重み付け遺伝子共発現ネットワーク解析と免疫組織化学的検証を統合することで、PTGDS発現の低下が子宮内膜癌の生存率低下を予測した

Decreased PTGDS Expression Predicting Poor Survival of Endometrial Cancer by Integrating Weighted Gene Co-Expression Network Analysis and Immunohistochemical Validation.

• Ruoyao Zou
• Mingjun Zheng
• Mingzi Tan
• Haoya Xu
• Nannan Luan
• Liancheng Zhu

抄録

目的:

バイオインフォマティクス解析と免疫組織化学的検証を用いて、主要な病原遺伝子を同定し、子宮内膜癌（EC）の潜在的な分子メカニズムを明らかにする。

Purpose: To identify key pathogenic genes and reveal the potential molecular mechanisms of endometrial cancer (EC) using bioinformatics analysis and immunohistochemistry validation.

材料と方法:

重み付け遺伝子共発現ネットワーク解析（WGCNA）により、遺伝子発現オムニバス（GEO）からダウンロードしたGSE50830データセットの上位25％のバリアント遺伝子に基づいて共発現ネットワークを構築した。DAVIDオンラインツールを用いて、GOおよびKEGG経路の富化解析を行った。Cytoscapeのプラグインを用いて候補遺伝子を選択し、Oncomine、GEPIA、Kaplan-Meier Plotterデータベースを用いてECにおけるmRNA発現レベルと予後値を解析し、ハブ遺伝子を決定した。1 つのハブ遺伝子は、パラフィン包埋子宮内膜組織 116 個と TCGA-UCEC コホートの免疫組織化学的（IHC）染色により検証された。このハブ遺伝子と共発現している遺伝子をLinkedOmicsで同定した。最後に、免疫浸潤との相関をTIMERで評価した。

Materials and Methods: Through weighted gene co-expression network analysis (WGCNA), a co-expression network was constructed based on the top 25% variant genes in the GSE50830 dataset downloaded from gene expression omnibus (GEO). GO and KEGG pathway enrichment analyses were performed using the DAVID online tool. Candidate genes were selected using the plug-in of Cytoscape, mRNA expression levels and prognostic values in EC were analyzed by Oncomine, GEPIA, and Kaplan-Meier Plotter database to determine hub genes. One hub gene was validated by immunohistochemical (IHC) staining of 116 paraffin-embedded endometrial tissues and TCGA-UCEC cohort. Genes co-expressed with this hub gene were identified by LinkedOmics. Finally, its correlation with immune infiltration was evaluated by TIMER.

結果:

WGCNAにより3つの共発現モジュールと各モジュール内の5つの候補遺伝子を取得し、4つのハブ遺伝子（LGR5, SST, ZNF558, PTGDS）を同定した。その結果、LGR5とSSTのmRNAレベルはECにおいて有意に上昇し、ZNF558とPTGDSのmRNAレベルは有意に低下しており、4つの遺伝子すべての発現がECの予後と関連していることがわかった。さらに検証を行った結果、EC群では非定型過形成群および正常子宮内膜群と比較してPTGDSの発現が有意に低下しており、その低発現はECの予後悪化の独立した危険因子であることが明らかになった。生物学的機能解析の結果、PTGDSは適応免疫応答、白血球遊走、細胞接着分子やケモカインシグナルの調節に関与している可能性が示唆された。さらに、PTGDSの発現は、B細胞、CD4 T細胞、マクロファージの免疫浸潤状態と正の相関を示した。

Results: Three co-expression modules and five candidate genes in each module were obtained by WGCNA; four hub genes were identified (LGR5, SST, ZNF558, and PTGDS). The mRNA levels of LGR5 and SST were significantly upregulated in EC, whereas those of ZNF558 and PTGDS were significantly downregulated; the expression of all four genes was associated with EC prognosis. Further validation demonstrated that PTGDS was significantly downregulated in the EC group compared with the atypical hyperplasia and normal endometrial groups, and its low expression was an independent risk factor for worse prognosis of EC. Biological function analysis indicated that PTGDS might be involved in the adaptive immune response, leukocyte migration, as well as in the regulation of cell adhesion molecules and chemokine signaling. Additionally, PTGDS expression was positively correlated with immune infiltration status of B cells, CD4 T cells and macrophages.

結論:

LGR5、SST、ZNF558、PTGDSはECの発生、進行、予後に関与している可能性があり、PTGDSはECの新規バイオマーカーおよび治療標的となる可能性がある。

Conclusion: LGR5, SST, ZNF558, and PTGDS may participate in the development, progression, and prognosis of EC, in which PTGDS may be a novel biomarker and therapeutic target for EC.

© 2020 Zou et al.