GTF2H5 Identified as a crucial synthetic lethal target to counteract chemoresistance in colorectal cancer
GTF2H5 被确定为对抗结直肠癌化疗耐药性的关键合成致死靶点
一区 Translational Oncology IF:4.5
摘要
背景：合成致死（Synthetic lethality，SL）作为一种新概念正在被探索用于对抗癌症进展和传统疗法的抗药性。尽管化疗对部分结直肠癌（CRC）病例有疗效，但仍有相当一部分患者面临挑战，导致 CRC 患者预后不良。与 CRC 相关的 SL 基因为确定治疗靶点提供了潜在的途径。
方法：CRC 相关 SL 基因来自 SynLethDB 数据库。从 UCSC 和 GEO 数据库中获取治疗和未治疗的 CRC 患者的大量 RNA 测序数据、突变数据和临床信息。肿瘤免疫学单细胞中心数据库是收集和分析单细胞RNA测序数据的资料库。实验验证了 SL 基因和化疗药物对耐药细胞的协同杀伤作用。
结果：本研究利用 WGCNA 确定了与化疗耐药性相关的关键 SL 基因，并根据这些基因将 CRC 患者分为两组。组间差异最明显的是与细胞外基质重塑相关的通路。此外，通过整合突变数据，还发现了五个潜在的 SL 基因，这些基因在 TP53 或 KRAS 基因突变时高度表达，导致严重的不良预后。随后的时间序列分析表明，在 CRC 细胞从敏感向耐药过渡的不同阶段，GTF2H5 的表达逐渐升高。最后，实验初步验证了 GTF2H5 可能在驱动 CRC 细胞耐药转变的过程中发挥了关键作用。
结论：鉴定与化疗药物相互作用的 SL 基因可为解决 CRC 患者的化疗耐药性问题提供新的思路。而 GTF2H5 在诱导 CRC 化疗耐药性方面具有根本性的影响，这为 CRC 提供了一个潜在的治疗靶点。
Figure1
获得与化疗反应性相关的 SL 基因。A：使用差异度量（1-TOM）对基因进行聚类的树状图。B：针对不同的软阈值幂（β）选择最佳无标度拟合指数。C：SL 基因与化疗反应的相关性热图。D：四个SL基因集（251个CRC相关SL基因以及27个参与常用的CRC 化疗药物（5-氟尿嘧啶、亚叶酸、奥沙利铂）作用的SL基因）的维恩图。E：筛选关键22个SL基因的桑基图。
Figure2
构建基于 SL 基因的 CRC 患者亚型并进行功能分析。A：图示 k = 2 时的最佳共识聚类结果。B：两种患者亚型的DEGs表达水平的火山图。C：DEGs 的蛋白-蛋白相互作用（PPI）网络。D-F：DEGs 的 GO 和 KEGG 富集分析。
Figure3
不同 SL 亚型的免疫和基质细胞情况。A：两种亚型的基质、免疫和ESTIMATE评分的小提琴图。B：不同 SL 亚型之间 21 种免疫细胞的浸润水平。C：基于 GSE19860、GSE69657 和 GSE106584 数据集的化疗耐药 CRC 患者共有的显着富集基因集。
Figure4
鉴定导致突变型 CRC 患者预后不良的 SL 基因。A：显示了CRC中经常突变的基因和SL基因。B-F：ABCG2 (B)、CAMK2G (C)、SORBS1 (D)、GTF2H5 (E) 和 TPM1 (F) 的表达预测了 CRC 患者的生存率。根据 TP53 或 KRAS 状态对队列进行分层显示，这些 SL 基因的高表达预示着 TP53 或 KRAS 突变型而非野生型 CRC 患者的生存率较低。
Figure5
肿瘤条件下 SL 基因的表达谱。A：GEPIA 数据库中 ABCG2、CAMK2G、SORBS1、GTF2H5 和 TPM1 在 CRC 组织和正常组织中的表达情况。B：根据 GSE35602 数据集确定的五个 SL 基因在 CRC 配对基质组织中的表达水平。C：根据 GSE35602 数据集确定的五个 SL 基因在配对的 CRC 上皮组织中的表达水平。
Figure6
通过单细胞测序鉴定主要位于上皮细胞和成纤维细胞的五个 SL 基因。A：根据 GSE166555 和 EMTAB8107 数据集绘制的 CRC 不同细胞群的 UMAP 图。B、 C：基于 GSE166555 数据集（B）和 EMTAB8107 数据集（C），ABCG2、CAMK2G、SORBS1、GTF2H5 和 TPM1 在已识别细胞类型中的表达水平。D：由 SL 基因组成的特征基因在不同细胞群中的表达水平的 Violin 图。ns：无显著性，*P < 0.05，⁎⁎P < 0.01，⁎⁎P < 0.001。
Figure7
单细胞水平功能分析和时间序列基因表达分析。A、B：不同细胞群中上调或下调的富集途径。C：不同细胞间的细胞-细胞相互作用。D：成纤维细胞与其他细胞之间的相互作用。E：药物治疗后不同时期 SL 基因的变化。F：药物治疗后SL基因在器官组织中的表达 ns：无显著性，*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001。
Figure8
验证敏感或耐药细胞中 SORBS1、GTF2H5 和 TPM1 的表达水平。A、B：HCT8（A）和 HCT 15 细胞（B）暴露于不同浓度 FOLFOX 的剂量-反应曲线。C、D：PCR 实验验证敏感（C）或耐药（D）HCT8 或 HCT15 细胞经不同浓度 FOLFOX 处理 48 小时后 SORBS1、GTF2H5 和 TPM1 的表达变化。
Figure9
GTF2H5 对维持 CRC 细胞的增殖能力至关重要。A：GTF2H5在耐药的HCT8和HCT15细胞中的蛋白表达水平。B：通过 qPCR 和 Western 印迹检测耐药 HCT8 和 HCT15 细胞中 GTF2H5 蛋白表达下调。C、D：用 si-GTF2H5 或对照组转染耐药 CRC 细胞 48 小时，然后用流式细胞术评估细胞凋亡水平（C），用 CCK-8 检测法评估细胞增殖（D）。E：成纤维细胞中 α-SMA 和 Vimentin 阳性标记物的免疫荧光检测。
Figure10
GTF2H5 在 CRC 耐药性的形成过程中起着关键作用。A：CRC细胞与成纤维细胞共培养过程示意图。B：在二维细胞培养条件下，耐药的 HCT8 和 HCT15 细胞经 FOLFOX 处理 48 小时，绿色荧光表示活细胞，红色荧光表示死亡或垂死细胞。C：三维共培养实验显示了敲除 GTF2H5 后耐药 HCT8 或 HCT15 细胞的存活率；每组随机选择三个视野，进行活细胞和死细胞计数，然后计算细胞存活率。D、E：用共聚焦显微镜进行三维层扫描，绿色荧光代表活细胞，红色荧光代表死亡或濒死细胞。图示为 HCT 8 细胞（D）和 HCT 15 细胞（E）的代表性图像。