Published September 19, 2023 | Version v1
Publication Open

Transcriptome profiling of patient-derived tumor xenografts suggests novel extracellular matrix-related signatures for gastric cancer prognosis prediction

Description

A major obstacle to the development of personalized therapies for gastric cancer (GC) is the prevalent heterogeneity at the intra-tumor, intra-patient, and inter-patient levels. Although the pathological stage and histological subtype diagnosis can approximately predict prognosis, GC heterogeneity is rarely considered. The extracellular matrix (ECM), a major component of the tumor microenvironment (TME), extensively interacts with tumor and immune cells, providing a possible proxy to investigate GC heterogeneity. However, ECM consists of numerous protein components, and there are no suitable models to screen ECM-related genes contributing to tumor growth and prognosis. We constructed patient-derived tumor xenograft (PDTX) models to obtain robust ECM-related transcriptomic signatures to improve GC prognosis prediction and therapy design.One hundred twenty two primary GC tumor tissues were collected to construct PDTX models. The tumorigenesis rate and its relationship with GC prognosis were investigated. Transcriptome profiling was performed for PDTX-originating tumors, and least absolute shrinkage and selection operator (LASSO) Cox regression analysis was applied to extract prognostic ECM signatures and establish PDTX tumorigenicity-related gene (PTG) scores. The predictive ability of the PTG score was validated using two independent cohorts. Finally, we combined PTG score, age, and pathological stage information to establish a robust nomogram for GC prognosis prediction.We found that PDTX tumorigenicity indicated a poor prognosis in patients with GC, even at the same pathological stage. Transcriptome profiling of PDTX-originating GC tissues and corresponding normal controls identified 383 differentially expressed genes, with enrichment of ECM-related genes. A robust prognosis prediction model using the PTG score showed robust performance in two validation cohorts. A high PTG score was associated with elevated M2 polarized macrophage and cancer-associated fibroblast infiltration. Finally, combining the PTG score with age and TNM stage resulted in a more effective prognostic model than age or TNM stage alone.We found that ECM-related signatures may contribute to PDTX tumorigenesis and indicate a poor prognosis in GC. A feasible survival prediction model was built based on the PTG score, which was associated with immune cell infiltration. Together with patient ages and pathological TNM stages, PTG score could be a new approach for GC prognosis prediction.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تتمثل العقبة الرئيسية أمام تطوير علاجات شخصية لسرطان المعدة في عدم التجانس السائد على مستويات الورم الداخلي والمريض الداخلي والمريض الداخلي. على الرغم من أن المرحلة المرضية والتشخيص النسيجي الفرعي يمكن أن يتنبأان تقريبًا بالتكهن، إلا أنه نادرًا ما يتم النظر في عدم تجانس GC. تتفاعل المصفوفة خارج الخلية (ECM)، وهي مكون رئيسي في البيئة الدقيقة للورم (TME)، على نطاق واسع مع الورم والخلايا المناعية، مما يوفر بديلاً محتملاً للتحقيق في عدم تجانس GC. ومع ذلك، تتكون ECM من العديد من مكونات البروتين، ولا توجد نماذج مناسبة لفحص الجينات المرتبطة بـ ECM التي تساهم في نمو الورم وتشخيصه. قمنا ببناء نماذج الطعم الأجنبى للورم المشتق من المريض (PDTX) للحصول على توقيعات نسخية قوية متعلقة بـ ECM لتحسين التنبؤ بتنبؤ GC وتصميم العلاج. تم جمع مائة واثنين وعشرين من أنسجة ورم GC الأولية لبناء نماذج PDTX. تم التحقيق في معدل تكوين الورم وعلاقته بتشخيص GC. تم إجراء تنميط Transcriptome للأورام الناشئة عن PDTX، وتم تطبيق تحليل انحدار كوكس الأقل انكماشًا واختيارًا (LASSO) لاستخراج توقيعات ECM التنبؤية وتحديد درجات جين PDTX المرتبط بالأورام (PTG). تم التحقق من القدرة التنبؤية لدرجة اختبار ما قبل التدريب باستخدام مجموعتين مستقلتين. أخيرًا، جمعنا بين درجة PTG والعمر ومعلومات المرحلة المرضية لإنشاء رسم بياني قوي لتنبؤ تشخيص التهاب المفاصل الروماتويدي. وجدنا أن أورام PDTX تشير إلى سوء التشخيص في المرضى الذين يعانون من التهاب المفاصل الروماتويدي، حتى في نفس المرحلة المرضية. حدد التنميط النصي لأنسجة GC التي تنشأ عن PDTX والضوابط الطبيعية المقابلة 383 جينًا معبرًا عنها بشكل تفاضلي، مع إثراء الجينات المتعلقة بـ ECM. أظهر نموذج قوي للتنبؤ بالتكهن باستخدام درجة PTG أداءً قويًا في مجموعتين من التحقق. ارتبطت درجة PTG العالية بارتفاع البلاعم المستقطبة M2 وتسرب الخلايا الليفية المرتبطة بالسرطان. أخيرًا، أدى الجمع بين درجة PTG والعمر ومرحلة TNM إلى نموذج تنبؤ أكثر فعالية من العمر أو مرحلة TNM وحدها. وجدنا أن التوقيعات المتعلقة بـ ECM قد تساهم في تكوين ورم PDTX وتشير إلى سوء التشخيص في GC. تم بناء نموذج للتنبؤ بالبقاء على قيد الحياة بناءً على درجة PTG، والتي ارتبطت بتسلل الخلايا المناعية. جنبًا إلى جنب مع أعمار المرضى والمراحل المرضية لمرض نخر الورم، يمكن أن تكون درجة PTG نهجًا جديدًا للتنبؤ بتشخيص التهاب المفاصل الروماتويدي.

Translated Description (French)

Un obstacle majeur au développement de thérapies personnalisées pour le cancer gastrique (GC) est l'hétérogénéité prévalente aux niveaux intra-tumoral, intra-patient et inter-patient. Bien que le stade pathologique et le diagnostic de sous-type histologique puissent prédire approximativement le pronostic, l'hétérogénéité GC est rarement considérée. La matrice extracellulaire (mec), un composant majeur du microenvironnement tumoral (TME), interagit largement avec les cellules tumorales et immunitaires, fournissant un proxy possible pour étudier l'hétérogénéité GC. Cependant, la mec se compose de nombreux composants protéiques, et il n'existe aucun modèle approprié pour dépister les gènes liés à la mec contribuant à la croissance tumorale et au pronostic. Nous avons construit des modèles de xénogreffe tumorale dérivée du patient (PDTX) pour obtenir des signatures transcriptomiques robustes liées à l'ECM afin d'améliorer la prédiction du pronostic GC et la conception du traitement. Cent vingt-deux tissus tumoraux GC primaires ont été collectés pour construire des modèles PDTX. Le taux de tumorigenèse et sa relation avec le pronostic GC ont été étudiés. Le profilage du transcriptome a été effectué pour les tumeurs d'origine PDTX, et l'analyse de régression de Cox par l'opérateur de rétrécissement et de sélection les moins absolus (LASSO) a été appliquée pour extraire les signatures ECM pronostiques et établir les scores des gènes liés à la tumorigénicité PDTX (PTG). La capacité prédictive du score PTG a été validée à l'aide de deux cohortes indépendantes. Enfin, nous avons combiné le score PTG, l'âge et les informations sur le stade pathologique pour établir un nomogramme robuste pour la prédiction du pronostic GC. Nous avons constaté que la tumorigénicité PDTX indiquait un mauvais pronostic chez les patients atteints de GC, même au même stade pathologique. Le profilage transcriptomique des tissus GC d'origine PDTX et les contrôles normaux correspondants ont identifié 383 gènes exprimés de manière différentielle, avec enrichissement des gènes liés à l'ECM. Un modèle de prédiction de pronostic robuste utilisant le score PTG a montré des performances robustes dans deux cohortes de validation. Un score PTG élevé a été associé à une infiltration élevée de macrophages polarisés M2 et de fibroblastes associés au cancer. Enfin, la combinaison du score PTG avec l'âge et le stade TNM a abouti à un modèle pronostique plus efficace que l'âge ou le stade TNM seul. Nous avons constaté que les signatures liées à l'ECM peuvent contribuer à la tumorigenèse PDTX et indiquer un mauvais pronostic en GC. Un modèle de prédiction de survie réalisable a été construit sur la base du score PTG, qui était associé à l'infiltration des cellules immunitaires. Avec l'âge des patients et les stades pathologiques TNM, le score PTG pourrait être une nouvelle approche pour la prédiction du pronostic GC.

Translated Description (Spanish)

Un obstáculo importante para el desarrollo de terapias personalizadas para el cáncer gástrico (GC) es la heterogeneidad prevalente a nivel intratumoral, intrapaciente e interpaciente. Aunque el estadio patológico y el diagnóstico del subtipo histológico pueden predecir aproximadamente el pronóstico, rara vez se considera la heterogeneidad de GC. La matriz extracelular (ECM), un componente importante del microentorno tumoral (TME), interactúa ampliamente con el tumor y las células inmunitarias, proporcionando un posible sustituto para investigar la heterogeneidad de GC. Sin embargo, la ECM consta de numerosos componentes proteicos y no existen modelos adecuados para detectar genes relacionados con la ECM que contribuyan al crecimiento y pronóstico tumoral. Construimos modelos de xenoinjerto tumoral derivado del paciente (PDTX) para obtener firmas transcriptómicas sólidas relacionadas con la ECM para mejorar la predicción del pronóstico de GC y el diseño de la terapia. Se recolectaron ciento veintidós tejidos tumorales primarios de GC para construir modelos PDTX. Se investigó la tasa de tumorigénesis y su relación con el pronóstico de GC. Se realizó el perfil del transcriptoma para los tumores originarios de PDTX, y se aplicó el análisis de regresión de Cox del operador de contracción y selección menos absoluta (LASSO) para extraer las firmas pronósticas de la ECM y establecer las puntuaciones del gen relacionado con la tumorigenicidad (PTG) de PDTX. La capacidad predictiva de la puntuación PTG se validó utilizando dos cohortes independientes. Finalmente, combinamos la puntuación de PTG, la edad y la información del estadio patológico para establecer un nomograma sólido para la predicción del pronóstico de GC. Encontramos que la tumorigenicidad de PDTX indicaba un mal pronóstico en pacientes con GC, incluso en el mismo estadio patológico. El perfil del transcriptoma de los tejidos de GC originarios de PDTX y los controles normales correspondientes identificaron 383 genes expresados diferencialmente, con enriquecimiento de genes relacionados con ECM. Un modelo de predicción de pronóstico sólido utilizando la puntuación PTG mostró un rendimiento sólido en dos cohortes de validación. Una alta puntuación de PTG se asoció con una elevada infiltración de macrófagos polarizados M2 y fibroblastos asociados al cáncer. Finalmente, la combinación de la puntuación PTG con la edad y el estadio TNM dio como resultado un modelo de pronóstico más efectivo que la edad o el estadio TNM solos. Encontramos que las firmas relacionadas con la ECM pueden contribuir a la tumorigénesis de PDTX e indicar un mal pronóstico en GC. Se construyó un modelo de predicción de supervivencia factible basado en la puntuación PTG, que se asoció con la infiltración de células inmunitarias. Junto con las edades de los pacientes y las etapas patológicas de TNM, la puntuación de PTG podría ser un nuevo enfoque para la predicción del pronóstico de GC.

Files

s12967-023-04473-0.pdf

Files (4.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:584db4f813277c7db2fad13a85c281c5
4.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يشير التنميط النصي للورم المشتق من المريض إلى وجود توقيعات جديدة متعلقة بالمصفوفة خارج الخلية للتنبؤ بالتنبؤ بسرطان المعدة
Translated title (French)
Le profilage transcriptomique des xénogreffes tumorales dérivées du patient suggère de nouvelles signatures liées à la matrice extracellulaire pour la prédiction du pronostic du cancer gastrique
Translated title (Spanish)
El perfil del transcriptoma de xenoinjertos tumorales derivados de pacientes sugiere nuevas firmas relacionadas con la matriz extracelular para la predicción del pronóstico del cáncer gástrico

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4386845279
DOI
10.1186/s12967-023-04473-0

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1570622790
  • https://openalex.org/W1911261107
  • https://openalex.org/W1981421409
  • https://openalex.org/W1997826997
  • https://openalex.org/W1999574084
  • https://openalex.org/W2001717792
  • https://openalex.org/W2002556196
  • https://openalex.org/W2014428158
  • https://openalex.org/W2033998652
  • https://openalex.org/W2049397238
  • https://openalex.org/W2070431772
  • https://openalex.org/W2098882954
  • https://openalex.org/W2099055911
  • https://openalex.org/W2118952409
  • https://openalex.org/W2130430382
  • https://openalex.org/W2130978174
  • https://openalex.org/W2135996817
  • https://openalex.org/W2154061152
  • https://openalex.org/W2169456326
  • https://openalex.org/W2518696212
  • https://openalex.org/W2587816384
  • https://openalex.org/W2605141165
  • https://openalex.org/W2774205189
  • https://openalex.org/W2784454489
  • https://openalex.org/W2786031287
  • https://openalex.org/W2791728959
  • https://openalex.org/W2794352591
  • https://openalex.org/W2895983744
  • https://openalex.org/W2896737957
  • https://openalex.org/W2935936692
  • https://openalex.org/W2939873510
  • https://openalex.org/W2942610007
  • https://openalex.org/W2946566520
  • https://openalex.org/W2956024695
  • https://openalex.org/W2971483070
  • https://openalex.org/W2985197138
  • https://openalex.org/W3027286012
  • https://openalex.org/W3034318868
  • https://openalex.org/W3049340891
  • https://openalex.org/W3109885192
  • https://openalex.org/W3128588011
  • https://openalex.org/W3128646645
  • https://openalex.org/W3132259578
  • https://openalex.org/W3152880902
  • https://openalex.org/W3162325845
  • https://openalex.org/W3163187433
  • https://openalex.org/W3164271582
  • https://openalex.org/W3173665490
  • https://openalex.org/W3181988732
  • https://openalex.org/W3183274121
  • https://openalex.org/W3186637506
  • https://openalex.org/W3205475594
  • https://openalex.org/W3205788825
  • https://openalex.org/W3215546577
  • https://openalex.org/W4206757063
  • https://openalex.org/W4207072204
  • https://openalex.org/W4210511445
  • https://openalex.org/W4210990885
  • https://openalex.org/W4211225392
  • https://openalex.org/W4214810944
  • https://openalex.org/W4282921355
  • https://openalex.org/W4285059161
  • https://openalex.org/W4292730306
  • https://openalex.org/W4292738906
  • https://openalex.org/W4308834893
  • https://openalex.org/W4314937417
  • https://openalex.org/W4319440743
  • https://openalex.org/W4321018211
  • https://openalex.org/W4324009731
  • https://openalex.org/W4324046169