【生信文献200篇】28 单细胞又发oncotarget了

00 文章信息

英文标题： Single-cell RNA sequencing reveals gene expression signatures of breast cancer-associated endothelial cells

中文标题： 单细胞RNA测序揭示乳腺癌相关内皮细胞的基因表达特征

期刊：《Oncotarget》

发表时间： 2017年12月29日

研究领域：单细胞

DOI号： 10.18632/oncotarget.23760

01 文献概述

02 文章背景

• Tumor endothelial cells (TEC) or tumor-derived EC，其中包括血管起源和淋巴起源两者，在肿瘤生长和转移不可或缺的作用
• 作者使用scRNA-seq手段量化了人类乳腺癌来源的内皮细胞与正常的内皮细胞的表达量，找差异基因并且使用GSEA方法注释

03 实验数据

1.文章的实验设计

Smart-Seq2单细胞RNA测序scRNA-seq文库处理GeneGo MetaCore GSEA Oncomine cDNA microarray database

2.数据

Published microarray data sets of TECs from 13 colon cancer patients (GSE89287) and 4 lymphoma patients (GSE8852) were downloaded from Gene Expression Omnibus (GEO). Microarray gene expression values were then calculated by global median normalization.

04 实验结果

1. scRNA-seq libraries making from breast tissue isolated ECs

单细胞转录组流程

实验纳入了88个来源于乳腺癌的内皮细胞以及192个来源于整容手术的正常人乳腺的内皮细胞，总共是280个内皮细胞。

2. Library quality control and screening

单细胞转录组数据质控

但是测序数据质控只挑选有一百万条reads的细胞，剩下74个乳腺癌来源的内皮细胞和72个对照。挑选那些RPKM>1 的基因，共6,865 个基因表达。主成分分析

选取top 100 genes with highest score PC1-3做热图：

3. Disease biomarker analysis verifies breast cancer-correlated gene expression profile

单细胞转录组数据差异分析

作者使用了SINGuLAR包，从6,865 个基因挑选了1,302 基因是显著差异表达的。然后对这些基因使用在线网页工具做 MetaCore disease biomarker分析，其中3个是：

• breast neoplasm chemokines
• breast neoplasm estrogen receptor 1
• breast neoplasm G-protein coupled receptor (GPCR) pathway regulation

而且跟信号通路也相关：

• ell adhesion
• cytoskeleton remodeling
• immune response

在线工具地址是：GeneGo MetaCore (https://portal.genego.com/)

4. Extracellular matrix related pathways are enriched by GSEA

GSEA分析

输入是全部的基因，作者主要针对Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) databases里面的3个经典数据库：

• Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG)
• Reactome
• Gene Ontology (GO)

结果也很显而易见，一些是内皮细胞相关通路：

• extracellular matrix (ECM) metabolism
• vascular smooth muscle contraction
• collagen formation
• complement and coagulation
• drug metabolism
• cancer pathways
• axon guidance

主要是解读分析结果里面的：

• 30 genes were enriched by KEGG database for ECM receptor interaction pathway
• 20 genes were enriched by Reactome database for ECM organization pathway
• 116 genes were enriched by Gene Ontology database for ECM-related pathway

5. Gene external validation by TCGA breast cancer database

TCGA数据库验证

作者使用自己数据分析得到GSEA-enriched ECM-associated 基因(116 genes,GO数据库)去TCGA里面获取表达量矩阵，做聚类热图，还有条形图看差异。

这次缩小到46 ECM-associated个基因。

与我们数据库中的对照EC（绿色）相比，癌性EC（红色）中有43个基因上调。仅三个基因（COL8A1，ITGA1和MFAP5）被下调。

6. ECM associated genes are upregulated in a variety of cancers

Oncomine cDNA microarray数据库再次验证

这次缩小到12个基因，总体上在20种癌症都有差异。

值得一提的是Oncomine cDNA microarray database (http://www.oncomine.org) 数据库并非是完全开放使用，需要教育邮箱地址才能申请使用。

再到cBioPortal看着12个基因的突变情况

但是只有COL6A3 基因突变频率是4%左右，其它基因突变频率都是在1%下。因此，这些ECM突变频率被认为非常低。这些ECM基因的改变不太可能影响癌细胞的表型

7. ECM genes are highly expressed in TEC from other cancers

NCBI GEO证明这些marker是跨癌症通用的

还是使用公共数据集，Published microarray data sets of TECs from 13 colon cancer patients (GSE89287) and 4 lymphoma patients (GSE8852), 看到了specific high expression of 7 out of these 12 ECM associated genes in TECs from colorectal cancer and lymphoma，也就是说这7个基因是跨癌症通用的的ECM的markers。

05 延伸

另一篇nature medicine文章对比一下文章思路及分析流程

乳腺癌（BC）中肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）的数量是改善患者存活率的有力预后因素，特别是在三阴性和HER2过表达的乳腺癌亚型中。尽管T细胞是TIL的主要群体，但T细胞亚群的定量和定性差异与患者预后之间的关系仍然未知。我们对从人类BC中分离的6,311个T细胞进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq），并显示在浸润的T细胞群中存在显着的异质性。我们证明具有大量TIL的BC含有CD8 + T细胞，其具有组织驻留记忆T（TRM）细胞分化的特征，并且这些CD8 + TRM细胞表达高水平的免疫检查点分子和效应蛋白。从scRNA-seq数据开发的CD8 + TRM基因标签与早期三阴性乳腺癌（TNBC）中患者存活率的改善显着相关，并且提供比单独的CD8表达更好的预后。我们的数据表明CD8 + TRM细胞有助于BC免疫监视，并且是免疫检查点抑制调节的关键目标。进一步了解TRM细胞的发育，维持和调节对于BC成功的免疫治疗发展至关重要。