不同癌癥中CDK5的表達(dá)，然后作者預(yù)測表達(dá)水平與OS之間的關(guān)系。接下來作者分析了預(yù)測的CDK5相關(guān)性和癌癥基因組學(xué)改變的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)。最后作者進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證數(shù)據(jù)庫的依賴性以及CDK5與肺癌之間的聯(lián)系。

結(jié)果展示：

結(jié)果一：CDK5在不同癌癥中的轉(zhuǎn)錄水平

首先，作者分析了癌癥中CDK5的mRNA表達(dá)，然后應(yīng)用Oncomine數(shù)據(jù)庫來檢測癌癥和正常臨床樣本中CDK5 mRNA的表達(dá)，肺癌中CDK5 mRNA的表達(dá)如表1所示。

表1：

作者以p-value<1e-4, fold="" change=""> 2為條件選擇了162個(gè)數(shù)據(jù)集，包括18,295個(gè)樣本。與正常組織相比，CDK5的mRNA表達(dá)在一些癌癥中顯著上調(diào)，而在其他癌癥中下調(diào)（圖1）。

圖1：

結(jié)果顯示CDK5在膀胱癌，乳腺癌，結(jié)腸直腸癌，頭頸癌，肺癌，淋巴瘤，黑色素瘤，骨髓瘤，卵巢，子宮肌瘤，卵黃囊瘤和精原細(xì)胞瘤中高表達(dá)，并在腦，中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）白血病和肝癌中低表達(dá)，表明CDK5的轉(zhuǎn)錄水平主要取決于癌癥類型。

結(jié)果二：CDK5轉(zhuǎn)錄水平與癌癥預(yù)后的關(guān)系

基于以上的結(jié)果，有必要探討CDK5轉(zhuǎn)錄水平與癌癥預(yù)后之間的關(guān)系，并闡明CDK5是癌癥啟動(dòng)子還是腫瘤抑制因子。作者使用PrognoScan這個(gè)數(shù)據(jù)庫來研究基因表達(dá)與患者預(yù)后之間的關(guān)系，并評估潛在的腫瘤標(biāo)志物和治療靶標(biāo)。分析結(jié)果顯示，對OS具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的癌癥是肺癌，皮膚癌和血癌（表2）。

表2：

CDK5的高轉(zhuǎn)錄水平顯示肺癌和皮膚癌患者的預(yù)后不良，HR分別為8.05,3.15和3.68（圖2A-C），而血癌的預(yù)后良好，HR為0.38（圖2D）。

圖2：

為了驗(yàn)證Prognoscan的搜索結(jié)果，作者搜索了Kaplan-Meier數(shù)據(jù)庫，以預(yù)測CDK5轉(zhuǎn)錄水平與癌癥預(yù)后之間的關(guān)系。僅在肺癌中，CDK5與預(yù)后之間的關(guān)系具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性（p = 0.0013; HR：1.23），CDK5的過表達(dá)與不良OS相關(guān)（圖3C）。卵巢癌，乳腺癌和胃癌無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（圖3A.3B.3D）。兩個(gè)數(shù)據(jù)庫均表明CDK5與肺癌預(yù)后不良有關(guān)。

圖3：

結(jié)果三：CDK5預(yù)測蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用分析

STRING是一種已知用于預(yù)測蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用的數(shù)據(jù)庫。共表達(dá)分析顯示CDK5與細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶5調(diào)節(jié)亞基1（CDK5R1 / p35），細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶5共表達(dá)（圖4）。p35和p39被廣泛認(rèn)為是CDK5的激活劑，p35 / CDK5復(fù)合物對神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育至關(guān)重要。MAPT被認(rèn)為與神經(jīng)系統(tǒng)極性的形成和維持有關(guān)。

圖4：

作者發(fā)現(xiàn)上述三種蛋白（CDK5R1，CDK5R2和MAPT）與CDK5的相關(guān)性最高，因此需要進(jìn)行更深入的分析。

結(jié)果四：肺癌亞型中的CDK5，p35，p39和MAPT基因組突變和CNA

由以上PrognoScan和Kaplan-Meier繪圖儀數(shù)據(jù)庫均顯示CDK5與肺癌之間存在聯(lián)系。為了進(jìn)一步的研究實(shí)驗(yàn)提供理論依據(jù)，作者使用cBioPortal數(shù)據(jù)庫的13個(gè)數(shù)據(jù)集研究了肺癌亞型（4104個(gè)樣品）中的CDK5，p35，p39和MAPT基因組變化。將最小百分比改變的樣品設(shè)定為1％，結(jié)果顯示在圖5A中。五個(gè)數(shù)據(jù)集包括肺鱗狀細(xì)胞癌，非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）和肺腺癌（肺腺癌）樣本，顯示基因改變率從5.7％到7.9％不等。作者應(yīng)用OncoPrint數(shù)據(jù)庫來探索每個(gè)基因的特定改變（圖5A）。

結(jié)果顯示，肺鱗狀細(xì)胞癌中CDK5，CDK5R1，CDK5R2和MAPT基因的改變百分比在個(gè)體基因中為1.1％至3.0％（CDK5,2.2％; CDK5R1,1.1％; CDK5R2,2.2％; MAPT，3.0％）。 這些變異包括擴(kuò)增，深度缺失，截短突變和錯(cuò)義突變（圖5B）。CDK5中的第48個(gè)氨基酸易于突變，突變類型屬于錯(cuò)義突變（圖5C）。

結(jié)果五：肺癌亞型CDK5，p35，p39和MAPT的遺傳分析

作者應(yīng)用基因網(wǎng)絡(luò)可進(jìn)一步分析與肺癌中CDK5，p35，p39和MAPT相互作用的基因（圖6）。

圖6：

該網(wǎng)絡(luò)包含54個(gè)節(jié)點(diǎn)，包括4個(gè)研究的基因和50個(gè)最常更改的鄰居基因。顏色深度代表改變的程度。

結(jié)果六：CDK5在人類癌癥細(xì)胞系中的表達(dá)。

作者在8個(gè)細(xì)胞系中檢測到CDK5的表達(dá)，其包括6個(gè)人類癌癥細(xì)胞系和2個(gè)正常細(xì)胞系（圖7A）。結(jié)果表明，CDK5在大多數(shù)癌細(xì)胞系MCF-7，EJ，A549，PC9中的表達(dá)上調(diào)，而在HepG2中明顯下調(diào)和在U87細(xì)胞系中的表達(dá)明顯下調(diào)，而在正常細(xì)胞系中幾乎沒有檢測到CDK5的表達(dá)。這表明CDK5在人肺癌細(xì)胞系中高表達(dá)。

圖7：

結(jié)果七：CDK5在體外促進(jìn)肺癌細(xì)胞的增殖能力

為了研究CDK5在肺癌細(xì)胞中的生物學(xué)功能，作者用CDK5 siRNA轉(zhuǎn)染A549和PC9細(xì)胞，用小分子核抑制劑轉(zhuǎn)染藥理學(xué)抑制的CDK5。進(jìn)行MTT和集落形成測定以驗(yàn)證CDK5在增殖中的影響。實(shí)驗(yàn)表明，S2干擾效果優(yōu)于S1， MTT測定顯示，通過CDK5 siRNA下調(diào)CDK5的表達(dá)后，顯著抑制增殖（圖7B）。核抑制劑會(huì)抑制A549和PC9的增殖，并顯示IC50在20um和40um之間（圖7C）。菌落形成測定顯示相似的結(jié)果，r核抑制劑顯著抑制集落形成（圖7D）。

結(jié)果八：CDK5在體外促進(jìn)肺癌細(xì)胞遷移

為了確定CDK5對肺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的影響。作者用CDK5 siRNA轉(zhuǎn)染A549和PC9細(xì)胞或用CDK5特異性抑制劑roscovitine處理，然后分別在指定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行侵襲和傷口愈合測定。結(jié)果顯示，通過CDK5 siRNA轉(zhuǎn)染的肺癌細(xì)胞將抑制細(xì)胞遷移（圖8A）。

觀察到CDK5抑制劑roscovitine的遷移濃度依賴性降低（圖8B）。

圖8：

結(jié)果九：CDK5的抑制降低了CAP1磷酸化

最近的研究結(jié)果表明CDK5是一種激酶，可使環(huán)化酶相關(guān)蛋白1上的S307 / S309調(diào)節(jié)位點(diǎn)磷酸化。作者通過使用CDK5抑制劑roscovitine和CDK5 siRNA進(jìn)行不同測定，測試了CDK5抑制對肺癌細(xì)胞系A(chǔ)549中CAP1磷酸化的影響。作者發(fā)現(xiàn)磷酸化的CAP1（pCAP1）在用CDK5抑制劑roscovitine處理后降低，并且在肺癌細(xì)胞中通過siRNA敲低了CDK5（圖9）。這些結(jié)果支持CDK5也調(diào)節(jié)肺癌細(xì)胞中的CAP1磷酸化。

圖9：

結(jié)語：總之，本研究通過廣泛的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)挖掘過程探索CDK5在癌癥中的作用，并尋求針對CDK5及其下游機(jī)制的新策略。CDK5可能被證明是抗癌療法的有效靶標(biāo)。

參考資料：CDK5 Functions as a Tumor Promoter in Human Lung Cancer