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                1. 蛋白質組學

                  北京青蓮百奧生物科技有限公司

                  領跑智慧多組學,助力科研新發現


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                  「青蓮聚焦」多組學聯合深入揭示頭頸部鱗狀細胞癌分型及治療靶點

                  2021-10-25 00:00:00

                  北京蛋白質組學



                  頭頸部鱗狀細胞癌(HNSCC)是全球第六大常見的上皮惡性腫瘤,大致可以分為HPV陽性和HPV陰性兩種亞型。其中HPV陰性群體占所有HNSCC的百分之75左右,與HPV陽性HNSCC群體相比,具有獨特的分子特征和更差的預后,然而對其系統性的分子層面研究仍然相對較少。



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                  今天和大家分享的是來自貝勒醫學院、約翰·霍普金斯大學和美國國家癌癥研究所(CPTAC)科學團隊在Cancer Cell雜志(IF=26.602)上發表了題為“Proteogenomics offers insight to treating head and neck squamous cell carcinoma”的研究論文。利用蛋白質組學、磷酸化蛋白質組學、基因組學和轉錄組學等技術對108例HPV陰性HNSCC進行分析,通過多組學聯合對HPV陰性HNSCC分型,并提供了遺傳變異的功能見解,對HPV陰性HNSCC患者的準確治療具有實際意義。

                  技術策略

                  110例未經治療的原發性HNSCC腫瘤和配對的血液樣品以及66例配對的癌旁正常組織(NAT)。樣品進行全外顯子測序(WES),全基因組測序(WGS),甲基化陣列,RNA測序(RNA-seq),microRNA測序(miRNA-seq)和TMT定量的蛋白質組和磷酸化蛋白質組分析。

                  結果速遞

                  1.多組學聯合分析HNSCC

                  北京蛋白質組分析鑒定到11744個蛋白,磷酸化蛋白質分析鑒定到8133個磷酸化蛋白及97210個磷酸化肽段。PCA分析顯示蛋白質組和磷酸化蛋白質組數據上都能將腫瘤和NAT分開(圖1B和1C)?;驅用?,108例腫瘤中蛋白質與RNA豐度之間的相關系數為0.52,在樣品層面為0.43。參與形成大型蛋白質復合物的基因,例如與補體激活、氧化磷酸化和轉錄起始相關的基因具有較低的蛋白質-RNA 相關性(圖 1D)。在基于共表達的基因功能預測中,蛋白質數據大大優于 RNA 數據(圖 1E),表明在決定基因功能方面,蛋白水平調節具有關鍵作用。研究人員還分析了遺傳變異對同源蛋白質的影響。



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                  圖1:多組學聯合分析HNSCC



                  作者比較了63例腫瘤和配對NAT,鑒定到了與HNSCC相關的轉錄本、蛋白質和磷酸化位點。結果發現預后差的蛋白質/磷酸化蛋白富集的通路包括DNA復制、細胞周期和RNA加工,表明體細胞拷貝變異(SCNA)與不良預后之間存在潛在的關系。

                  2.Rb通路的蛋白基因組分析

                  常見影響細胞周期蛋白 D-CDK4/6-Rb 通路的遺傳變異包括 CDKN2A 缺失(百分之57)和突變(百分之27)以及 CCND1 擴增(百分之32)(圖2A)。腫瘤中CCND1 擴增通常與CCND1的RNA 和蛋白質水平升高有關(圖2B和2C)。為了評估 CDKN2A 畸變和 CCND1 擴增對 CDK4/6-Rb 信號傳導的影響,研究人員定義了三組即通路基因為野生型的樣本含CDKN2A的雜合缺失(n=13)、p16畸變影響RNA表達但無CCND1擴增的樣本(n=36)、p16畸變和CCND1擴增的樣本(n=26),分析其平均磷酸化水平(Rb 磷酸化位點評分)(圖2D)。結果說明CDKN2A和CCND1畸變并不總是導致CCND1蛋白和CDK4/6活性的增加。


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                  圖2:細胞周期蛋白D-CDK4/6-Rb途徑的蛋白基因組分析



                  從RNA數據推斷的Rb磷酸化位點評分與E2F活性分數和多基因增殖分數(MGPS)顯著相關(相關系數 = 0.50 和 0.47)(圖2E)。然而,一些具有低Rb磷酸化位點評分的樣品具有高E2F活性和MGPS,表明除了CDK4/6介導的磷酸化外,細胞周期的激活還通過其他機制進行。此外,研究人員還通過構建HPV陰性HNSCC患者異種移植(PDX)模型驗證Rb對CDK4/6靶向的臨床相關性。這些結果均支持了磷酸化Rb或總的Rb可以作為HPV陰性HNSCC中CDK4/6克制劑的標志物的假設。

                  3.多組學亞型和靶向治療

                  通過整合多組學數據,使用無監督聚類分析將腫瘤分為cluster I II III(圖3A),每種亞型分別與之前的RNA亞型分類進行相關性分析,發現顯著相關。為了檢驗這些亞型在指導治療選擇中的效用,作者評估了它們與HNSCC靶向治療生物標志物的相關性(圖3B)。發現有32%的CIN腫瘤、62%的Basal腫瘤和83%的Immune腫瘤分別具有CDK克制劑,EGFR mAb和免疫療法的巨大治療潛力。



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                  圖3:整合多組學的分型和亞型特異性的靶向治療



                  此外,研究人員通過分析轉錄組和磷酸化蛋白質組學數據均表明EGFR配體而非EGFR本身是EGFR途徑激活的限制因素。因此,作者提出在選擇HNSCC患者進行抗EGFR mAb治療時應使用EGFR配體豐度,而不是EGFR擴增或過表達。

                  總結

                  總之,本項研究利用了多組學聯合分析擴展了對HPV陰性HNSCC的生物學理解,并提出了治療假設,這些假設可以作為未來針對這種侵襲性癌癥類型的分子引導準確治療的臨床前研究奠定基礎。

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