不用做实验的6分+基因家族纯生信思路~

导语

蛋白赖氨酸脱甲基酶KDM5家族的表观遗传异常与多种癌症有关。

背景介绍

今天小编为大家带来一篇基因家族的纯生信文章，所有的结果都可以在在线工具或软件轻松复现。文章题目为Expression, Prognostic Value, and Functional Mechanism of the KDM5 Family in Pancreatic Cancer，发表在Front. Cell Dev. Biol.上，影响因子6.6分。

数据介绍

数据来自TCGA，但是原文中提及，分析都是由在线工具完成，包括

cBioPortal：https://www.cbioportal.org/

Kaplan-Meier Plotter：http://kmplot.com/analysis/

TIMER：http://timer.cistrome.org/

LinkedOmics：http://www.linkedomics.org/login.php

STRING：https://string-db.org/

GeneCards：https://www.genecards.org/

Metascape：https://metascape.org/gp/index.html

TISIDB：http://cis.hku.hk/TISIDB/

GSCA Lite：http://bioinfo.life.hust.edu.cn/web/GSCALite/

结果解析

01

KDM5家族在胰腺癌中的表达

与正常组织相比，KDM5A/B/C在PAAD、乳腺癌（BRCA）和胃腺癌（STAD）等12种肿瘤组织中的表达显著上调（图1A–C）。相比之下，KDM5D在24种肿瘤组织中的表达显著降低，例如PAAD，BRCA和前列腺癌（PRAD）（图1D）。综上，KDM5A/B/C在包括PAAD在内的多种肿瘤组织中明显过表达，而KDM5D的表达明显下调，表明KDM5家族成员的表达与包括胰腺癌在内的多种恶性肿瘤的发生和发展密切相关。

图1

02

KDM5家族在胰腺癌的突变和预后

作者使用cBioPortal在线工具分析了KDM5家族的基因突变。KDM5家族在来自胰腺癌患者的17个样本（11%）中具有两种或更多种类型的基因变异（图2A）。最常见的变异发生在KDM5A/B基因中（5%）。变异的主要类型是扩增和错义突变。此外，2.7%的变异发生在KDM5C中，最常见的变异类型是深度缺失，而在KDM5D基因中未检测到相关突变。

图2

作者分析了KDM5家族基因突变患者和无突变患者的临床和病理特征。结果显示，有饮酒史和胰腺癌粘液腺癌的患者更容易发生KDM5家族基因突变（图2B-C）。大多数KDM5A基因突变患者有乳腺癌和黑色素瘤家族史或胰腺粘液腺癌的病理性胰腺癌亚型（图2D-E）。大多数KDM5B基因突变患者有饮酒史（图2F），大多数KDM5C基因突变患者有乳腺癌家族史，慢性胰腺炎史和胰腺癌肿瘤分级较高（图2G-I）。

在对KDM5家族基因突变患者和无突变患者的预后特征的分析中，未发现KDM5家族基因突变对胰腺癌患者的OS和DFS有显著影响，这可能与患者的样本量小有关。综上所述，胰腺癌患者KDM5A/B/C基因突变发生率较高，而有饮酒史、乳腺癌家族史、黑色素瘤家族史或慢性胰腺炎病史的患者发生KDM5A/B/C突变的可能性更大。

03

KDM5家族基因表达的预后

KDM5A的高表达与较差的治疗效果和较高的肿瘤分级显著相关。KDM5B的高表达与年龄≤65岁，无糖尿病病史，肿瘤分级较高，更晚期临床分期和更晚期T分期显著相关。KDM5C的高表达与女性显著相关。KDM5D的高表达与男性和吸烟史显著相关。KDM5A和KDM5B的高表达水平可增加胰腺癌恶性程度，导致患者预后更差，进一步证实KDM5家族的成员可能是胰腺癌原饿癌基因。

作者使用Kaplan Meier曲线分析了KDM5家族基因表达水平与胰腺癌患者预后之间的相关性。结果表明，KDM5A的上调表达与较短的OS和RFS有关。KDM5D表达的下调与较短的OS和RFS相关。KDM5B和KDM5C的过表达分别与较短的OS和较短的RFS显著相关（图3A，B）。

以上结果表明，KDM5家族的异常表达可作为预测胰腺癌患者预后情况的生物标志物。

图3

04

KDM5家族基因的富集

为了探索胰腺癌中KDM5家族基因与其共表达基因之间的相互作用，从LinkedOmics数据库中获得了KDM5家族的800个共表达基因，并绘制了胰腺癌中KDM5家族和共表达基因的火山图（图4A)。使用Metascape数据库分析了这800个基因的GO和KEGG通路。

结果显示BP术语“肽代谢过程”，“染色质组织”和“细胞对DNA损伤刺激的反应”显著富集（图4B）。富集的CC项主要包括“胞质核糖体”，“转移酶复合物”和“线粒体包膜”（图4C）。富集的MF术语主要包括“核糖体的结构成分”，“染色质结合”和“转录因子结合”（图4D）。KEGG通路分析表明，靶基因主要与术语“核糖体”，“化学致癌 - 活性氧”和“癌症中的转录失调”有关（图4E）。

图4

为了进一步分析KDM5家族及其共表达基因的机制，在热图中可视化了前50个正相关基因（图5A）和前50个负相关基因（图5B）。相关基因的功能包括转录调控，蛋白质修饰，DNA损伤修复，细胞周期调控和细胞迁移调控。GeneCards用于注释与KDM5A/B/C表达正相关的前10个基因以及与KDM5D表达负相关的前10个基因。基因的功能包括转录调控、蛋白质修饰、翻译调控、细胞周期调控、细胞迁移调控、细胞增殖调控和细胞凋亡调控。

KRAS可以诱导肿瘤抑制基因的转录沉默，其突变产生驱动胰腺癌发生和发展的修饰蛋白。KRAS基因与KDM5B的表达呈正相关（图5A）。同时，KDM5A/B/C的表达水平与KRAS、BRCA1、BRCA2、ATM、SLC16A4和RABL3的表达呈正相关。

最后，使用TIMER数据库分析了KDM5家族成员之间的关系，结果表明每个成员的表达均呈显著正相关：KDM5A和KDM5B之间的相关性最强（cor = 0.594）（图5D）。

综上，KDM5家族的成员可以与胰腺癌中的多种致病基因、转录调控因子、蛋白质修饰因子、DNA损伤修复因子、细胞周期调控因子、细胞迁移调控因子等进行合作，包括与“化学致癌—活性氧种类”和“癌症转录失调”相关的因素， 参与胰腺癌的发生和发展。

图5

05

PPI网络和富集

作者使用STRING分析了KDM5家族成员和相关基因的蛋白表达，测定了与KDM5家族蛋白蛋白相互作用（PPI）最强的9个基因。PPI网络包括9个基因节点和24个边（图6A）。结果表明，KDM5A/B/C的蛋白表达与HDAC1的蛋白表达密切相关。

接下来，作者分析了与KDM5家族蛋白相互作用最强的9个基因的GO和KEGG富集途径（图6B）。GO分析结果显示BP项“组蛋白赖氨酸去甲基化”，“组蛋白去甲基化”和“蛋白质去甲基化”显著富集。CC项主要包括“组蛋白甲基转移酶复合物”、“甲基转移酶复合物”和“Sin3复合物”。MF项主要包括“组蛋白去甲基化酶活性”、“去甲基化酶活性”和“转录核加压活性”。KEGG通路分析表明，靶基因主要与“长寿调节通路”、“缺口信号通路”和“苯丙胺成瘾”等术语相关。

综上，KDM5家族蛋白可能与HDAC1等蛋白质有较强的相互作用，修饰组蛋白H3的赖氨酸，作用于许多途径，包括“长寿调节途径”和“缺口信号通路”，这些在胰腺癌细胞的增殖中起调节作用。

图6

06

KDM5家族的免疫浸润

作者利用TIMER数据库探索KDM5家族基因表达与淋巴细胞浸润水平的关系。KDM5A/B/C表达的上调与B细胞、CD8 T细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞和其他浸润淋巴细胞的浸润增加有关（图7A–C），KDM5D表达的上调与B细胞、CD8 T细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞和其他浸润淋巴细胞的浸润增加无关（图7D)。

作者使用TISIDB数据库分析了胰腺癌中KDM5家族表达与免疫刺激分子（图7E），免疫抑制分子（图7F），MHC分子（图7G），趋化因子（图7H）和趋化因子受体（图7I）之间的相关性。结果表明，KDM5A/B/C的上调表达与NT5E、TNFSF4和TNFSF15等免疫刺激分子、CD274和TGFBR1等免疫抑制分子、TAP2等MHC分子、CCL24等趋化因子以及CCR8和CCR9等趋化因子受体的表达增加有关（图7E–I）。

最后，使用GSCALite工具分析KDM5家族基因的表达与当前胰腺癌免疫或靶向治疗的敏感性之间的关系（图7J）。结果表明，KDM5A和KDM5C的表达水平与许多胰腺癌靶向或化疗药物（包括阿西替尼和吉西他滨）的敏感性呈负相关。因此，KDM5家族可能是预测药物敏感性和开发胰腺癌多靶点联合疗法的新靶点。

图7

小编总结

本文分析了KDM5家族在胰腺癌中的表达、突变、生存、富集通路、免疫浸润和药物敏感性，只使用在线工具和软件，没有补充实验就发表了6分文章，非常值得学习！