Cancer Cell (IF=50.3) | 多组学分析揭示透明细胞肾细胞癌的分子特征

肾细胞癌(RCC)是世界范围内最常诊断的十种癌症之一,包括一系列广泛的组织学和遗传学亚型。透明细胞肾细胞癌(ccRCC)占肾癌死亡案例的75%。虽然局部ccRCC的治疗是手术切除或消融,但疾病晚期的治疗选择受到化疗耐药性的限制,导致研究驱动的靶向治疗出现。酪氨酸激酶抑制剂和免疫检查点抑制剂的组合治疗已证明有效果。然而,这些治疗对肿瘤抑制和个体患者存活率的影响不同,这意味着需要新的选择来改善患者的预后。

2023年1月9日,美国华盛顿大学的丁莉(LI Ding)教授等在Cancer Cell发表了题为“Histopathologic and proteogenomic heterogeneity reveals features of clear cell renal cell carcinoma aggressiveness”的文章。该研究对213例患者的305个ccRCC肿瘤片段和166对邻近正常组织进行了组织病理学、蛋白基因组学和代谢组学的综合分析,揭示90%以上的透明细胞肾细胞癌的瘤内异质性、肉瘤样和横纹肌样的特征以及UCHL1的预后价值。这项研究从分子水平对侵袭性组织病理学亚型进行了分层,以提供有效的治疗策略。


Cancer Cell (IF=50.3) | 多组学分析揭示透明细胞肾细胞癌的分子特征
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文章名称:Histopathologic and proteogenomic heterogeneity reveals features of clear cell renal cell carcinoma aggressiveness

期刊:Cancer Cell

影响因子:50.3

发表时间:2023年1月

样本类型:305个肿瘤片段和166对邻近正常组织

组学技术:定量蛋白质组+磷酸化蛋白质组+完整糖肽蛋白质组+靶向代谢组





研究思路




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研究结果




01、单细胞分析鉴定肿瘤微环境、肉瘤样和横纹肌样表达特征


作者首先将213例ccRCC病例分为四种组织病理学亚型,包括低分化ccRCC(CL)肿瘤、高分化ccRCC(CH)肿瘤以及CH组中的肉瘤样特征组(CH-S)、横纹肌样特征组(CH-R),并进行了综合多组学分析。根据横纹肌样、肉瘤样、多结节性和透明化等特定特征选择了4例患者,通过snRNA-seq对12个肿瘤片段进行转录组学肿瘤内异质性(ITH)研究。基于转录组学数据,研究发现了肿瘤和肿瘤微环境(TME)区室中的细胞ITH(图1A–C)。肉瘤样分化是一种预后不良的特征,在C3N-00148中呈不同的节段分布。C3N-00148的轨迹分析揭示了不同分支中节段的富集差异,预测了seg3中肿瘤亚群的后期进化,并富集了与轨迹分支相对应的Hippo信号通路(图1D)。在C3N-01287中发现的另一种预后不良的ccRCC组织学表型(横纹肌样)与透明细胞区并列,snRNA-seq将两种肿瘤特征作为不同的细胞簇捕获(图1E)。

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图1 单核RNA-seq图谱鉴定

(图源:Li Y, et al., Cancer Cell, 2023)


02、甲基1亚型的DNA高甲基化与BAP1突变、低生存率相关的特征有关


DNA甲基化标记的失调被认为是癌症发生的早期事件。前期的泛RCC基因组研究显示,DNA甲基化增加与ccRCC较差预后之间存在强关联(图2A-B)。因此研究人员通过扩展队列数据进一步探索,通过DE分析筛选得到了上调基因-UCHL1(图2C),并根据进一步分析发现UCHL1除了富含甲基1亚型外,还与BAP1突变体和wGII-high类别显著相关(图2D-F)。最后,利用染色法对UCHL1进行表征(图2I-J)。综上,UCHL1在肾细胞癌上具有一定的预后价值。

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图2 DNA高甲基化的甲基1亚型的特征

(图源:Li Y, et al., Cancer Cell, 2023)


03、ccRCC蛋白磷酸化的改变


为了确定ccRCC中关键的磷酸化信号通路,本研究通过磷酸化蛋白质组学分析了基于激酶-底物(K-S)改变的磷酸化信号网络,包含了110例基于DIA的EXP队列病例和103例基于TMT的INI队列病例(图3A)。聚类性分析发现四种主要的ccRCC磷酸化蛋白质组亚型(P1-P4),并通过PTM-SEA42分析揭示了磷酸亚型的不同特征(图3B-C)。此外,研究发现AZD-1775、TAK-228和Trametinib对细胞系表现出较好的抑制反应,而Everolimus和Gefitinib对其磷酸化相关信号的影响最小(图3D)。

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图3 磷酸化蛋白质组学分析

(图源:Li Y, et al., Cancer Cell, 2023)


04、低分化ccRCC和高分化ccRCC蛋白糖基化的改变


癌症细胞表面蛋白的异常糖基化可以影响各种生物功能,本研究通过完整糖肽(IGPs)蛋白质组学分析确定了ccRCC肿瘤和NATs中51个上调的IGPs和131个下调的IGPs(图4A)。其中,来自四种糖蛋白(FN1、FBLN5、BGN和TNC)的四种IGPs表现出区分肿瘤和非肿瘤组织的能力(图4B)。上调的糖肽富含岩藻糖或唾液酸-岩藻糖聚糖,而下调的糖肽富含高聚糖、唾液酸聚糖或其他聚糖。糖肽丰度在蛋白质水平和糖基化两方面都受到不同聚糖的调节(图4C-D)。同时,根据数据分析发现了ccRCC三种主要的糖蛋白质组亚型、三个完整的糖肽簇以及HYOU1作为预后标记的潜力(图4E-G)。

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图4 完整糖肽蛋白质组学分析

(图源:Li Y, et al., Cancer Cell, 2023)


05、低分化ccRCC和高分化ccRCC的代谢特征


肾癌与代谢物的改变密切相关,重新编程的肿瘤代谢是癌症的一个重要标志,主要表现为代谢物丰度和组成的改变。因此,研究者们对550个ccRCCs和7个NATs的各种代谢途径的183种代谢物进行了高置信度的量化,发现高级别肿瘤和低级别肿瘤的代谢特征有显著差异(图5A-C)。结合代谢组学和蛋白基因组学观察到精氨酸和脯氨酸代谢的显著变化,包括代谢物和相关酶的精氨酸生物合成和尿素循环(图5F)。基于多组学分析发现50个肿瘤中有48个呈现独特的表征特征,表明ccRCC中明显的瘤间异质性(图5H)。

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图5 靶向代谢组学分析

(图源:Li Y, et al., Cancer Cell, 2023)





小结




这项研究通过组织病理学和多组学分析了肾细胞癌特征机制。其中,组织学异质性的观察结果与潜在的分子异质性密切相关,但分子异质性也超出了在可见组织水平上观察到的范围。本研究描述了肾细胞癌的蛋白质组学特征,为进一步研究提供了丰富的数据,可以推动治疗研究的转化,以改善慢性肾细胞癌患者的预后。




拜谱小结




 为了获得最全面的ccRCC肿瘤的信息,本研究通过多组学分析的手段整合了ccRCC不同的组织学特征,揭示了驱动ccRCC的分子机制,并为选择有效的治疗手段提供参考。拜谱生物作为组学领域的领军企业,最新引进了Orbitrap Astral质谱仪并升级了DIA定量蛋白质组、磷酸化修饰蛋白质组、完整糖肽蛋白质组学、半胱氨酸修饰蛋白质组等蛋白组学服务,为多组学联合分析打下坚实的基础,欢迎大家咨询!




参考文献:Li Y, Lih TM, Dhanasekaran SM, et al. Histopathologic and proteogenomic heterogeneity reveals features of clear cell renal cell carcinoma aggressiveness. Cancer Cell. 2023;41(1):139-163. doi: 10.1016/j.ccell.2022.12.001.




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