Aging(AlbanyNY)
09Feb7
IF:4.86
Introduction在传统的概念中，表观遗传学只涉及DNA或蛋白质(组蛋白)的可逆化学修饰，并独立于DNA序列调节基因表达。RNA修饰最近与其调节RNA加工和新陈代谢的功能一起被认为是表观遗传学的第三部分。RNA修饰几乎存在于所有形式的天然细胞RNA中，包括mRNAs、tRNAs、rRNAs、小核RNAs、小核仁RNAs、长链非编码RNAs(lncRNAs)和微RNAs(miRNA)。其中，m6A修饰是真核生物中最丰富的mRNA甲基化形式。
RNA修饰类似于DNA和蛋白质修饰，由甲基转移酶(“编写器”)、结合蛋白(“读取器”)和去甲基酶(“擦除器”)动态调节。重要的甲基化调节剂由“编写器”包括甲基转移酶(METTL3、METTL4)、WT相关蛋白(WTAP)、KIAA49、RNA结合基蛋白(RBM5)和含锌CCCH结构域蛋白(ZC3H3)，“读取器”包括含有YTH结构域的(YTHDC、YTHDC)，YTHN6-甲基腺苷RNA结合蛋白(YTHDF、YTHDF)和异质核核糖核蛋白(HNRNPC),以及“擦除器”包括脂肪和肥胖相关蛋白(FTO)和α-酮戊二酸依赖的双加氧酶(ALKBH5)。m6ARNA甲基化调节剂的发现极大地加深了我们对m6A修饰在基因表达转录后调控中的作用和机制的理解。
m6A修饰不仅在卵母细胞和中枢神经系统发育中起重要作用，而且在肿瘤的发生、发展和放射抗性方面具有多种调节功能。此外，越来越多的证据表明，基因改变和m6ARNA甲基化调节因子的异常表达与各种癌症的恶性进展密切相关。据报道，m6ARNA甲基化调节因子在胶质瘤干细胞维持和抗辐射方面也起着关键作用。然而，文献缺乏对m6ARNA甲基化调节因子在不同临床病理特征的胶质瘤中的表达、在胶质瘤恶性进展中的作用及其预后价值的全面分析。
在本研究中，我们利用中国胶质瘤基因组图谱(CGGA)(n=)和癌症基因组图谱(TCGA)(n=)的RNA测序数据，系统地分析了3个广泛报道的m6ARNA调节因子在例胶质瘤中的表达。我们提供了每种m6A修饰调节子在不同临床病理特征下的表达数据。我们发现m6ARNA甲基化调节因子的表达在胶质瘤的恶性进展过程中起着重要作用，并设计了七种m6ARNA甲基化调节因子的标记来对胶质瘤的预后进行分层。
Results胶质瘤中m6ARNA甲基化调节因子的表达与临床病理特征的关系系统地研究了每个单独的m6ARNA甲基化调节因子与胶质瘤病理特征的关系，包括WHO分级、IDH状态和p/9q共缺失状态，来研究每个m6ARNA甲基化调节因子在肿瘤发生发展中的重要生物学功能。每个m6ARNA甲基化调节子的表达水平和WHO级别被显示为热图(图A和B)，表明大多数m6ARNA甲基化调节子的表达与WHO级别显著相关。
在CGGA(图C)和TCGA数据集(图D)中的定量分析也证实了WHO分级与WTAP、RBM5、YTHDF、ALBKH5和FTO表达水平之间的显著相关性。随着WHO分级的增加，WTAP、RBM5、YTHDF和ALBKH5的表达增加，FTO的表达减少。
然后研究了IDH状态与低级别胶质瘤(图E和图F)和胶质母细胞瘤(GBM，图G)中每个m6ARNA甲基化调节因子表达水平的关系。结果表明，在CGGA(图E)和TCGA(图F)数据集中，ALKBH5、YTHDF、RBM5、METTL3、METTL4、FTO和YTHDC的表达水平在突变-IDH的LGG和野生型-IDH的LGG之间存在显著差异。
在CGGA数据集中，FTO、YTHDC和METTL3在IDH突变型和IDH野生型的GBM中也有差异表达(图G)。然而，我们无法在TCGA数据集中比较含或不含IDH突变的GBM时m6ARNA甲基化调节剂的表达，因为IDH突变型GBM(n=0)和IDH野生型GBM(39)的数量极不平衡。在IDH突变型的LGG中，观察到YTHDF和WTAP的表达与p/9q共缺失(p/9q密码子)的状态高度相关(图H)。
考虑到METTL6也可能是一种m6A甲基转移酶，并且METTL6的敲除可能导致m6A下降，在CGGA数据集中研究了METTL6在不同恶性程度的胶质瘤中的表达(图S)。METTL6的表达与WHO分级无关。虽然METL6的表达与胶质瘤IDH状态有关(在LGG中P0.00，在GBM中P0.05)，但在胶质瘤的任何病理亚型中均无预后价值。此外，表达信息也没有包括在TCGA数据集中，因此METTL6没有继续研究。
此外，观察到3个m6ARNA甲基化调节因子在胶质瘤中的遗传变化(突变或coy数变化)频率很低(均为≤.%)(图S)，表明这些m6ARNA甲基化调节因子的表达变化不是由相应基因的遗传变化引起的。
m6ARNA甲基化调节剂的共识聚类识别出两组具有不同临床结果和临床病理特征的胶质瘤根据m6ARNA甲基化调节剂的表达相似性，在CGGA数据集中聚类相似度从k=增加到0，选择k=3(图A和B)。
然而，例胶质瘤中有93例聚集在CGGA数据集中的两个亚组中的一个(图C和图S3)。因此，我们比较了k=聚类的这两个亚组的临床病理特征，即RM和RM(图C)数据集。
RM亚型与确诊年龄小(P0.)、WHO等级低(P0.)、神经型或前神经型相关(P0.)、IDH突变状态(P0.)和p/9q密码子状态(P0.)相关。RM亚型主要包括确诊年龄较大的胶质瘤、胶质母细胞瘤(GBM)表型、经典型或间质型、IDH-野生型和p/9q共缺失(表S)。此外，我们观察到RM亚组的总生存期(OS)明显短于RM亚组(图D)。
通过共识聚类确定的类别与胶质瘤的恶性程度密切相关以上结果提示，聚类结果与胶质瘤的恶性程度密切相关。为了更好地理解3个m6ARNA甲基化调节剂之间的相互作用，分析了它们之间的相互作用(图3A)和相关性(图3B)。WTAP是“编写器”的中枢基因，它与METTL3、METTL4、KIAA49和ZC3H3的相互作用或共表达得到了实验数据和String数据库的支持(图3A)。在胶质瘤中，WTAP的表达也与METTL4、KIAA49和RBM5的“编写器”显著相关(图3B)。在“读取器”中有几个独立的相互作用群，这表明不同的“读取器”具有不同的功能(图3A)，但YTHDF、YTHDC和YTHDF在胶质瘤中的表达彼此显著相关(图3B)。此外，WTAP、RBM5、YTHDF、YTHDF和ALKBH5在胶质瘤中的表达呈高度正相关，且均与FTO呈负相关(图3B)。这些结果与WTAP、RBM5、YTHDF、YTHDF和ALKBH5的表达水平与胶质瘤的恶性程度呈正相关，而FTO的表达水平与胶质瘤的恶性程度呈负相关一致(图和图)。
进一步使用主成分分析(PCA)来比较RM和RM亚群之间的转录图谱。结果显示它们之间有明显的区别(图3C)。鉴定出RM亚组中显著上调(SAM8，FC，P0.0)或下调(SAM-8，FC0.5，P0.0)的基因，然后利用GO通路分析对它们的功能进行了注释(图3D)。结果表明，上调基因在肿瘤相关的生物学过程中表达丰富，包括细胞增殖、细胞外基质组织、血管生成、迁移和免疫反应等。在KEGG途径分析中也观察到了相应的信号通路(图3E)。
此外，基因集富集分析显示肿瘤的恶性特征，包括上皮间充质转化(NES=.88，P0.00)、通过NF-κB的TNFα信号(NES=.79，P0.00)、炎症反应(NES=.74，P=0.04)和IL6/JAK/STAT3信号(NES=.79，P0.00)与RM亚组显著相关(图3F)。
所有这些发现表明，共识聚类所确定的两个类别与胶质瘤的恶性程度密切相关。
m6ARNA甲基化调节剂的预后价值，以及使用七种选定的m6ARNA甲基化调节剂建立的风险特征接下来，试图研究m6ARNA甲基化调节因子在胶质瘤中的预后作用。对CGGA数据集中的表达水平进行了单变量Cox回归分析(图4A)。结果表明，3个基因中有个与OS显著相关(P0.05)。在这个基因中，ALKBH5、YTHDF、YTHDF、HNRNPC、RBM5、KIAA49和WTAP是HR的危险基因，FTO、YTHDC、ZC3H3和METTL3是HR的保护基因。
在LGG(补充表3)和GBM(补充表4)中分别调查了每种m6ARNA甲基化调节剂的预后价值。在有预后价值的LGG基因中，YTHDF、WTAP、ALKBH5、RBM5、KIAA49、HNRNPC、YTHDF和FTO的表达水平与IDH突变和p/9q非密码子LGG患者的总生存期(OS)显著相关。在这些基因中，YTHDF、KIAA49、HNRNPC和YTHDF在IDH-野生型LGG中也有预后价值。在GBM中，FTO、YTHDF和RBM5的表达对IDH野生型GBM有预后价值，FTO在IDH突变型GBM也有预后价值。
为了更好地预测使用m6ARNA甲基化调节剂的胶质瘤的临床结果，将LASSOCox回归算法应用于CGGA数据集中的个预后相关基因，并将其用作训练集(图4A)。基于最小准则选择7个基因来构建风险特征，并使用LSAAO算法得到的系数来计算训练数据集(CGGA)和验证数据集(TCGA)的风险评分。为了研究七基因风险标记的预后作用，我们根据中位风险评分将CGGA(n=)和TCGA(n=)数据集中的胶质瘤患者分为低风险组和高风险组，并观察到两类患者的OS有显著差异(均P0.；图4B，C)。
胶质瘤的预后风险评分与临床病理特征有很强的相关性热图显示了CGGA数据集中七种选定的m6ARNA甲基化调节因子在高风险和低风险患者中的表达(图5A)。高危组与低危组在WHO分级(P0.00)、年龄(P0.00)、IDH状态(P0.00)、p/9q编码状态(P0.00)、TCGA亚型(P0.00)、RM/亚组(P0.00)等方面有显著性差异。
进一步研究风险评分和每个临床病理特征之间的关系，在CGGA(图5B-H)和TCGA数据集(图S4)中，按WHO分级、TCGA亚型、年龄、IDH状态、p/9q编码状态和RM/亚组分层的患者之间的风险评分有显著差异，但没有性别差异(图5B-H)。
ROC曲线显示，风险评分可以很好地预测胶质瘤患者(AUC=90.3%)、RM/亚组(AUC=98.6%)、胶质瘤IDH突变状态(AUC=86.3%)和胶质瘤p/9q编码状态(AUC=8.3%)的三年生存率。此外，预测效率优于WHO分级和年龄(图5I-L)。这些结果表明，根据签名计算的风险分数可以准确地预测胶质瘤患者的预后和临床病理特征，特别是对RM/亚组。
然后，对CGGA数据集进行单变量和多变量Cox回归分析，以确定风险特征是否为独立的预后指标。单因素分析显示，危险评分、p/9q编码状态、IDH状态、年龄和WHO分级均与OS相关。当将这些因素纳入多变量Cox回归时，风险评分和世界卫生组织分级仍然与OS显著相关(均P0.00，图5M)。在TCGA数据集的验证中也发现了类似的结果：风险评分(P=0.07)、IDH状态(P0.00)、年龄(P0.00)和世界卫生组织分级(P=0.)在多因素回归中仍与OS显著相关(图5N)。这些结果证实了由m6ARNA甲基化调节剂得出的风险评分可以独立预测胶质瘤患者的预后。
在WHOII级和III级胶质瘤(图6A，B)和GBM(图6C)中，高风险评分的患者的OS明显短于那些低评分的患者。同时，风险评分对按WHO不同级别的胶质瘤具有预后价值(图S5)。
此外，风险评分还可以预测CGGA(图6D)和TCGA数据集(图6E)GBM中的间质亚型。
与这一发现一致的是，在CGGA和TCGA数据集上，风险评分高的患者对GBM中的TMZ治疗也更敏感(图6F-L)。
Conclusion
N6-甲基腺苷(m6A)RNA甲基化与癌症的发生和发展有关，是由m6ARNA甲基化调节剂动态调节的。本文中，我们证明了在例胶质瘤中，3个主要的m6ARNA甲基化调节因子中的大多数在不同临床病理特征的胶质瘤中差异表达。通过对m6ARNA甲基化调节因子应用共识聚类，鉴定了两个胶质瘤亚群(RM/)：与RM亚组相比，RM亚组预后较差，WHO分级较高，IDH突变频率较低。此外，上皮-间充质转化(EMT)和肿瘤诱导因子(TNFα)通过NF-κB信号传导的特征也在RM亚组显著富集。这一发现表明m6ARNA甲基化调节因子与胶质瘤的恶性程度密切相关。基于这一发现，我们使用7个m6ARNA甲基化调节剂推导出一个风险标志，它不仅是一个独立的预后标志物，而且还可以预测胶质瘤的临床病理特征。此外，m6A调节因子与GBM的间质亚型和TMZ敏感性有关。综上所述，m6ARNA甲基化调节因子在胶质瘤的恶性进展过程中起着至关重要的作用，对预后分层和治疗策略的制定有潜在的帮助。
Reference:m6ARNAmethylationregulatorscontributetomalignantprogressionandhaveclinicalprognosticimpactingliomas
PMID:
DOI:0./aging.
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