腫瘤的發(fā)生往往伴隨著基因組水平的突變，已有大量的研究表明，前列腺腫瘤組織中有著高頻率的染色體重組及基因拷貝數(shù)變異（CNV）。為了深入研究基因組水平變化是如何影響下游分子功能及腫瘤發(fā)展，12月14日，西湖大學(xué)郭天南教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)Ruedi Aebersold、科隆大學(xué)Andreas Beyer等利用蛋白基因組（Proteogenomic）對105例前列腺腫瘤及良性增生樣本進(jìn)行了基因組、轉(zhuǎn)錄組及蛋白質(zhì)組檢測，描繪了一幅全景式的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為深入了解前列腺腫瘤的發(fā)生機(jī)制、更科學(xué)的臨床診斷以及更有效的干預(yù)手段提供了大量信息。

該研究近期以題為"Convergent network effects along the axis of gene expression during prostate cancer progression"發(fā)表于頂級(jí)期刊《Genome Biology》(IF 10.806）。

實(shí)驗(yàn)材料

來自39位前列腺癌患者的105份組織樣本（包括不同惡性程度分級(jí)的腫瘤組織以及良性增生組織）以及39份血液樣本（用于外顯子測序的對照）。

技術(shù)路線圖

結(jié)果1：樣本收集策略及臨床生存期差異

根據(jù)腫瘤侵襲性的高低，研究者利用國際泌尿病理學(xué)會(huì)分級(jí)方式將39位患者分成了3大類：低侵襲性（G1）、中侵襲性（G2-G3）、高侵襲性（G4-G5）。針對低侵襲性病例，僅取腫瘤組織樣本以及良性增生樣本；針對中高侵襲性病例，每個(gè)病例會(huì)各取一份相對低侵襲性（TA2）和高侵襲性（TA1）樣本作為分析對象。從臨床數(shù)據(jù)看出，腫瘤侵襲性與無生化復(fù)發(fā)生存率有顯著負(fù)相關(guān)。

樣本收集策略及臨床生存期統(tǒng)計(jì)

結(jié)果2：不同臨床分級(jí)腫瘤的分子特征差異

為比較不同分級(jí)腫瘤在各組學(xué)層面分子特征異同，研究者對基因突變頻率、拷貝數(shù)變異、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組差異表達(dá)基因等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：不同分級(jí)的腫瘤樣本在各種組學(xué)分子層面都具有顯著差異，尤其基因拷貝數(shù)變異差異最為顯著。

不同臨床分級(jí)腫瘤的組學(xué)差異統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)

結(jié)果3：基因拷貝數(shù)變異對蛋白表達(dá)的影響

既然基因拷貝數(shù)變異在不同分級(jí)腫瘤中差別最為顯著，接著研究者進(jìn)一步通過轉(zhuǎn)錄組及蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)探究基因拷貝數(shù)變異是通過何種方式影響下游基因和蛋白的表達(dá)。作者挑選腫瘤及對照樣本中蛋白表達(dá)差異變化最大的前20個(gè)分子分析，發(fā)現(xiàn)一些與腫瘤相關(guān)的明星分子，如PSA，AGR2，MDH2，MFAP4，FABP5，RABL3等。而這些基因都沒有直接位于基因拷貝數(shù)變異位點(diǎn)上，而是受到其它基因拷貝數(shù)變異的反式調(diào)控。

蛋白表達(dá)差異變化最大的前20個(gè)分子的CNV，RNA及蛋白質(zhì)表達(dá)熱圖

結(jié)果4：腫瘤驅(qū)動(dòng)基因網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

為了更深入研究這些關(guān)鍵分子的互相調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。作者首先挑取了上述20個(gè)基因中轉(zhuǎn)錄-蛋白表達(dá)趨勢一致的4個(gè)基因，基于STRING數(shù)據(jù)庫建立了蛋白互作網(wǎng)絡(luò)。通過找尋與這4個(gè)目標(biāo)基因有互作關(guān)系，且發(fā)生基因拷貝數(shù)變異的基因，作者確定了一些候選的拷貝數(shù)變異調(diào)控位點(diǎn)。再通過這些位點(diǎn)的拷貝數(shù)變異數(shù)與目標(biāo)基因的表達(dá)量進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)ACP3基因（一種已知的前列腺癌標(biāo)志物的基因表達(dá)）與互作網(wǎng)絡(luò)中該基因臨近的13個(gè)基因的拷貝數(shù)變異平均相關(guān)性最強(qiáng)。經(jīng)過多維模型統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，進(jìn)一步篩選出這13個(gè)基因中有5個(gè)基因的拷貝數(shù)變異與ACP3表達(dá)具有顯著相關(guān)性。利用公共數(shù)據(jù)庫進(jìn)行獨(dú)立隊(duì)列的驗(yàn)證也發(fā)現(xiàn)，這5個(gè)基因（DGUOK,APRT, GOT1L1, NKX3-1和ENTPD4）都與ACP3基因的表達(dá)呈顯著相關(guān)。

ACP3基因表達(dá)與其互作基因拷貝數(shù)變異相關(guān)性熱圖

結(jié)果5：不同等級(jí)腫瘤驅(qū)動(dòng)基因互作網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

基于上述類似的思路，研究者把互作網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的原則從“腫瘤-對照”擴(kuò)展到“低侵染性腫瘤-高侵染性腫瘤（包括不同患者間，以及同一患者不同等級(jí)腫瘤間）”上。通過構(gòu)建在拷貝數(shù)變異、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組在高侵染性腫瘤中都上調(diào)及下調(diào)的互作網(wǎng)絡(luò)，闡述了基因拷貝數(shù)變異如何調(diào)控影響腫瘤的分級(jí)程度。從網(wǎng)絡(luò)中篩選出的一些關(guān)鍵基因，比如EMD, BANF1, ACTL6A, YY1, RUVBL1, KANSL1, MRGBP, VPS72, ZNHIT1等，可以作為低侵染性腫瘤惡化的標(biāo)志物。進(jìn)一步通過公共數(shù)據(jù)庫進(jìn)行獨(dú)立隊(duì)列的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)其中一些基因的拷貝數(shù)變異或表達(dá)量的確與患者的生存率具有顯著相關(guān)性。同時(shí)，研究也發(fā)現(xiàn)在高侵染性腫瘤中，并不總是由單一的互作網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行調(diào)控，預(yù)示著即使同屬于高侵染性腫瘤，它們?nèi)源嬖谀[瘤異質(zhì)性。

不同等級(jí)腫瘤驅(qū)動(dòng)基因互作網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及關(guān)鍵基因生存率驗(yàn)證

小結(jié)

本研究基于基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)，利用蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)為主的分析思路，揭示了前列腺癌發(fā)生以及腫瘤惡化發(fā)展背后的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)分子機(jī)制——包括基因拷貝數(shù)變異、轉(zhuǎn)錄/蛋白表達(dá)變化以及它們之間的相互聯(lián)系。這些研究為篩選出前列腺腫瘤惡化的標(biāo)志物及提出更有效的治療方案提供了有用的信息。

亮點(diǎn)討論/小編心得：

1. 在本研究中，蛋白質(zhì)組以及蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)，很好地起到了連接遺傳背景（基因拷貝數(shù)變異）與表型（腫瘤發(fā)生及腫瘤惡化）的橋梁作用，從而更深入地闡述了腫瘤背后的分子網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)制。

2. 本研究采用了SWATH/DIA方法對大隊(duì)列石蠟切片樣本進(jìn)行了蛋白質(zhì)組分析并得到了良好的結(jié)果（所有樣本都鑒定到的蛋白質(zhì)數(shù)量為2371個(gè)），表明石蠟切片樣本應(yīng)用于大隊(duì)列腫瘤蛋白質(zhì)組研究的技術(shù)已越來越成熟。