FGFR3-TACC3基因融合機制探究

文章發(fā)表于2018年1月，在大名鼎鼎的nature雜志上面，題目是；A metabolic function of FGFR3-TACC3gene fusions in cancer, 美國哥倫比亞大學醫(yī)學中心（CUMC）的研究人員發(fā)現(xiàn)兩個相鄰基因的融合能夠導致線粒體過度運轉和增加細胞瘋狂生長所需的燃料數量，從而導致癌癥產生。他們也發(fā)現(xiàn)在人癌細胞和一種腦癌類型的小鼠模型中，靶向這個新鑒定出的癌癥通路的藥物能夠阻止腫瘤生長。

全文的重點應該是實驗探索及驗證FGFR3-TACC3基因融合機制。

FGFR3-TACC3基因融合事件

作者在以前的GBM研究（2012年發(fā)表在Science期刊上的一項研究）中就發(fā)現(xiàn)了約有3%的FGFR3-TACC3基因融合現(xiàn)象，而且同時期很多其它癌癥也發(fā)現(xiàn)了同樣的融合事件。雖然FGFR3-TACC3基因融合表現(xiàn)出原癌基因的特性，會影響FGFR抑制劑的效果，但是它的下游調控機制研究的并不清楚。

題外話：有趣的是我分析了一個臺灣人的OSCC cohort的轉錄組數據，也發(fā)現(xiàn)了這個FGFR3-TACC3基因融合現(xiàn)象。

論文共同通信作者、CUMC癌癥遺傳學研究所神經病學教授、病理學與細胞生物學教授Antonio Iavarone博士說，“這可能是人類癌癥中唯一最為常見的基因融合。我們想要確定FGFR3-TACC3融合如何誘導和維持癌癥，這樣我們就可能鑒定出藥物治療的新靶標?！?/p>

線粒體活性

長期以來，人們已在癌癥中觀察到線粒體變化，但是僅在近期才發(fā)現(xiàn)線粒體活性和細胞代謝與某些癌癥存在關聯(lián)。然而，基因突變改變線粒體活性和促進腫瘤生長的機制是未知的。

在當前的這項研究中，這些研究人員比較了攜帶著FGFR3-TACC3和未攜帶著FGFR3-TACC3的癌細胞中的上千個基因的活性。他們發(fā)現(xiàn)這種融合極大地增加線粒體的數量和增加它們的活性。鑒于癌細胞需要大量的能量才能快速地分裂和生長，當線粒體的活性增加時，這些癌細胞就能夠茁壯生長。

通過采用多種實驗技術，這些研究人員確定這種基因融合啟動了一系列增強線粒體活性的事件。

• 首先，F(xiàn)GFR3-TACC3激活一種被稱作PIN4的蛋白。一旦遭受激活，PIN4遷移到過氧化物酶體中。
• 作為一種細胞器，過氧化物酶體將脂肪降解為增加線粒體活性的物質。受到激活的PIN4觸發(fā)產生的過氧化物酶體數量增加了4～5倍，從而釋放大量的氧化劑。
• 最后，這些氧化劑誘導PGC1α產生。作為線粒體代謝的一種關鍵的調控物，PGC1α增加線粒體的活性和能量產生。

說明了mitochondrial respiration可以作為有FGFR3-TACC3基因融合發(fā)生的那部分癌癥患者的治療靶點。

表達芯片數據分析

作者通過實驗手段構造了含有FGFR3-TACC3融合基因的astrocyte細胞系，看它們經過了FGFR tyrosine kinase (TK, PD173074) or vehicle處理后的基因表達區(qū)別，還有一個比較特殊的組是 kinase-dead F3–T3 (F3–T3(K508M)) ，這個雖然FGFR3-TACC3也融合，但是有一個突變位點，導致其表達的產物是不具備激酶活性的。

分組如下：

F3T3_1  FGFR3-TACC3 treated with vehicle
F3T3_2  FGFR3-TACC3 treated with vehicle
F3T3_3  FGFR3-TACC3 treated with vehicle
F3T3_4  FGFR3-TACC3 treated with vehicle
F3T3_5  FGFR3-TACC3 treated with vehicle
F3T3_KD_1   Empty vector treated with vehicle
F3T3_KD_2   Empty vector treated with vehicle
F3T3_KD_3   Empty vector treated with vehicle
F3T3_PD_1   FGFR3-TACC3 treated with the FGFR inhibitor PD173074 for 12h
F3T3_PD_2   FGFR3-TACC3 treated with the FGFR inhibitor PD173074 for 12h
F3T3_PD_3   FGFR3-TACC3 treated with the FGFR inhibitor PD173074 for 12h
F3T3_PD_4   FGFR3-TACC3 treated with the FGFR inhibitor PD173074 for 12h
F3T3_PD_5   FGFR3-TACC3 treated with the FGFR inhibitor PD173074 for 12h
VECTOR_1    FGFR3-TACC3-K508M treated with vehicle
VECTOR_2    FGFR3-TACC3-K508M treated with vehicle
VECTOR_3    FGFR3-TACC3-K508M treated with vehicle

表達芯片數據可以下載，E-MTAB-6037 ， 用的是 Illumina HumanHT-12 V4.0 expression beadchip

既然有4個組，那么就可以按照自己的想法來兩兩組合的比較，找差異，看變化，注釋，講生物學故事。

差異熱圖如下：

image

化合物PD173074是輝瑞公司研發(fā)的一個化合物.現(xiàn)在,已知它是FGFR1的強抑制劑.

比較了FGFR3-TACC3基因融合細胞系被藥物處理前后的全局基因表達變化，發(fā)現(xiàn)它們GO富集分析主要集中在： mitotic activity, oxidative phosphorylation and mitochondrial biogenesis 。

image

TCGA公共數據分析

從TCGA里面下載了GBM的表達數據，進行了Mann–Whitney–Wilcoxon (MWW) test statistics (ee-MWW) 分析，因為534例GBM患者里面只有9例樣本是有FGFR3-TACC3基因融合現(xiàn)象的，然后作者也納入了僅有的10例正常腦部組織，對差異基因做熱圖并且GO注釋如下：

image

其中，上圖中有FGFR3-TACC3基因融合的9個樣本標記為紅色。

同時也分析了TCGA數據庫的其它癌癥的FGFR3-TACC3基因融合樣本與其它樣本的區(qū)別，同樣是ee-MWW分析方法。都發(fā)現(xiàn)了F3–T3 fusion gene correlated with mitochondrial activities
然后又用了 regularized gradient boosting machine 算法來檢測FGFR3-TACC3基因融合造成的基因表達變化模式相關的轉錄因子，發(fā)現(xiàn)跟 PPARGC1A and ESRRG 類似。
而且有FGFR3-TACC3基因融合現(xiàn)象的樣本里面的 PPARGC1A and ESRRG 表達量的確增高了。

補充材料里面還利用了TCGA數據，繪制其它圖。

image

MWW富集分析方法

Mann-Whitney-Wilcoxon秩和檢驗

Wilcoxon-Matt-Whitney test (or Wilcoxon rank sum test, orMann-Whitney U-test) 用于比較兩個并不滿足正態(tài)分布群組的均值比較：這是一個非參數檢驗（non-parametrical test）。其與應用于獨立樣本的t-test相當。

代碼公開：

A collection of the R procedures to perform ee-MWW is available at http://github.com/miccec/yaGST. The RGBM package is available from CRAN at https://cran.r-project.org/web/packages/RGBM/index.html.

衍生閱讀-FGFR-TACC融合基因

《Science》在2009年首次報道膠質瘤中存在FGFR-TACC融合基因，該融合基因過度表達的GBM具有高度侵襲性。因此，F(xiàn)GFR-TACC可能確立一種新的GBM亞型，或成為潛在的治療靶點。法國巴黎Sorbonne大學總醫(yī)院Anna Luisa Di Stefano等在2015年1月《Clin Cancer Res》上發(fā)表對FGFR3-TACC3融合基因在IDH野生型膠質瘤中的表達特點及作用的研究結果。

該項研究收集795例膠質瘤患者標本，包括584例GBM，85例II-III級IDH野生型膠質瘤，126例II-III級IDH突變型膠質瘤，開展FGFR3-TACC3融合基因檢測。85例II-III級IDH野生型膠質瘤中，3例存在FGFR3-TACC3融合基因，而在II-III級IDH突變的膠質瘤中均未檢測出該融合基因。在584例GBM中，17例存在FGFR3-TACC3融合基因

（文章轉自jimmy的2018年閱讀文獻筆記）

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