经典通路泛癌分析发9.4分1区top期刊
大家好，今天要和大家分享的是2018年10月发表的一篇文章：“Comprehensive Molecular Characterization of the Hippo Signaling Pathway in Cancer”。
Hippo信号通路已被证明是一条重要的肿瘤抑制途径。在本项研究中，作者使用来自TCGA的多组学数据对33种癌症类型中的19个Hippo核心基因进行综合分析，并通过22个基因的YAP/TAZ转录靶标研究Hippo通路活性，并强调了Hippo信号通路在鳞状细胞癌中的关键作用。此外，作者还确定了Hippo基因和相关microRNA调控因子之间的体细胞驱动因素，并通过实验证明YAP和TAZ突变效应以及miR-590和miR-200a对TAZ的调控作用。此外，作者还确定了11个影响细胞活力和增殖的非沉默突变，填补了关于YAP1/TAZ体细胞突变的关键知识空白。这种结合计算和实验的方法代表了后基因组时代研究癌症关键分子机制的方向。
发表杂志：Cell Rep.
影响因子：9.420
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研究背景
Hippo信号通路由一组保守的激酶构成，它通过调节细胞增殖和凋亡来控制不同生物体的器官大小和细胞分化。Hippo通路的核心是一个激酶级联反应，这些激酶直接磷酸化主要的Hippo通路下游效应因子YAP和TAZ，从而抑制其下游靶基因的转录。近年来的研究证实：Hippo信号传导通路还在癌症发生、组织再生以及干细胞的功能调控上发挥着重要的作用。
流程图
分析解读：
体细胞拷贝数改变(SCNA)和突变分析
①根据文献将19个主要通过Hippo途径起作用的基因定义为Hippo核心基因。
②计算TCGA数据库中9125名患者的泛癌队列中的体细胞拷贝数改变(SCNA)和突变频率。
结果：
下图A：19个Hippo通路核心基因图。红色代表促癌基因，蓝色代表抑癌基因。
下图B：19个Hippo通路核心基因的基因突变和拷贝数改变的瀑布图。每行代表一个基因，每列代表一个样本。致癌基因以红色突出显示。
下图C：每种癌症类型中癌基因的显著扩增和抑癌基因的缺失。点大小表示显著性水平；颜色表示状态（红色：扩增；蓝色：缺失）。
下图D：每种癌症类型中Hippo通路核心基因的突变频率热图。颜色表示突变频率，在癌症类型中突变频率较高用深色表示。
下图E：Hippo通路DNA突变负荷相对于每种癌症类型的基因组图。条形图显示了在具有相同数量和相同基因长度的Hippo通路基因的1000个随机样本集的分布中观察到的突变负荷的最高百分位数。
YAP1/TAZ扩增和突变模式
①YAP1和TAZ是Hippo通路的主要下游效应器。
②分析33种癌症类型中YAP1和TAZ的SCNA模式。
③分析鳞状细胞癌中YAP1和TAZ的互斥模式。
④分析YAP1/TAZ体细胞突变的影响。
结果：
下图A：YAP1/TAZ在不同癌症类型中的组合扩增频率。鳞状细胞癌类型用红色标记。
下图B：鳞状细胞癌中YAP1和TAZ的显著互斥模式。每个条形代表一个基因，每列代表患者样本的拷贝数状态。红色代表高水平扩增，粉红色代表低水平扩增，浅蓝色代表杂合缺失，深蓝色代表纯合缺失。
下图C：基于细胞活力测定的YAP1体细胞突变的功能注释。红色表示中度激活，橙色表示弱激活，黄色表示无差异，蓝色表示失活。相对突变位置显示在顶部。
下图D：TAZ体细胞突变的功能注释。
下图E：在4天（上排）和11天（下排）中3种功能性YAP1突变体与野生型相比的细胞图像。
下图F：在4天（上排）和11天（下排）中3种功能性TAZ突变体与野生型相比的细胞图像。
Hippo通路基因的基因表达模式
①分析15种癌症类型中的mRNA表达以阐明Hippo通路基因的表达模式。
②根据mRNA表达数据对33种癌症类型的9125个样本进行聚类。
③为了确定鳞状细胞癌症类型的聚类模式是否特定于Hippo通路，作者对另外9个主要生物学通路进行了相同的共识聚类分析。
结果：
下图A：Hippo成分基因的5个不同的聚类，每个聚类在顶部的行条上用不同的颜色标记。
下图B：样本在5个集群中的分布。每1行是1种癌症类型，每1列代表1个集群。每个单元的数量表示对应聚类中分类的样本数量，红色强度表示样本落入一个聚类的百分比。
下图C：Hippo通路与其他9种主要生物通路的聚类模式比较。
Hippo通路的miRNA调控网络
①整合mRNA-miRNA的靶序列信息和共表达模式，以确定Hippo通路中潜在的主要调控因子。
②实验验证预测的TAZ miRNA调控因子（RNA分离，qRT-PCR，Western Blot）。
结果：
下图A：miRNA-Hippo通路基因相互作用网络。miRNA-Hippo基因调控是通过整合序列信息和共表达模式来识别的。
下图B：TAZ 3'UTR与miR-200a-3p和miR-590-3p的结合位点。红色为miR-590-3p的结合区域，紫色为miR-200a-3p的结合区域。
下图C：miR-590-3p转染HCT116和KM12细胞株后TAZ基因表达水平(p<0.01，*p<0.001)。
下图D：miR-200a-3p转染HCT116和KM12细胞株后TAZ基因的表达水平。
下图E：HCT116和KM12细胞中过表达miR-590-3p后TAZ的相对蛋白表达水平。
下图F：HCT116和KM12细胞中过表达miR-200a-3p后TAZ的相对蛋白表达水平。
YAP/TAZ目标基因对预后的影响
①检查YAP/TAZ活性与患者总生存时间的相关性。
结果：
下图A：YAP/TAZ目标分数的策划流程图。
下图B：(1)基于mRNA的22YAP/TAZ目标基因评分；(2)根据肿瘤纯度调整后，基于mRNA的22YAP/TAZ靶基因评分；(3)YAP1 mRNA；(4)YAP蛋白；(5)TAZ mRNA；(6)TAZ蛋白；(7)基于蛋白的Hippo通路基因评分；(8)基于mRNA的Hippo通路基因评分与不同癌症类型患者总生存期的关系。
下图C：不同癌症类型患者按YAP/TAZ目标评分分组的Kaplan-Meier生存图。
与YAP/TAZ目标基因相关的生物途径和肿瘤免疫浸润细胞丰度
①根据与目标评分相关的mRNA表达水平的等级进行基因集富集分析(GSEA)。
②分析YAP/TAZ目标评分与RPPA数据定义的11个主要信号通路评分在33种癌症类型中的相关性。
③计算YAP/TAZ目标评分与肿瘤免疫浸润细胞丰度的相关性以推测Hippo通路活性与肿瘤免疫原性之间的潜在相互作用。
结果：
下图A：条形图显示与YAP/TAZ目标基因分数相关的最一致的标志通路(q<0.05)。颜色表示相关方向。
下图B：热图显示肿瘤免疫浸润细胞丰度与YAP/TAZ目标基因分数相关(q<0.05和|corr|>0.3)。红色表示正相关，蓝色表示负相关。
Hippo特异性调控网络的构建
①基于弹性网络回归方法构建YAP/TAZ目标评分的预测模型。
结果：
下图A：基于弹性网络回归的集成建模工作流程图。针对每种癌症类型，以19个Hippo核心基因的体细胞突变、SCNA、mRNA表达、DNA甲基化、RPPA蛋白表达数据和癌症特异性miRNA调控因子构建弹性网络回归模型来预测YAP/TAZ目标评分。
下图B：9种癌症类型的Hippo调控网络与YAP/TAZ目标评分显示出显著的生存相关性。
小结：
在本项研究中，作者不仅证实了先前报道的MESO中的突变驱动机制，而且还强调了Hippo信号通路在鳞状细胞癌中的关键作用。通过多组学泛癌分析，作者揭示了YAP1/TAZ频繁扩增、高表达异质性和显著的预后相关性。这项研究的另一个重要贡献是开发了22个基因的YAP/TAZ转录靶标并证明基于该22个基因的表达评分在预测患者预后方面优于单个通路基因的表达评分。此外，作者还构建了癌型特异性Hippo调控网络。在建模结果中，作者发现miR-200家族是YAP/TAZ活性的主要调控因子。总之，这项研究对Hippo信号通路的系统分析将成为了解其在癌症中的失调以及如何最大限度地发挥其临床效用的宝贵资料。
