Molecular Subtypes in Glioblastoma Multiforme: Integrated Analysis Using Agilent GeneSpring and Mass Profiler Professional Multi-Omics Software

Význam tématu

Glioblastom multiforme je nejčastějším a nejagresivnějším nádorem centrálního nervového systému s mediánem přežití kolem 15 měsíců. Identifikace molekulárních podtypů a pochopení jejich genomických, transkriptomických a proteomických charakteristik je nezbytná pro vývoj cílených terapií a zlepšení prognózy pacientů.

Cíle a přehled článku

Hlavním cílem bylo provést integrovanou analýzu multi-omics dat GBM pacientů z projektu TCGA a nezávislé proteomické studie za použití softwaru Agilent GeneSpring a Mass Profiler Professional (MPP). Konkrétně se zkoumala asociace mRNA, miRNA, proteomické exprese a kopiových číselných aberací s molekulárními podtypy GBM.

Použitá metodika a instrumentace

Data TCGA:

• 840 mRNA profilů u 173 vzorků GBM z různých mikročipových platforem
• 534 miRNA expresních profilů na Agilent 8×15K mikročipu
• CNA data z Brennan et al. (log2 poměry proti normálnímu genomu, prahy pro delece a amplifikace)

Proteomika:

• 10 GBM a 10 kontrolních vzorků (mozková tkáň z epilepsie)
• Homo­genizace, SDS-PAGE, in-gel trypsinová digesce
• HPLC-Chip/MS (Agilent 6550 iFunnel Q-TOF MS)
• Analýza Spectrum Mill, 1 % FDR, export do MPP

Bioinformatika:

• GeneSpring/MPP 13.0: hierarchické shlukování (Euclidean + Ward), PCA, metadata framework
• Pearsonova korelace mezi vzorky i entitami
• GO analýza (hypergeometrické testy) a dotazy na databázi miRWalk

Hlavní výsledky a diskuse

• Reprodukce čtyř molekulárních podtypů GBM (Proneural, Classical, Mesenchymal, Neural) na úrovni mRNA expresních dat z TCGA.
• Metadata analýza odhalila, že delece FGFR2 a PTEN se často vyskytují společně, naznačující možnou jedinou chromozomální událost.
• CNV profily kritických genů: amplifikace EGFR a delece CDKN2A/C charakterizují zejména Classical podtyp, zatímco delece NF1 jsou typické pro Mesenchymal.
• Korelace mRNA–miRNA: identifikováno 25 genů neuropoetického vývoje (vč. OLIG2, NKX2-2, SOX11, ASCL1) a 38 validovaných miRNA; pozorovány negativní vztahy mezi geny a miR-21, miR-34a, miR-155 v Proneural podtypu.
• Proteomika: 587 proteinů diferencovaně exprimovaných mezi nádorovými a kontrolními vzorky; PCA i korelace jasně oddělují obě skupiny.
• Integrovaná multi-omics analýza: průnik 587 proteinů a 840 genů TCGA vedl k jádrové sadě 54 signaturních genů/proteinů, které jednoznačně odlišují molekulární podtypy GBM na úrovni proteomu.

Přínosy a praktické využití metody

• Potvrzení robustnosti multi-omics integrace k subtypizaci GBM.
• Identifikace nových biomarkerů a cílených terapeutických molekul (např. FGFR2, OLIG2, NKX2-2, SOX11).
• Aplikace GeneSpring/MPP jako uživatelsky přívětivého nástroje pro komplexní analýzu genomických, transkriptomických a proteomických dat.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření na single-cell multi-omics pro mapování heterogenity intra-tumorální.
• Pokročilé strojové učení pro predikci odpovědi na léčbu a prognózy.
• Integrace s imunoprofilací a metabolomikou pro komplexní pohled na GBM mikro-okolí.
• Klinická validace signatur a vývoj prognostických panelů pro personalizovanou medicínu.

Závěr

Integrovaná analýza mRNA, miRNA, proteomu a kopiových aberací pomocí Agilent GeneSpring/MPP poskytla hluboký náhled do molekulárních podtypů glioblastomu. Jádrová sada 54 signaturních genů/proteinů umožňuje spolehlivou klasifikaci podtypů a identifikaci nových biomarkerů, což otevírá cestu k efektivnějším cíleným terapiím.

Reference

1. Cancer Genome Atlas Research Network. Comprehensive genomic characterization defines human glioblastoma genes and core pathways. Nature 2008;455:1061–1068.
2. Phillips HS et al. Molecular subclasses of high-grade glioma predict prognosis, delineate a pattern of disease progression, and resemble stages in neurogenesis. Cancer Cell 2006;9:157–173.
3. Verhaak RGW et al. Integrated genomic analysis identifies clinically relevant subtypes of glioblastoma characterized by abnormalities in PDGFRA, IDH1, EGFR, and NF1. Cancer Cell 2010;17:98–110.
4. Noushmehr H et al. Identification of a CpG island methylator phenotype that defines a distinct subgroup of glioma. Cancer Cell 2010;17:510–522.
5. Brennan CW et al. The Somatic Genomic Landscape of Glioblastoma. Cell 2013;155(2):462–477.
6. Silber J et al. miR-34a repression in proneural malignant gliomas upregulates expression of its target PDGFRA and promotes tumorigenesis. PLoS One 2012;7(3):e33844.
7. Ligon KL et al. Olig2-regulated lineage-restricted pathway controls replication competence in neural stem cells and malignant glioma. Neuron 2007;53:503–517.
8. Møller HG et al. A Systematic Review of MicroRNA in Glioblastoma Multiforme: Micro-modulators in the Mesenchymal Mode of Migration and Invasion. Mol Neurobiol 2013;47:131–144.
9. Heroux MS et al. Comprehensive characterization of glioblastoma tumor tissues for biomarker identification using mass spectrometry-based label-free quantitative proteomics. Physiol Genomics 2014;46:467–481.