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脑膜瘤手术后为什么老是复发明明切得很干净放疗也做了肿瘤却总能找到“生路”这大概是很多神经外科医生和患者最头疼的问题。
2024年5月17日Nature Genetics杂志刊登了加州大学旧金山分校UCSFDavid R. Raleigh团队的成果他们发现高级别脑膜瘤内部存在极其复杂的“空间演化”这直接解释了肿瘤产生抗药性和复发的原因。
今天我们就来拆解一下这篇文章Spatial genomic, biochemical and cellular mechanisms underlying meningioma heterogeneity and evolution。
研究概述研究人员发现现有的临床分类系统没法完全区分高级别脑膜瘤的差异同一级别的肿瘤内部其实运行着完全不同的基因和蛋白程序。
通过空间组学技术他们观察到复发肿瘤中存在亚克隆拷贝数变异CNV的空间扩张这往往与治疗抗性有关。
此外肿瘤在复发过程中会出现免疫浸润减少、MAPK信号抑制以及PI3K-AKT通路激活等特征。
实验设计这项研究一共用了16份来自高级别脑膜瘤的样本涵盖了原发和复发成对的情况。
核心技术路线极其硬核利用Visium HD空间转录组分辨率50 μm和NanoString数字空间蛋白质谱200 μm区域进行双重扫描再结合29个抗体的多路顺序免疫荧光seqIF进行验证。
最后团队利用患者来源的细胞构建了带CRISPRi系统的3D共培养模型通过谱系追踪来筛选能覆盖异质性克隆的药物组合。
研究结果图1建立了整合空间转录组和蛋白谱的分析流程揭示了高级别脑膜瘤在不同区域、不同个体间巨大的分子差异。
图2发现携带BAP
CDKN2A/B或TERT不同驱动突变的脑膜瘤在空间上运行着截然不同的基因表达和代谢程序。
图3通过追踪发现原发肿瘤中那些不起眼的微小亚克隆在复发时会发生空间扩张这是导致治疗失败的基因组学根源。
图4复发样本的共同特征是免疫细胞进不来且信号通路从MAPK转向了PI3K-AKT同时细胞增殖指数飙升。
图5在同一个肿瘤内部组织学表现WHO 2级或3级的差异其实是由空间分布不均的亚克隆转录程序决定的。
图6通过单细胞解卷积验证了肿瘤内部免疫微环境的空间演化证明肿瘤细胞的生长周期在不同区域分布极不均匀。
图7利用3D模型证明只有联合靶向CDK4/
MEK和PI3K通路才能把所有异质性的克隆一网打尽。
数据分析生信分析本研究使用了空间转录组学Visium HD、空间蛋白质组学、单细胞转录组scRNA-seq、批量RNA测序、靶向DNA测序以及DNA甲基化芯片等多种技术。
分析流程原始空间转录组数据先过Space Ranger接着用Harmony进行多样本整合与批次校正随后通过UMAP降维聚类定义空间程序。
科研人员用inferCNV从转录组里推断每个区域的拷贝数变异并用SCDC算法结合单细胞参考集对空间斑点spot进行细胞类型解卷积。
统计分析组间差异用的是单尾Students t检验而分析不同分级肿瘤中空间集群的分布差异时则动用了卡方检验。
为了保证结果可靠所有多重比较都经过了假发现率FDR校正。
总结研究意义本研究首次系统阐明了高级别脑膜瘤异质性与进化的空间分子机制挑战了现有肿瘤分类体系的局限性发现的复发相关分子特征为预后评估提供了新标志物筛选出的药物组合为克服治疗耐药、实现个性化治疗提供了切实可行的方案同时建立的临床前研究平台为后续药物研发奠定了基础。
文章复现这篇文章的原始数据和生信分析代码都公开了非常全面。
• 原始数据存储地址• DNA测序及空间转录组数据Sequence Read ArchiveBioProject ID PRJNA950017• DNA甲基化数据NCBI Gene Expression OmnibusGSE228316• RNA测序数据NCBI Gene Expression OmnibusGSE228433• 生信分析代码仓库https://doi.org/
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