最新9.2分单基因泛癌+实验验证，实验内容不算多，干湿结合的典型思路！
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最新9.2分单基因泛癌+实验验证，实验内容不算多，干湿结合的典型思路！ by 生信小课堂
影响因子：9.2
研究概述： 癌症是全球主要的公共卫生问题，以免疫检查点阻断为基础的癌症免疫疗法已经彻底改变了多种肿瘤类型的治疗格局，但并非所有肿瘤患者都能从免疫疗法中获益或对其产生反应，因此，确定肿瘤免疫疗法或免疫调节的新型生物标志物并描述其特征至关重要。核极和纺锤体相关蛋白 1（NUSAP1）具有典型的细胞周期依赖性定位和微管结合特性，在维持有丝分裂的整个过程中发挥着至关重要的作用。目前已有多项研究将 NUSAP1 与人类肿瘤的各种恶性特征联系起来，但目前还缺乏系统全面的泛癌症研究来探讨 NUSAP1 对预后和免疫疗法反应的预测价值。基于公共数据库，本研究进行了泛癌层面的分析，从表达、预后、免疫浸润、免疫治疗反应以及药物敏感性等维度对NUSAP1在癌症发生发展过程中的重要作用进行了全面表征，并利用乳腺癌和肺腺癌细胞系进行了体内外实验，验证了 NUSAP1 对细胞增殖的调控功能，最终表明 NUSAP1 可作为预后和肿瘤免疫治疗反应的可靠预测生物标志物。
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研究结果：
NUSAP1 在正常组织和癌症组织中的表达模式
图A是基于GTEx数据库的NUSAP1在正常组织中的表达水平，发现NUSAP1在食道，卵巢，结肠，肺，胃，肝等癌症易发部位高表达，在心脏和大脑的表达水平比较低。图B是单细胞水平正常组织各类细胞中NUSAP1的表达，发现NUSAP1 在正常乳腺、食道、肺、前列腺和皮肤组织的各种上皮细胞中均有较高表达。图C和图D是TCGA和GTEx中癌症和癌旁组织NUSAP1的差异表达情况，发现除了ACC、KICH和PCPG外，几乎所有癌症组织的NUSAP1表达量都明显高于正常组织。
为进一步研究mRNA水平的变化，作者对NUSAP1多个转录本的表达水平进行了分析。图A表明ENST00000450592.6 和 ENST00000559596.5这两个蛋白质编码转录本在肿瘤组织中明显升高。接下来作者利用 UALCAN 数据库进行了蛋白质组的差异分析，发现NUSAP1 蛋白在 LUAD、BRCA、LICH、GBM、OV、KIRC、COAD 和 HNSC 组织中明显上调（图B），对收集到的患者样本的免疫组化结果证实了NUSAP1 蛋白水平在 BRCA 和 LUAD 癌症中升高，HPA数据库辅助证实了NUSAP1在其他癌症和正常组织中的表达情况（图E）。这些分析表明NUSAP1可能在肿瘤发生发展过程中起重要作用。
多种癌症组织中 NUSAP1 的单细胞表达水平
为了进一步研究肿瘤组织中表达 NUSAP1 的细胞类型，我们利用 TISCH 数据库中的 79 个数据集分析了 NUSAP1 的单细胞表达。图A显示了 33 种细胞类型中 NUSAP1 的相对表达水平，表明 NUSAP1 在各种免疫细胞和恶性细胞中广泛表达。图B的UMAP图显示了NUSAP1在黑色素瘤的CD4+T、CD8+T、NK、B、DC、单核细胞和巨噬细胞中的表达，尤其是在增殖T细胞中观察到了高表达。在胶质瘤中（图C），NUSAP1 主要在恶性细胞、单核细胞和巨噬细胞中表达。这些结果表明NUSAP1在免疫细胞功能中具有潜在的调节作用。
NUSAP1 在人类癌症中的预后作用
作者从UCSC数据库中获取了31种癌症的生存数据，图A的热图表明NUSAP1的表达水平是25种肿瘤类型患者预后的预测因素，图B生存曲线表明表明在ACC、KICH、KIRC、KIRP、LGG、LIHC、LUAD、PAAD、PCPG、PRAD和SARC患者中，NUSAP1相对较高的表达水平与较差的OS和DSS显著相关，而高水平的 NUSAP1 与 CESC、GBM、HNSC、LUSC、STAD、TGCT 和 THYM 患者的良好预后相关。为更好地评估NUSAP1表达与临床特征的关联，作者利用TCGA的临床表型数据进行了单因素cox回归分析，图C表明年龄、性别、肿瘤等级、淋巴结转移情况、肿瘤分期在不同类型的肿瘤中对预后有预测价值。为验证生存分析所得，作者进一步对5个GEO数据集进行了生存分析并得到了一致的结果。这些结果表明，NUSAP1的表达水平是多种癌症的有效预后因素。
对 NUSAP1 在人类癌症中潜在功能的 GSEA 分析
为了进一步了解 NUSAP1 对肿瘤患者预后的影响，我们进行了泛癌GSEA分析。图A热图显示，在几乎所有癌症类型中，NUSAP1 高的患者的细胞增殖相关信号通路都明显富集，包括 MYC、mTORC1、有丝分裂纺锤体、G2M 和 E2F 通路。此外，在 ACC、KICH、KIRC、KIRP、LGG 和 PAAD 患者中，NUSAP1 的高表达与上皮-间质转化（EMT）呈正相关。这种相关性可能解释了为什么这些癌症类型中 NUSAP1 水平高的患者容易发生淋巴结和远处转移以及复发。此外，热图集群还突显了免疫相关通路的不同富集，如干扰素（IFN）-γ、IFN-α、炎症、IL-6、IL-12、补体和异体移植排斥通路，这些发现表明NUSAP1 可能参与抑制了这些癌症的抗肿瘤免疫反应。总之，这些结果有力地证明：NUSAP1水平的升高与人类癌症的增殖、EMT和免疫抑制密切相关
NUSAP1 的表达和突变对人类癌症中免疫细胞浸润的影响
为了研究 NUSAP1 的表达是否会影响人类癌症的免疫细胞浸润，作者对泛癌症进行了多种免疫浸润算法的评估。图A是基于ESTIMATE算法的免疫得分在18种癌症中进行差异分析，表明 NUSAP1 可能会抑制 GBM、LUAD、LUSC、SKCM 和 STAD 中的免疫细胞浸润，而增强 KIRC 和 LGG 中的细胞浸润过程。图B是各种免疫细胞浸润水平宇NUSAP1的相关性分析，发现NUSAP1 的表达与 Th2、TFH、MDSC、中性粒细胞和淋巴祖细胞的浸润呈正相关，但与中枢和效应记忆 CD4+T、NKT 和内皮细胞呈负相关。这些发现表明，NUSAP1在肿瘤细胞中的表达可能参与调控免疫细胞的迁移和浸润，从而影响人类癌症的预后和免疫治疗。
NUSAP1 在癌症免疫疗法反应中的预测潜力
图A是基于TIP数据库中抗肿瘤免疫反应七步骤的活性，在NUSAP1高低表达组间进行的差异分析结果，表明NUSAP1 的高表达与癌细胞抗原的释放（步骤 1）、Th1 细胞的招募（步骤 4）和 T 细胞对癌细胞的识别（步骤 6）呈正相关，但在大多数癌症中NUSAP1 的高水平与免疫细胞浸润肿瘤（步骤 5）之间呈负相关，这进一步表明了 NUSAP1 在 TME 中的免疫抑制作用。图B进一步展示了不同步骤在NUSAP1高低表达组之间的活性差异，与图A结果一致。图C是泛癌中NUSAP1表达量与75个关键的免疫相关基因的相关性热图。图D是免疫疗法重要生物标志物TMB/MSI与NUSAP1表达之间的相关性雷达图，表明，NUSAP1 有可能成为相应癌症中癌症免疫疗法效率的预测标志物。图E和F分别评估了NUSAP1在两个免疫治疗队列中对治疗反应和生存的预测价值，表明NUSAP1是一个潜在的免疫治疗反应标志物。
CMap分析确定了在泛癌症中靶向NUSAP1的潜在化合物
为了探索抵消 NUSAP1 介导的肿瘤促进效应的潜在治疗方案，作者进一步进行了 CMap 分析。作者首先基于泛癌中高低NUSAP1组之间的差异基因构建了一个包含500个最显著上调基因和500个最显著下调基因的基因特征，以此为输入进行CMap分析，得出了 1288 种化合物的相似性得分。热图聚类分析显示，在 31 种癌症类型中，|Xsum 分数| ≥ 0.3 的化合物有 23 种。而先前的研究已经证明了其中恩替诺司他和 AACOCF3 的抑瘤作用。这些发现为CMap预测结果的正确性提供了有力支持。
敲除 NUSAP1 可抑制 BRCA 和 LUAD 细胞的活力
为证明数据分析结果并进一步探索NUSAP1在肿瘤细胞中的功能，作者利用A549（LUAD）和 MCF-7（BRCA）细胞系构建了 NUSAP1 稳定敲除细胞。图A的WB结果证实了敲除效率，图B的MTT实验和细胞增殖实验表明敲除 NUSAP1 后，细胞存活率和增殖率显著降低。图D的集落形成实验结果也证实，敲除 NUSAP1 会大大降低 A549 和 MCF-7 细胞的集落形成能力。接下来作者进行了体内实验，图E-G表明敲除 NUSAP1 后，裸鼠 A549 和 MCF-7 肿瘤的生长速度和肿瘤重量均显著降低
研究总结：
这篇文章关注NUSAP1基因，通过分析大量公共数据，发现NUSAP1在大多数癌症组织中都有显著上调，在恶性细胞和免疫细胞，尤其是增殖性 T 细胞中主要表达。生存分析，免疫浸润，免疫治疗反应以及药物敏感性等维度的探索表明NUSAP1有望成为预测人类癌症预后和评估免疫疗法效果的重要生物标志物，最终以初步的表型实验收尾，启发了更进一步的实验层面的探索，不失为泛癌启发实验的典范。