纯生信分析47天发Q1区7.7分 | 加权基因共表达网络分析+分子对接研究POU2AF1在肝细胞癌中的作用

文摘   2024-09-25 19:06   美国  

医学科研新动向

Structure of POU2AF1 recombinant protein and it affects the progression and treatment of liver cancer based on WGCNA and molecular docking analysis

Int J Biol Macromol

< 生信分析+肝癌>

研究背景

肝细胞癌(Hepatocellular carcinoma, HCC)是全球范围内常见的原发性肝癌类型,占所有肝癌病例的75%至85%。其发病机制复杂,通常与慢性肝病、病毒性肝炎(如乙型肝炎和丙型肝炎)以及代谢性疾病(如非酒精性脂肪肝病)密切相关。尽管近年来诊断和治疗手段有了显著进展,HCC的高复发率和转移性使其成为临床治疗中的重大挑战。POU2AF1作为POU家族中的转录共激活因子,已在多种癌症中被发现参与调控细胞增殖、凋亡和转移等过程。然而,目前关于POU2AF1在HCC中的作用机制及其与肿瘤进展的关系尚不清楚。因此,探讨POU2AF1的结构及其在HCC中的作用,可能为HCC治疗提供新的分子靶点和治疗策略。

研究设计

本研究采用最最最传统的生物信息学方法发到一区Int J Biol Macromol,可以尝试这个杂志,具体步骤如下:

1. 数据获取

  • 从GEO数据库提取两个数据集:

    • GSE113996(40个样本)

    • GSE141016(62个样本)

2. 差异表达基因(DEGs)分析

  • 使用R包limma进行差异表达分析,筛选出|logFC|>1,p<0.05的DEGs。

  • 火山图和热图展示了基因表达的差异性。

3. GO与KEGG富集分析

  • GO(BP、CC、MF)和KEGG通路富集分析,揭示DEGs的功能和参与的信号通路,特别是免疫应答和炎症通路。

4. WGCNA共表达网络分析

  • 合并数据集并消除批次效应。

  • 使用WGCNA构建共表达网络,识别与HCC显著相关的5个基因模块,并确定26个核心基因。

5. 核心基因POU2AF1的鉴定

  • 通过Venn分析确定POU2AF1为差异基因中的核心基因,并进行K-M生存分析评估其与患者预后的关系。

6. 分子对接分析

  • 利用AutoDock ToolsPDB数据库,对POU2AF1与抗癌药物5Z-7-oxozeaenol进行分子对接,结合能量为-8.705 kcal/mol,表明二者结合紧密。

核心结果

1. GSE113996数据集的差异表达基因分析

在GSE113996数据集中,共筛选出70个显著差异表达基因(DEGs),其中54个基因在HCC组中显著下调,16个基因显著上调(p<0.05)。火山图(图1A)展示了差异表达基因的分布情况,红色点代表上调基因,绿色点代表下调基因,|logFC|>1。热图(图1B)进一步展示了这些基因在正常组与HCC组中的表达模式,显示出HCC组中显著的基因表达差异,提示这些基因可能在HCC的病理进展中起重要作用。

2. GSE113996数据集的GO与KEGG富集分析

在GSE113996数据集的GO分析中,生物学过程(BP)显示这些差异基因主要参与对其他生物体的响应(p<0.01)。细胞成分(CC)分析显示这些基因富集于生殖细胞核(p<0.01),分子功能(MF)分析则表明这些基因显著富集于CXCR3趋化因子受体结合(p<0.01)。KEGG通路分析结果显示,这些基因显著富集于与免疫反应和炎症相关的通路中(p<0.05),这些信号通路可能通过调控免疫反应在HCC的发生和发展中发挥重要作用(图2D)。

3. GSE141016数据集的差异表达基因分析

在GSE141016数据集中,火山图(图3A)展示了HCC组与正常组之间显著差异的基因表达情况,|logFC|>1,显著性水平p<0.05。热图(图3B)进一步展示了基因表达的模式变化。GO分析揭示了差异基因显著富集于免疫反应相关的生物学过程(p<0.01),细胞成分(CC)分析显示这些基因富集于细胞表面成分(p<0.01),分子功能(MF)分析揭示这些基因在细胞因子活性中具有关键作用(p<0.01)。KEGG通路分析表明,这些基因可能参与免疫系统的调控,尤其是炎症相关通路(图4A-D)。

4. 合并数据集的WGCNA分析

为了进一步了解差异基因在HCC中的调控网络,我们对合并数据集进行了WGCNA分析。样本被分为正常组、HBV相关HCC组、原发性HCC组和转移性HCC组。通过使用软阈值4进行分析(图5B),构建了加权基因共表达网络,识别出5个显著的基因模块(图5D)。这些模块中的26个基因与HCC的进展高度相关(p<0.01),提示这些基因可能通过调控与肿瘤进展相关的关键通路,影响HCC的发生和发展(图5E)。

5. POU2AF1作为核心基因的鉴定

通过对差异基因和WGCNA模块基因的交叉分析,发现POU2AF1是唯一在HCC中显著相关的核心基因(图6A)。K-M生存分析表明,尽管POU2AF1在HCC组中的表达显著下调,但其与患者的生存率无显著相关性(p>0.05)(图6B)。此外,POU2AF1在转移性HCC组中的表达显著上调(p<0.01),提示POU2AF1可能在HCC的转移过程中起重要作用(图6C)。

6. POU2AF1的分子对接分析

为了验证POU2AF1作为潜在治疗靶点的可能性,进行了POU2AF1与抗癌药物5Z-7-oxozeaenol的分子对接分析。结果显示,POU2AF1与5Z-7-oxozeaenol的结合能量为-8.705 kcal/mol,低于强结合阈值(-7 kcal/mol),表明两者之间存在强烈的相互作用(图7B)。这一发现支持了POU2AF1作为HCC潜在治疗靶点的假设,5Z-7-oxozeaenol可能通过与POU2AF1的结合抑制HCC的进展。


本研究通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)和分子对接技术,深入探讨了POU2AF1重组蛋白在肝细胞癌(HCC)中的作用。研究发现:

  1. POU2AF1表达下调:在HCC患者中,POU2AF1的表达显著下调,表明该基因可能在肿瘤发生和进展中发挥重要作用。

  2. 与肿瘤转移相关:POU2AF1的表达与HCC转移性显著相关,尤其是在转移性HCC组中,POU2AF1的表达水平显著上调,提示其可能在肿瘤转移过程中具有调控作用。

  3. 功能富集分析:通过GO和KEGG分析,POU2AF1相关差异基因显著富集于免疫应答和炎症相关通路,进一步支持了其在HCC中的潜在功能。

  4. POU2AF1与5Z-7-oxozeaenol结合:分子对接分析显示,POU2AF1与抗癌药物5Z-7-oxozeaenol具有较强的结合能力,结合能量为-8.705 kcal/mol,表明其可能作为有效的治疗靶点。

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