褪黑素相关泛癌分析发13+文章！

导语

GUIDE

褪黑素是一种内源性激素，在癌症中起着保护作用。褪黑激素除了调节昼夜节律、睡眠和神经内分泌活动外，还在各种生存途径中发挥作用。

背景介绍 

今年来泛癌研究已经十分广泛了，但今天小编为大家带来的这一篇文章巧妙的用褪黑素作为一个新颖的切入点，通过泛癌分析，解释了相关的基因组学和临床特征。文章发表在《  J Pineal  Res  》上，影响因子为13+分，文章题目为：  Pan-cancer analyses reveal genomics and clinical characteristics of the melatonergic regulators in cancer。

数据介绍 

本研究使用数据来自 TCGA与CCLE的33种癌症类型的9125个肿瘤样本，其中包括mRNASeq数据，临床数据、单核苷酸变异数据、拷贝数变异数据、甲基化数据。 基因型组织表达 (GTEx) 数据集 用于来自健康个体的不同正常组织中的基因表达分析。从 癌症蛋白质组图谱 (TCPA)中获得了反向蛋白阵列。从癌症药物敏感性基因组学（GDSC）数据库中获得了基因表达与药物敏感性的数据。    

结果解析

01   褪黑素调节因子的基因组表达和亚型分析   

作者基于 GTEx 数据集进一步探索了褪黑激素调节剂在癌症中的差异表达。如图1A所示，肾上腺和皮肤中RORA的表达、神经和垂体中PER3的表达、垂体中GPR50的表达、肝脏中CYP1A2的表达均显著上调。差异表达分析表明，褪黑激素调节剂在 14 个实体瘤中异常表达（图 1B）。生物钟基因（RORA、PER3 和 CYP1A2）的表达水平在各种癌症中显著下调。然而，ESCA中褪黑激素调节剂的表达并没有显示出显著差异。为了鉴定影响癌症亚型的临床相关基因，调节因子表达亚型分析表明，与其他调节因子相比，BRCA 中的 PER2；KIRC 中的 RORA、PER3 和 CLOCK；LUAD 中的 PER3；LUSC 中的 RORA、PER3、CYP1A2 和 ASMT；HNSC 中的 PER3 和 GPR50；HNSC 中的 RORA 和 GPR50；STAD 中的 RORA 和 MTNR1A；BLCA 中的 ARNTL 和 ARNTL 有显着差异表达（图 1C）。

图 1

作者对相关基因进行了生存分析，发现它们降低的表达与低生存率相关（图1D），对两个显着差异基因的生存分析表明，PER3 的低表达与 KIRC 的低生存率相关（图 1E），而 ARNTL 的高表达与 LGG 的低生存率相关（图 1F）。这些结果表明，褪黑激素调节剂的失调表达可能与肿瘤发生有关。 

02   褪黑素调节剂相关体细胞突变（SNV）分析   

为检测每种癌症亚型的频率和变异类型，作者分析了褪黑素相关的SNP数据。如图 2A 所示，UCEC、SKCM 和 COAD 的 SNV 频率在这些癌症中为 10%-46%。褪黑素调节剂的 SNV 频率为 94.83%（813 个肿瘤中的 771 个）。变异类型分析表明，错义突变是主要的 SNP 类型。SNV百分比分析显示，前10位突变基因分别为PER2、PER3、GPR50、CYP2C19、MTNR1A、CLOCK、CYP1A2、RORA、MTNR1A和ASMT，其中突变百分比分别为18%、18%、18%、17%，分别为 12%、11%、10%、10%、9% 和 8%（图 2B）。

图 2

03   褪黑素调节剂的拷贝数变异   

为了识别 CNV 交替，作者分析了 TCGA 数据库中褪黑激素调节剂的 CNV 数据。 CNV 分为纯合子和杂合子两种亚型，包括扩增和缺失（图3A ） ，代表 CNV 仅在一条染色 体或两条染色体上发生。

CNV饼状图显示了每种癌症中每种基因的杂合/纯合CNV的组合。饼状图表示同一种基因的不同类型CNV在同一种癌症中的比例，不同颜色代表不同类型的CNV。(杂合扩增、纯合扩增、杂合缺失、纯合缺失、无CNV)（图3B）。

图 3

相关性分析表明，mRNA 表达与 CNV 呈正相关，尤其是 LUSC 中的 CLOCK 和 THYM 中的 GPR50。然而，KIRP 中的 GPR50 和 KIRP 和 UCEC 中的 CYP1A2 呈负相关（图3C）。这些结果表明，褪黑激素调节剂的 CNV介导了它们的异常表达，这可能在癌症进展中起重要作用。

04   褪黑素调节剂的甲基化分析   

为确定表观遗传调控，作者对褪黑素调节基因的甲基化进行了探索。如图 4A 所示，不同肿瘤中调节基因的甲基化高度异质。甲基化和mRNA表达相关性分析表明，大部分基因的表达水平与其甲基化水平呈负相关（图4B）。生存分析表明，生物钟基因（RORA、PER2、PER3 和 CLOCK）的高甲基化与大多数癌症的低生存率有关。代谢调节基因（CYP1A2、CYP2C19）和 ARNTL 的低甲基化主要与较差的生存率相关（P < .05，图 4C）。

图 4

进一步的预后分析表明，CYP1A2 的低甲基化与 ACC 的低生存率相关（图 4D），RORA 的高甲基化与 KIRC 的低生存率相关（图 4E）。

05   miRNA调控分析  

为了阐明褪黑激素调节剂的miRNA 调节，作者使用visNetwork 生成 了miRNA 调节网络。 如图 5 所示，miRNA 可能通过靶向 RORA、CYP1A2、CLOCK、ARNTL、PER2 和 PER3 参与调节调节剂的表达；miR-10a-5p、miR-148b-3p、miR-106b-5p、miR-19b-3p和miR-19a-5p负调控RORA表达等。这些结果表明，褪黑激素调节因子表达的 miRNA 调节可能与癌症进展有关。

图 5

06   通路活性分析   

紧接着作者进行了通路分析。结果表明，5 个生物钟基因（RORA、PER3、PER2、CLOCK 和 ARNTL）显著参与癌症相关的信号通路，包括 TSC/mTOR、RTK、RAS/MAPK、PI3K/AKT、激素 ER、激素 AR、EMT、DNA 损伤反应、细胞周期和凋亡通路（图 6A）。

图 6

关系网络分析表明，CLOCK 不参与 BLCA 和 PRAD 的 EMT 通路；RORA 不参与 UVM 的 TSC/mTOR 通路（图 6B）。这些结果表明褪黑激素调节剂在调节癌症相关通路中起重要作用。 

07   药物敏感性分析   

为了研究褪黑激素调节剂在化疗或靶向治疗中的作用，作者整合了来自 GDSC 的癌细胞系的药物敏感性和基因表达谱数据。 Spearman 相关分析表明，药物对 I-BET-672、PIK-93、KIN001-102、PHA-793887等的敏感性与PER2的表达相关（与IC50负相关）。然而，对伏立诺他、CUDC-101、CAY10603等的耐药性与 CLOCK 的表达相关（与 IC50 呈正相关）（图 7）。这些结果表明，褪黑激素调节剂的失调表达可能介导对化疗和靶向药物治疗的耐药性。

图 7

小编总结 

本研究中，综合评估了33个实体瘤中褪黑素调节因子的基因组学和临床特征，研究发现，基因组和表观遗传学的改变，以及mRNA表达与miRNA网络介导的褪黑素调节因子的异位表达参与了癌症相关通路的激活，并与临床生存密切相关。另外，遗传分析显示褪黑素调节因子的拷贝数变异频率很高，而生物钟基因的异常高甲基化介导了褪黑素调节因子的下调。 研究从多角度进行，但都不是十分深层的分析，难度不高，大家可以借鉴！       

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