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「青蓮聚焦」人類結直腸癌泛素化修飾揭示其不良預后調控機制

2023-01-06 00:00:00

泛素化是一種翻譯后修飾,主要通過降解和轉運蛋白去調節蛋白質功能。如今,越來越多的證據表明,異常蛋白泛素化能夠影響腫瘤細胞的多種過程,如細胞周期、增殖、分化和凋亡。2020年全球癌癥統計顯示,結直腸癌的發病率和死亡率分別位居第三和第二。盡管近年來靶向和免疫療法的出現提高了CRC患者的五年生存率,但大多數患者腫瘤的晚期和轉移性問題仍未能得到緩解。

近期,廣東省自身免疫性疾病精準醫學工程醫學研究中心暨南大學第二臨床醫學院戴勇研究員Journal of Translational Medicine?(IF?8.44) 發表Comprehensive characterization of ubiquitinome of human colorectal cancer and identifcation of potential survival-related ubiquitination的文章,對CRC患者癌和癌旁組織進行了泛素化修飾蛋白質組學研究,為結直腸癌臨床治療及預后提供了一個潛在的泛素的功能背景。

樣本策略:CRC患者癌和癌旁組織(n=6

技術策略:LFQ蛋白組學、泛素化修飾蛋白組學

結果速遞

1CRC患者癌癥組織和癌旁組織蛋白組學及泛素化修飾蛋白組學測定

收集了6CRC患者的癌組織和癌旁組織,并對其進行了蛋白質組學和泛素組學分析。

在蛋白質組學結果顯示,共檢測到了43073個肽、6080個蛋白;在泛素組學檢測中,鑒定到9295個肽,5537個位點,5494個修飾肽,2410個修飾蛋白。通過GO功能富集發現高度泛素化(泛素化修飾位點≥10)的蛋白質特異性參與一些生物過程,如G蛋白偶聯、ATP酶活性、免疫和細胞骨架模塊(圖1C-F)。

與正常組織相比,癌組織中1172種蛋白質的泛素化含量上調,1700種蛋白質下調,GOKEGG富集分析結果表明不同的泛素化蛋白與代謝、免疫調節、端粒維持等途經相關,具體如下:泛素化改變的蛋白質主要富集在分泌囊泡、髓鞘和細胞質囊泡部分等(圖2B),這表明泛素化可能在蛋白質運輸和分泌中發揮重要作用;也在細胞骨架蛋白結合、小分子結合、腺嘌呤核苷酸結合和輔酶結合等過程中富集(圖2C),并參與嘌呤核苷酸代謝過程、中性粒細胞介導的免疫、中性粒細胞活化等(圖2D);KEGG富集分析發現,泛素化在包括碳代謝、丙酮酸代謝、細胞周期、病毒致癌、核糖體、檸檬酸鹽循環等途徑中富集(圖2E)。

高度泛素化蛋白的GO富集結果


 圖2 差異泛素化蛋白的功能富集結果


2FOCAD泛素化的增加可能與CRC患者的總生存率相關

為了篩選出可能與CRC進展相關的功能性泛素化修飾蛋白,文章使用其蛋白質組學數據集和CPTAC數據庫中的臨床信息進行了生存分析(OS)(n=98)。與正常組織相比,CRC組織中FOCADDOCK2的蛋白表達均下調(n=100),FOCADDOCK2的較低蛋白表達與CRC患者的不良OS相關(圖3C–D);同時,CRC細胞中FOCADLys583、Lys587DOCK2Lys151、Lys1006Lys1359位點的泛素化水平均上調(圖3E-F)。由此推斷蛋白質表達減少可能是由于mRNA含量減少或泛素化增加所致。

為了闡明FOCADDOCK的蛋白下調是由泛素化增加誘導的,而不是mRNA下調,文章使用TCGARNA Seq數據集分析了CRC組織和正常組織中FOCADDOCKmRNA表達。與正常組織相比,CRC組織中FOCADmRNA表達顯著上調,而在CRC細胞與正常細胞中DOCK2mRNA表達明顯下調(圖3G–H);此外,使用來自cbioportal數據庫的數據集分析了這兩個基因的蛋白質水平和mRNA水平之間的相關性,并發現DOCK2 mRNA與其蛋白質水平具有較高的相關性(相關系數=0.49),而FOCAD mRNA與蛋白質水平具有較低的相關性(相關性系數=0.15)(圖3I–J)。這進一步證明了FOCAD更可能被泛素化修飾以影響其蛋白質水平;使用HPA數據庫的免疫組化結果驗證了FOCAD的蛋白表達,并證實了CRC患者中FOCAD的表達減少(圖3K–L)。

泛素化增加誘導FOCADDOCK的蛋白下調

3FOCAD在結腸癌中作用和功能

FOCAD種系缺失的患者更容易發生腸息肉和腫瘤。為了進一步深入揭示FOCADCRC中的作用,文章使用cbioportal數據庫中的數據集分析了FOCAD的突變頻率和基因座,結果表明,FOCAD是結腸癌中的一個常見突變基因(6%)(圖4A);使用Linkedomics數據庫中的數據集研究了CRC患者中FOCAD的共表達蛋白(相關系數>0.3<-0.3),并進行了GSEA分析,圖5A、B顯示了FOCAD的前50個正相關和負相關蛋白,基因集富集分析(GSEA)表明FOCAD可能與基因轉錄和翻譯、PI3K AKT途徑、免疫途徑和代謝途徑相關(圖5C–F)。

結腸癌中FOCAD的突變頻率和基因位點


結直腸癌中FOCAD共表達蛋白


圖片

小結

在本研究中作者對CRC患者的泛素組進行了表征,發現FOCADLys583Lys587位點的泛素化可能與患者生存相關。本文提供了CRC患者泛素化的全面視角,有助于提高研究工作者對泛素化功能的理解,幫助臨床工作者找到CRC治療的潛在藥物靶點。



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