铜死亡相关基因的泛癌纯生信分析思路

导语

FDX1是调节铜死亡的关键基因，但FDX1对癌症患者免疫机制和预后价值的影响仍然未知。

背景介绍 

小编继续为大家讲解最新热点铜死亡的肿瘤相关文章，今天为大家带来的是FDX1的泛癌纯生信分析（FDX1是Science原文发表的调节铜死亡的关键基因）。文章于今年5月16日发表预印版。

数据介绍

从UCSC（https://xenabrowser.net/) 下载标准化的通用癌症数据集，从TCGA Pan-cancer（N=10535，G=60499）下载泛癌表达谱数据，从GTEx下载健康人群表达数据（https://www.gtexportal.org/），从CBioPortal数据库 (https://www.cbioportal.org/) 下载不同癌症中的FDX1突变频率。

结果解析 

01   FDX1在泛癌中的表达  

在TIMER数据库中（图1A），FDX1在大多数癌组织中的表达明显低于正常邻近组织，如BRCA、CHOL、COAD、KICH、KIRC、KIRP 、LUAD、LUSC、READ、SKCM和THCA。作者还使用了来自TCGA和GTEx的数据比较TIMER数据库中缺失的FDX1的表达情况（图1B)，发现FDX1在ACC、PCPG和WT中的表达显著降低，而在GBM、GBMLGG、LAML、LGG、OV、PAAD和UCS中显著提高。

此外，在CPTAC数据库中调查了FDX1的蛋白质表达（图1D）。FDX1蛋白在COAD、KIRC、HNSC、PAAC、GBM、LIHC和LUAD中显著降低，但在OV中显著增加。

图1

02   FDX1表达与临床病理分期的相关性  

作者评估了FDX1在泛癌中表达的TMN分期、分级以及性别和年龄之间的相关性。T代表肿瘤的原发肿瘤，包括原发灶位置、大小、数量、侵犯范围、浸润深度等。T1与T2、T2与T3、T2与T4在PAAD中均呈下降趋势。T1和T2、T2和T3在BLCA中显著差异（图2)。

N代表转移淋巴结，包括转移淋巴结的数量、大小和浸润范围。在LAUD中发现N0和N2、N1和N2有显著差异，并且N0和N1的表达水平高于N2和N3。在GBM中，N1比N0有显著下调，在N2和N3中的表达水平高于N1和N2（图2B）。

M代表转移灶，包括转移灶的位置和数量。在GBM中，FDX1在M0期的表达水平显著高于M1期（图2C）。女性中PRAD和BLCA中FDX1的表达水平显著高于男性（图2D)。

根据肿瘤分化程度将肿瘤细胞分为四个病理等级，FDX1表达水平在G1和G2、G2和G3显著降低。总体而言，G1和G2的表达水平低于G3和G4，FDX1在READ中的表达也显示G2大于G3期（图2E）。年龄方面，THYM、COAD、COAD和READ中FDX1的表达水平与年龄呈显著负相关（图2F）。

图2

03   FDX1表达的预后  

作者对每种癌症进行了生存分析，包括OS（总生存期）、DSS（无病生存期）、DFI（无病间隔期）和 PFI（无进展间期）。OS的Cox比例风险模型分析显示，FDX1表达与GBMLGG、LGG、KIRC和KIPAN的总生存期（OS）显著相关（图3A）。FDX1在GBMLGG 和LGG中是高风险基因，在其他类型癌症中是低风险基因，尤其是KIRC和KIPAN中。Kaplan-Meier生存分析还显示KIRC和 KIPAN患者的高FDX1表达具有更长的生存时间（图3B)，而GBMLGG和LGG中的高FDX1表达显著降低患者生存。

DSS的Cox比例风险模型显示FDX1的高表达与GBMLGG、LGG和SKCM-P患者的高风险比显著相关（图3C）。然而，在KIRC、KIPAN和THYM患者中，FDX1的高表达与低风险比显著相关。Kaplan-Meier生存分析显示FDX1高表达与GBMLGG、LGG和SKCM-P患者的DSS较差相关（图3D) 。

图3

04   FDX1的基因变异  

作者调查了TCGA队列中不同肿瘤样本中FDX1的基因改变状态。拷贝数改变 (CNA) 是癌症基因组的标志，是导致肿瘤发生的重要体细胞基因组变异。如图4A所示 ，FDX1的最高频率改变发生在以“突变”、“扩增”和“深度缺失”为主要类型的子宫肿瘤患者中。在肾细胞癌、急性髓细胞白血病的病例中，CNA的“扩增”形式占据了所有类型，而在卵巢癌中，胶质母细胞瘤是主要的突变类型（图4）。在FDX1基因修饰中发现了错义突变。此外，作者还探究了FDX1基因改变与不同类型癌症患者临床生存预后之间的潜在关联。Kaplan-Meier生存曲线显示，与乳腺浸润癌和没有FDX1改变的前列腺癌病例相比，FDX1基因改变的病例的总体生存率明显下降（图4D）

图4

  05   FDX1与蛋白磷酸化的相关性  

作者比较了正常和原发性肿瘤组织中的FDX1磷酸化水平。使用CPTAC数据集分析三种肿瘤类型：LIHC、KIRC和LUAD。作者总结了FDX1磷酸化位点和显著差异（图5A）。FDX1的Fer2结构域中的S177在LUAD（图5B）和KIRC原发肿瘤（图5C）中显示出比正常邻近组织更高的磷酸化水平，然而在LIHC中原发肿瘤组织的磷酸化水平低于正常组织。与正常邻近组织相比，FDX1的Fer2结构域中的S159在LIHC原发性肿瘤中显示出较低的磷酸化水平（图5D）。

图5

06   FDX1的DNA甲基化  

作者分析了FDX1甲基化与mRNA表达的相关性，发现在BLCA、LUSC、ACC、SKCM、HNSC、LGG、STAD、CESC、KICH、SARC呈负相关趋势，而在ESCA、LAML、LIHC正相关 (图6A )。FDX1甲基化与mRNA表达之间具有显着相关性的癌症类型的散点图如图6B所示。KIRC、LIHC、PRAD和TGCT中的 FDX1的DNA甲基化在肿瘤组织中显著降低。

此外，分析了四种生存特征 OS、DSS、DFI和PFS中FDX1的DNA甲基化对患者生存和预后的影响（图6C）。Kaplan-Meier生存曲线显示FDX1 DNA甲基化与泛癌中不良预后相关（图6D-G）。大多数原发肿瘤组织中 FDX1 DNA甲基化降低代表预后不良，而LGG、KIRC和SARC中FDX1 DNA甲基化降低是 DSS、OS和PFS的良好预后指标。

图6

07   FDX1的免疫浸润  

作者检查了6个免疫细胞的FDX1表达水平和浸润水平之间的相关性，以及不同癌症中不同免疫细胞的比例。结果显示树突状细胞在所有原发性肿瘤组织中最丰富，巨噬细胞在所有肿瘤组织中最不丰富。在大多数类型的癌症中，免疫细胞浸润水平与FDX1的表达显著相关（图7B）。其中，FDX1在LGG、KICH和THCA中的表达与免疫细胞变化的相关性最为显著。

作者绘制了StromalScore、ImmuneScore和EstimateScore前六名的线性相关图，结果显示GBMLGG在所有三个分数中显示出最高的相关性，而 THCA、LGG和ACC在所有三个分数中也显示出很高的相关性水平，与GBMLGG、LGG呈显着正相关趋势（图7D）。

图7

小编总结 

本文是一篇经典的单基因泛癌文章，分析的内容是传统的表达、突变、预后、免疫浸润等。大家也可以沿着单基因泛癌的思路，继续研究其他铜死亡相关基因在泛癌中的作用。