多组学文献精读17Hippo信号通路在癌

Hippo信号通路在癌症中的全面分子表征

ComprehensiveMolecularCharacterizationoftheHippoSignalingPathwayinCancer

（CellReport，IF=7.，PMID：）

Introduction

①Hippo信号通路是一种关键的肿瘤抑制途径，可通过调节细胞增殖和凋亡来控制器官大小和跨各种生物的细胞分化。

②先前对hippo途径的研究集中在其在少量肿瘤环境中的单个成分的作用。迄今为止，还没有表征出hippo途径在癌症中的全面分子特征，从而导致在肿瘤医学中无法有效地利用该途径的相关知识。

③本文结合了来自TCGA的多组学数据进行生物信息学分析和构建特定于癌症类型的预测模型，专注于以YAP/TAZ为中心的Hippo途径，旨在系统地解决相关问题。

思维导图Results一、hippo途径的体细胞突变

1、作者根据先前文献进行整理，将19个主要通过Hippo途径起作用的基因定义为Hippo核心基因（图1A）。

2、针对这些基因，作者计算了名患者的泛癌队列中的体细胞拷贝数变化（SCNA）和突变频率（图1B），发现：

（1）总体DNA突变水平较低，范围为1％至5％。

（2）STK3和TAZ显示出最高的扩增频率。基因缺失主要发生在LATS1/2中，这个与其在肿瘤发展中的抑癌作用一致。

3、为了识别Hippo基因中的体细胞驱动候选蛋白，作者分别使用GISTIC2和MutSigCV在每种癌症类型中鉴定了经过背景校正的具备显著复发性的体细胞拷贝数变化和显著突变基因（SMG）。（图1C和1D）。在体细胞拷贝数变化中：

（1）对于癌基因，最显著的扩增在宫颈鳞状细胞癌（CESC）中。

（2）对于肿瘤抑制物，最显著的缺失在肉瘤（SARC）中。

（3）对于突变谱，NF2（23.2％）和LATS2（9.8％）在间皮瘤（MESO）中显示出最高的突变频率。

4、作者采用了随机抽样方法（STAR方法）对不同癌症类型中的Hippo途径改变进行研究。给定特定癌症类型的背景DNA突变频率，作者发现Hippo通路在五种癌症类型中高度改变，而在LAML中变异性低（图1E）。在高度改变的癌症类型中，间皮瘤MESO，肾肾乳头状细胞癌（KIRP）和宫颈鳞状细胞癌CESC最为显著。这些结果表明在不同肿瘤中Hippo通路失调的相对重要性程度不一。

二、YAP1/TAZ体细胞改变及其功能作用

YAP1和TAZ是hippo途径的主要下游效应子。

1、为了了解YAP1和TAZ在33种癌症类型中的体细胞拷贝数变化模式，作者首先计算了它们的组合扩增频率，范围为0％至19％。还有一个现象是，扩增频率最高的前六种癌症类型包括所有五种鳞状细胞癌（宫颈鳞状细胞癌CESC，肺鳞状细胞癌[LUSC]，食道鳞状细胞癌[ESCA]，头颈鳞状细胞癌[HNSC]和膀胱尿路上皮癌（BLCA）），提示YAP1和TAZ在鳞状细胞癌中起驱动作用（图2A）。

2、接下来，针对这些鳞状细胞癌类型，作者研究了YAP1和TAZ的互斥模式。有一个现象是，在两个鳞状细胞癌（HNSC和CESC）中，这两个基因的高水平扩增以互斥的方式发生（图2B）。该模式表明YAP1和TAZ在激活下游转录靶标中的功能互补。

3、YAP1/TAZ突变由于其频率低而很少被研究。为了了解YAP1/TAZ体细胞突变的影响，作者使用中等通量，敏感的细胞生存力实验，通过实验评估了在泛癌队列中观察到的22个YAP1和19个TAZ非沉默突变所带来的影响（图2C和2D）。作者将野生型基因和突变体转染到MCF10A细胞中并测量了它们的作用。在过度表达野生型基因后，作者证实了它们对细胞活力的刺激作用。此外，与野生型相比，作者在YAP1中鉴定了三个激活和三个失活突变，在TAZ中鉴定了三个激活和两个失活突变。所有鉴定出的失活突变均为截短突变，这与发现被截短的蛋白质丧失功能的现象一致。

4、为了证实上述结果，作者进一步测量了选定的激活和失活突变的细胞数量，它们显示出相同的效果（图2E和2F）。

以上结果提供了YAP1/TAZ突变效应的大规模实验证据。

三、hippo途径的不同肿瘤类型中的表达模式

1、为了全面了解各种癌症类型的Hippo基因表达，作者基于mRNA表达数据对33种癌症类型的9,个样本进行了无监督共识聚类。（聚类对象包括19个核心基因+另外31个参与调控Hippo途径信号传导的基因）。基于这50个与Hippo相关的基因，作者鉴定了五个稳健的簇（图3A）。可以观察到，大多数相同癌症类型的样本几乎归为一类，表明组织效应占主导地位（图3A和3B）。此外，只有鳞状细胞癌的五个类型被分为两个簇（簇1和簇3），而其他类型的肿瘤则主要集中在一个簇中。

因此，鳞状细胞癌似乎具有非常独特的Hippo通路活性，这些活性表征了这些疾病的分子多样性。

2、为了确定鳞状细胞癌类型的聚类模式是否特定于Hippo途径，作者对另外九种主要的生物学途径进行了相同的共识聚类分析。在所有调查的途径中，仅在Hippo途径中，与鳞状细胞相关的癌症类型的该指数显著高于非鳞状细胞癌（图3C）。这些结果表明，hippo相关基因的高表达异质性是独特的，而不是鳞状细胞癌类型的共同特性。

四、hippo通路基因的miRNA调控

1、为了描述microRNA（miRNA）介导的调控，作者整合了靶序列信息和mRNA-miRNA的共表达模式，以鉴定潜在的主要调控因子（图4A）。通过严格的选择标准，作者在9种癌症类型的5个Hippo核心基因和18个miRNA之间鉴定出总共69个高信度，有复发性的mRNA-miRNA调节对。鉴定最频繁的miRNA调控子是miR-家族，预计它们会调节FRMD6，LATS2和TAZ。miR-家族以其在上皮-间质转化（EMT）中的调控作用而闻名，据报道它可抑制人乳腺癌中的YAP1。

2、相反，对于另一个hippo主要效应物TAZ，很少有有力的实验证据报道过miRNA。为了验证TAZ的miRNA调控子，作者集中于miR-a-3p和miR--3p，发现它们各自在TAZ的3UTR序列中包含至少两个结合位点（图4B）。

3、在两个结肠癌细胞系（HCT和KM12）中转染miR-a-3p和miR--3p模拟物后，作者发现这两个miRNA在mRNA和蛋白质水平上均显著抑制了TAZ的表达（图4C-4F）。

五、YAP/TAZ目标基因标志的强大预后能力

为了评估Hippo通路失调对癌症的临床预后影响，作者试图研究其活性与患者总生存时间之间的相关性。考虑了以下指标：

（1）TAZmRNA表达；

（2）TAZ蛋白的表达；

（3）YAP1mRNA表达；

（4）磷酸化的YAP蛋白表达；

（5）基于反相蛋白质阵列（RPPA）的Hippo途径评分（包含三个蛋白质标记）；

（6）基于mRNA的Hippo通路评分（包含19个核心基因）。

另外，由于hippo途径接收多个来源的上游信号，并且经历广泛的转录后和翻译后的调控，所以hippo途径基因的表达可能无法准确反应该途径活性。所用的另一种方法是评估Hippo途径的结果：YAP/TAZ的表达直接影响下游靶基因。为实现这一目标，作者从文献和实验数据中手动选择了Hippo途径的22个下游靶基因，并将该基因标志的表达作为另一个指标（图5A）。根据独立的细胞系数据，选择的22个靶基因在YAP/TAZ扰动后表现出高水平的表达变化，并且与YAP和TAZ蛋白表达呈强正相关（图5A）。

2、作者发现九种癌症类型的靶基因表达与总体患者生存时间之间存在显著的负相关性（图5B）。

3、五种鳞状细胞癌中的四种（BLCA，LUSC，HNSC和CESC）显示出总体患者生存时间减少且YAP/TAZ转录活性增加。此外，在分析中调整了肿瘤纯度后，仍然保持相似的生存模式。

这些结果表明，作者定义的22个基因的靶标代表了一个稳健的指数，可以有效捕获癌症发展过程中的Hippo通路活性，并暗示其作为预后指标的潜在用途。

六、与hippo信号传导相关的生物学途径和浸润性免疫细胞组成

鉴于YAP/TAZ评分在各种癌症中的强大预后作用，作者接下来将重点放在该指数上，以了解相关的生物学途径。

1、作者首先进行了基因集富集分析（GSEA）。

（1）正相关的途径包括EMT，肿瘤坏死因子α（TNF-α）信号传导，炎症反应，血管生成等

（2）负相关的途径包括脂肪氨基酸代谢，DNA修复，MYC靶标和氧化磷酸化（图6A）。

2、Hippo途径主要因其在细胞增殖和分化中的作用而闻名，但新兴证据表明其在癌症免疫中也有重要性。为了概述Hippo通路活性与肿瘤免疫原性之间的潜在相互作用，作者计算了YAP/TAZ目标评分与肿瘤浸润细胞丰度的相关性，包括B细胞，CD8+T细胞，CD4+T细胞，中性粒细胞，巨噬细胞和树突状细胞。作者观察到，除睾丸生殖细胞肿瘤（TGCT）和胸腺瘤（THYMs），在绝大多数癌症类型中，所有这些类型的肿瘤浸润细胞与YAP/TAZ活性之间都存在强正相关（图6B）。该模式与先前发现的激活的YAP/TAZ信号传导促进免疫细胞募集相一致。

在这项全面分析中观察到的强相关性也凸显了Hippo途径在肿瘤微环境中的重要性及其在肿瘤免疫治疗中的潜在应用。

七、综合模型揭示了特定癌症类型的hippo通路调控

1、为了阐明影响各种癌症类型或与之相关的Hippo通路关键成分和癌症驱动因素，作者开发了一种基于弹性网络的机器学习方法来为YAP/TAZ目标得分建立预测模型（图7）。对于每种癌症类型，作者均结合了体细胞突变，体细胞拷贝数变化，DNA甲基化，mRNA表达和基于RPPA的蛋白质表达，以及miRNA调节剂，并结合了特定于癌症类型的体细胞驱动因子，并选择了top权重特征来构建特定于癌症类型的Hippo途径调控网络（图7A）。

2、这些网络强调了不同癌症类型中的多种调节机制（图7B）。在hippo基因中，最重要的调节子是YAP1，TAZ和TEAD的mRNA表达水平。具体而言，在鳞状细胞癌模型中，由体细胞拷贝数变化引起的YAP/TAZ表达水平升高是具有重要意义的（图7B），从而支持了YAP/TAZ扩增作为这些癌症类型的驱动力。

总结：

作者提供了hippo途径在癌症中较为全面的分子特征分析，为该途径在肿瘤医学中的研究提供了理论支持，并对未来指导临床治疗中提供帮助。

预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇

转载请注明：http://www.ldkhr.com/xyby/12074.html