基于生物信息学的结肠癌核心基因筛选及验证

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摘要目的: 利用生物信息学方法筛选结肠癌核心基因，并通过体外实验进行验证，挖掘潜在的结肠癌分子标志物。方法：从GEO数据库下载GSE23878、GSE37182和GSE74602数据集，应用R语言筛选结肠癌和癌旁组织的差异表达基因（differentially expressed genes， DEGs），并对DEGs进行GO富集分析、KEGG信号通路分析。利用STRING数据库构建蛋白质相互作用（proteinprotein interaction， PPI）网络，采用Cytoscape软件筛选结肠癌核心基因。利用TCGA数据库验证核心基因表达及预后价值，采用细胞转染及MTT法进一步验证核心基因的功能。结果：3个数据集筛选出270个共有DEGs，GO富集分析显示DEGs参与生长负调控、细胞外基质组织、细胞外结构组织等生物学过程，KEGG信号通路分析DEGs主要富集于Wnt、NF-κB、细胞周期等信号通路。PPI筛选出11个核心基因。经GEPIA数据库验证，MYC、TIMP1、UBE2C、SOX9、AURKA、COL1A1、CDC20、TOP2A和CENPF在结肠癌中高表达，而CAV1和CXCL12低表达。进一步生存分析显示，AURKA高表达与结肠癌患者总体生存期呈正相关（P<0.05），TIMP1高表达与结肠癌患者总体生存期呈负相关（P<0.05），COL1A1高表达与结肠癌患者无病生存期呈负相关（P<0.05）。细胞转染及MTT实验结果显示，过表达AURKA、TIMP1可显著促进结肠癌细胞增殖。结论：筛选出可能参与结肠癌发生的11个核心基因，其中AURKA和TIMP1表达变化可能与结肠癌患者预后相关。

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关键词 ：结肠癌, 生物信息学, 预后, 核心基因

Abstract：Objective: To screen the hub genes of colon cancer by bioinformatics methods and verify them through in vitro experiments to explore potential colon cancer molecular markers. Methods： GSE23878， GSE37182 and GSE74602 data sets were downloaded from the GEO database; R language was used to screen differentially expressed genes （DEGs） in colon cancer and adjacent tissues. DEGs was used to perform GO enrichment analysis and KEGG signaling pathway analysis; proteinprotein interaction（PPI） network of DEGs was constructed by using the STRING database， then the hub genes were screened by Cytoscape software. TCGA database was used to validate expression and prognostic value of hub genes. Finally， the functions of hub genes were further verified by cell transfection and MTT assays. Results： A total of 270 overlapping DEGs were obtained from 3 data sets. GO enrichment analysis showed that DEGs were mainly involved in negative regulation of growth， extracellular matrix organization and extracellular structure organization. KEGG signaling pathways analysis showed that DEGs were mainly enriched in Wnt， NFκB and cell cycle signaling pathways. A total of 11 hub genes were screened through the PPI. It was verified by GEPIA database that MYC， TIMP1， UBE2C， SOX9， AURKA， COL1A1， CDC20， TOP2A and CENPF were highly expressed in colon cancer tissues， while CAV1 and CXCL12 were lowly expressed. Survival analysis showed that high expression of AURKA was positively correlated with overall survival （OS） of colon cancer patients （P<0.05）， high expression of TIMP1 was negatively correlated with OS （P<0.05）， and high expression of COL1A1 was negatively correlated with diseasefree survival of colon cancer patients （P<0.05）. Cell transfection and MTT experiments further verified that overexpression of TIMP1 or AURKA could significantly promote the proliferation of colon cancer cells. Conclusion： A total of 11 hub genes of colon cancer were found being involved in the occurrence of colon cancer. The expression of AURKA and TIMP1 may be related to the prognosis of colon cancer.

收稿日期: 2021-03-17

基金资助:国家自然科学基金面上项目（81872275）；江苏省卫生健康委科研项目（M2020002）；常州市科技局应用基础研究计划（CJ20200004）

通讯作者: 金建华（通讯作者），主任医师，硕士生导师，E-mail：jianhuajin88@sina.com

作者简介: 曾成（1996—），男，硕士研究生

引用本文:

曾成1，祁国萍1，沈颖1，2，陆文斌1，2，邓建忠1，2，刘迁1，2，金建华1，2. 基于生物信息学的结肠癌核心基因筛选及验证[J]. 江苏大学学报:医学版, 2021, 31(04): 296-302. ZENG Cheng1， QI Guoping1， SHEN Ying1，2， LU Wenbin1，2， DENG Jianzhong1，2， LIU Qian1，2， JIN Jianhua1，2 . Screening and verification of hub genes for colon cancer based on bioinformatics. Journal of Jiangsu University(Medicine Edition), 2021, 31(04): 296-302.

链接本文:

http://zzs.ujs.edu.cn/xbyxb/CN/ 或 http://zzs.ujs.edu.cn/xbyxb/CN/Y2021/V31/I04/296

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