今天跟大家分享的是今年3月发表在Cancers杂志（IF：6.162）上的一篇文章，文章主要研究的是CHEK1在实体瘤中的表达。

Gene Expression Alterations and Molecular Analysis of CHEK1 in Solid Tumors

CHEK1在实体瘤中的基因表达变化及分子分析

PMID: 32178478  2020/03/12  Cancers（IF：6.162）

一、研究背景

检查点激酶1 (checkpoint kinase 1, CHEK1)是CHEK家族成员之一，是一种丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶，可介导细胞周期阻滞应对DNA损伤，该基因的表达与多种疾病有关。之前，因为CHEK1基因在DNA损伤中起着调控作用，所以认为其是一种肿瘤抑制基因。然而，研究发现没有证据证明人类癌症中存在CHEK1功能突变的纯合缺失，相反，有研究发现该基因在一些实体肿瘤中过表达。因此，研究CHEK1在实体肿瘤中的调控机制具有重要意义，CHEK1基因也被认为是癌症治疗的潜在靶点。

二、研究的方法

1) CHEK1表达分析(Oncomine数据库)：通过癌症微阵列数据库Oncomine 对各种实体肿瘤中的CHEK1进行转录水平分析。

2) 识别CHEK1相关蛋白：使用检索相互作用基因的搜索工具(STRING)来预测CHEK1的相互作用蛋白。

3) CHEK1的预后分析：使用PrognoScan数据库研究部分实体瘤中CHEK1表达与生存的关系。

4) CHEK1在部分实体瘤中的生存分析：使用Kaplan–Meier plotter分析CHEK1表达与胃癌、乳腺癌、肺癌和卵巢癌患者生存的相关性。

5) CHEK1的复杂基因组探索：利用cBioPortal对CHEK1和临床特征进行了综合分析。

6) 分子结合分析：Schrodinger suit、MiRTarBase、Discovery StudioVisualizer、PROCHECK、PATCHDOCK、RNAfold,、RNA-composer等软件被用来分析实体瘤中CHEK1-miR-195与人argonaute蛋白的作用机制。

三、研究的主要内容与结果：

1. CHEK1在肿瘤中的mRNA表达水平

文章的第一部分作者对CHEK1的转录水平进行了研究，探索其在癌症中的作用。使用Oncomine数据库研究发现相对于正常组织，该基因在癌症，特别是实体瘤中的mRNA过表达。但是，如图1所示，基于癌症类型的分析发现CHEK1也可能被低表达，使得该基因的功能要么是致癌的，要么是的抑癌的。因此，需要对CHEK1进行进一步分析。

图1 CHEK1在不同类型癌症中的表达水平

2. CHEK1在选定的实体肿瘤中的表达水平

在这一部分作者使用Oncomine数据库研究CHEK1在部分选定的实体瘤中的转录表达。结果显示该基因在脑癌、宫颈癌、结直肠癌、胃癌中均过表达，在另一种脑癌中低表达(表1，图2)。

表1 CHEK1在实体瘤中的表达

 表2 在不同癌型中分析CHEK1

3. 生存分析

这一部分作者使用Kaplan–Meier plotter分析了在选定的实体肿瘤中CHEK1表达与患者生存的关系。结果发现在胃腺癌患者中CHEK1表达下调与不良预后有关。相反，在肺腺癌、卵巢癌和乳腺癌中CHEK1的高表达与不良预后相关(图3，5)。接着作者使用PrognoScan数据库研究CHEK1表达与预后结果如图4，表2。

图3 CHEK的总体生存分析

 图4 不同实体瘤中CHEK1基因的meta分析

图5 CHEK1在膀胱癌、脑癌、卵巢癌、结直肠癌、肺癌和乳腺癌中的临床影响

 表2 实体瘤临床标本中CHEK1表达与生存的关系

4. CHEK1的蛋白质组分

在这一部分作者利用Cytoscape stringAPP插件研究CHEK1与其蛋白伴侣的蛋白相互作用，得到10个CHEK1相关蛋白(图6)，这些蛋白编码基因被用于CHEK1的下游分析。

图6 识别CHEK1相关蛋白

5. CHEK1的遗传改变

在这一部分作者使用cBioPortal数据库分析所有不同癌症中CHEK1的基因改变，并将结果与图6中的基因进行了比较(图7)。此外，文章也分析了这10个CHEK1相关蛋白编码基因在12类实体肿瘤中突变和拷贝数改变(CNAs)，结果如表3和图8所示，研究发现前列腺癌的改变频率最高。

图7 CHEK1在癌症研究中的突变热点

 表3 12类实体瘤中CHEK1相关基因的遗传改变综述

 图8 前列腺癌型中高频扩增CHEK1

6. CHEK1在结直肠癌中的共表达谱

接下来作者研究了CHEK1在直肠腺癌中20个基因的共表达谱(图9)。研究发现CHEK1在结肠直肠癌中与MCM家族和FEN1共同表达。MCMs过表达与宫颈癌发生相关，FEN1是一种多功能的结构特异性核酸酶，对维持人类基因组的稳定性起着至关重要的作用，因此CHEK1调节癌症进展的潜在机制需要进一步研究。

图9 CHEK1在结直肠癌中的共表达谱

7. miR-195-5p-CHEK1和人Argonaute蛋白的结构

在这一部分作者对miR-195-5p-CHEK1和人Argonaute蛋白的结构进行研究，作者根据miRTarBase、RNAfold和RNA COMPOSER数据库建立了miR-195-5p和miR-195-5p- CHEK1 (miRNA-mRNA)双链(配体)的结构模型(图10A-C)。从蛋白数据库(PDB)中检索到人类argonaute蛋白(受体)的三维结构(图10D)。通过Ramachandra plot使用PROCHECK验证结合之前的质量(图10E)。此外，使用PATCHDOCK对microRNA-argonaute与microRNA - mRNA结合的argonaute进行了分子对接来研究CHEK1在实体肿瘤中的调控机制。

图10 分子对接的结构模型

8. 分子对接分析

在这一部分，作者对分子对接进行了研究，使用web工具PATCHDOCK研究microRNAs调控CHEK1在实体瘤中的作用模式。PATCHDOCK方法是基于形状互补理论，因此根据输出的几何形状互补分数对输出进行排序(表4)。观察到强的相互作用及较强的疏水性和芳香性氨基酸侧链(图11;表5)，揭示了CHEK1通过人Argonaute蛋白的调控可能受到miR-195-5p的驱动(表6)。

图11 人Argonaute蛋白的氨基酸残基。

表4 对接得分

表5 参与双链的分子相互作用的受体蛋白的氨基酸残基

表6 氢键相互作用。

9. 氢键相互作用

氢键在蛋白质配体稳定性中起着一定的作用，这些作用包括受体腔内配体的定位、蛋白质对配体的识别和结合亲和力，是对接评分的贡献者之一。因此在这一部分作者评估了与microRNA和microRNA- mRNA双分子结合的人类argonaute蛋白结合囊中的氢键相互作用。作者检测了AGO的氨基酸残基与miR-195-5p和miR-195-5p- CHEK1的原子之间的氢键相互作用(图12A和B)。结果表明，氢键随着原子间相互作用的增加而增加。因此，这一结果可能支持了miR-195-5p通过RNA诱导的沉默复合物调控CHEK1表达的作用模式。

图12 氢键相互作用

到这里这篇文章的主要内容就介绍完了，可以看出作者在泛癌中结合多种在线分析工具对CHEK1在实体瘤中的基因表达变化及分子机制进行了全面的分析，这种整合多个分析平台的研究思路及方式我们可以借鉴。