NGS-based identification of druggable alterations and signaling pathways – hepatocellular carcinoma case report

Aim. To identify potential cancer driving or clinically relevant molecular events for a patient with hepatocellular carcinoma. Methods. In order to achieve this goal, we performed RNA-seq and exome sequencing for the tumor tissue and its matched control. We annotated the alterations found using several publicly available databases and bioinformatics tools. Results. We identified several differentially expressed genes linked to the classical sorafenib treatment as well as additional pathways potentially druggable by therapies studied in clinical trials (Erlotinib, Lapatinib and Temsirolimus). Several germline mutations, found in XRCC1, TP53 and DPYD, according to the data from other clinical trials, could be related to the increased sensitivity to platinum therapies and reduced sensitivity to 5-Fluorouracil. We also identified several potentially driving mutations that could not be currently linked to therapies, like deletion in CIRBP, SNVs in BTG1, ERBB3, TCF7L2 et al. Conclusions. The presented study shows the potential usefulness of the integrated approach to the NGS data analysis, including the analysis of germline mutations and transcriptome in addition to the cancer panel or the exome sequencing data.Мета. Ідентифікувати потенційно онкодрайверні або клінічно значущі молекулярні події у пацієнта з гепатоклітинною карциномою. Методи. РНК- та екзомне секвенування пухлинної тканини та відповідного контролю. Анотування знайдених змін, використовуючи декілька загальнодоступних баз даних та біоінформатичних програм. Ми також порівняли транскрипційний профіль досліджуваної пухлини з транскриптомами клітинних ліній з бази даних Genomics of Drug Sensitivity in Cancer. Результати. Ідентифіковано кілька генів, що дифференційно експресуються, і пов’язані як з класичною терапією сорафенібом, так і з додатковими сигнальними шляхами, що потенційно вразливі до терапії препаратами, які досліджувались у клініческих випробуваннях (ерлотініб, лапатініб та темсіролімус). Декілька гермінативних мутацій, знайдених в XRCC1, TP53 та DPYD, згідно з даними інших клінічних випробувань, можуть бути пов’язані з підвищеною чутливістю до платинових терапій та зменшеною чутливістю до 5-фторурацилу. Ми також ідентифікували декілька потенційно драйверних мутацій, які на цей час не можуть бути пов’язані з терапіями, наприклад делеції у CIRBP, заміни в BTG1, ERBB3, TCF7L2 тощо. Висновки. Запропоноване дослідження демонструє потенційну корисність інтегрованого підходу до NGS аналізу даних, в тому числі аналізу гермінативних мутацій та транскриптому у додаток до використання онкологічних генних панелей або даних секвенування екзому.Цель. Выявлении ключевых или клинически значимых молекулярных событий для пациента с гепатоцеллюлярной карциномой. Методы. РНК- и экзомное секвенирования опухолевой и нормальной ткани. Мы проаннотировали найденные генетические нарушения, используя несколько общедоступных баз данных и биоинформатических инструментов. Результаты. Мы определили несколько дифференциально экспрессированных генов, связанных с классической схемой лечения препаратом сорафениб, а также дополнительные пути потенциально поддающиеся терапии препаратами, включенными в клинические испытания (Эрлотиниб, Лапатиниб и Темсиролимус). Несколько герминативных мутаций, найденных в XRCC1, TP53 и DPYD, по данным из других клинических испытаний, могут быть связаны с повышенной чувствительностью к препаратам платины и пониженной чувствительностью к 5-фторурацилу. Мы также определили несколько потенциально драйверных мутаций в генах CIRBP, замены в BTG1, ErbB3, TCF7L2 и др., которые в настоящее время не связаны с тера­пией. Выводы. Данное исследование показывает потенциальную значимость комплексного подхода к анализу данных NGS, в том числе анализа герминативных мутаций и транскриптома в дополнение к данным из генных панелей или секвенирования экзома

Протеомный анализ ворсин хориона человека при анэмбрионии

In this study, the proteomic approach based on high performance liquid chromatography connected with tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) and bioinformatics analysis were applied to identify differentially abundant proteins in chorionic villus samples (CVS) from women with blighted ovum and normal pregnancy. We identified about 600 proteins in the solubilized fraction of CVS. Comparative proteomic analysis revealed differences in the content (Average Normalized Abundances) of 187 proteins in blighted ovum. These included 134 down-regulated proteins and 53 up-regulated proteins. According to bioinformatics analysis these proteins participate in a variety of metabolic processes, including alcohol and tricarboxylic acid metabolism, response to endoplasmic reticulum stress, small molecular catabolic process, cellular respiration, and others. Proteins that demonstrated growing content in blighted ovum were mainly encoded by genes located on chromosomes 7 and 16 whereas proteins which demonstrated reducing abundance were mainly encoded by genes located on chromosomes 1, 2, and 11. We also revealed changes in the content of proteins encoded by genes located on the human chromosome 18; they are involved in apoptotic and drug metabolic processes with an important role in early pregnancy loss. Our pilot results demonstrate the efficiency of the LC-MS/MS approach for detecting the differences at the qualitative and semi-quantitative levels in the protein profiles of the CVS at anembryonic pregnancy compared to normal gestation. We conclude that globally profiled and differentially regulated proteins of CVS are helpful in obtaining molecular insights into biological processes of the pregnancy pathology.В данной работе протеомный подход, основанный на жидкостной хроматографии, совмещенной с тандемной масс-спектрометрией (LC-MS/MS), и биоинформатический анализ были применены для выявления различий между белковым профилем ворсин хориона человека при анэмбриональной беременности по сравнению с нормальной. Всего в солюбилизированной фракции хориона было идентифицировано около 600 белков. Сравнительный протеомный анализ с использованием программного обеспечения Progenesis LS-MS показал изменение содержания 187 белков при анэмбрионии, из них 134 белка продемонстрировали снижение и 53 белка – повышение концентрации (average normalized abundances). Биоинформатический анализ свидетельствует, что эти белки принимают участие в различных метаболических процессах, включая метаболизм алкоголя и трикарбоновых кислот, в реакциях, ассоциируемых со стрессом эндоплазматического ретикулума, процессах катаболизма, клеточном дыхании и других. Кроме того, зарегистрировано изменение содержания белков, кодируемых хромосомой 18 человека, принимающих участие в апоптозе и реакциях метаболизма лекарственных средств, а также процессах, играющих важную роль при потерях в ранние сроки беременности. Наши предварительные результаты демонстрируют эффективность LC-MS/MS для выявления качественных и полуколичественных различий белкового профиля ворсин хориона при анэмбриональной беременности по сравнению с нормальной. Сделан вывод о том, что широкомасштабное профилирование дифференциально регулируемых белков ворсин хориона может быть полезно для понимания биологических процессов, протекающих при патологии беременности

NGS-based identification of druggable alterations and signaling pathways – hepatocellular carcinoma case report

Aim. To identify potential cancer driving or clinically relevant molecular events for a patient with hepatocellular carcinoma. Methods. In order to achieve this goal, we performed RNA-seq and exome sequencing for the tumor tissue and its matched control. We annotated the alterations found using several publicly available databases and bioinformatics tools. Results. We identified several differentially expressed genes linked to the classical sorafenib treatment as well as additional pathways potentially druggable by therapies studied in clinical trials (Erlotinib, Lapatinib and Temsirolimus). Several germline mutations, found in XRCC1, TP53 and DPYD, according to the data from other clinical trials, could be related to the increased sensitivity to platinum therapies and reduced sensitivity to 5-Fluorouracil. We also identified several potentially driving mutations that could not be currently linked to therapies, like deletion in CIRBP, SNVs in BTG1, ERBB3, TCF7L2 et al. Conclusions. The presented study shows the potential usefulness of the integrated approach to the NGS data analysis, including the analysis of germline mutations and transcriptome in addition to the cancer panel or the exome sequencing data.Мета. Ідентифікувати потенційно онкодрайверні або клінічно значущі молекулярні події у пацієнта з гепатоклітинною карциномою. Методи. РНК- та екзомне секвенування пухлинної тканини та відповідного контролю. Анотування знайдених змін, використовуючи декілька загальнодоступних баз даних та біоінформатичних програм. Ми також порівняли транскрипційний профіль досліджуваної пухлини з транскриптомами клітинних ліній з бази даних Genomics of Drug Sensitivity in Cancer. Результати. Ідентифіковано кілька генів, що дифференційно експресуються, і пов’язані як з класичною терапією сорафенібом, так і з додатковими сигнальними шляхами, що потенційно вразливі до терапії препаратами, які досліджувались у клініческих випробуваннях (ерлотініб, лапатініб та темсіролімус). Декілька гермінативних мутацій, знайдених в XRCC1, TP53 та DPYD, згідно з даними інших клінічних випробувань, можуть бути пов’язані з підвищеною чутливістю до платинових терапій та зменшеною чутливістю до 5-фторурацилу. Ми також ідентифікували декілька потенційно драйверних мутацій, які на цей час не можуть бути пов’язані з терапіями, наприклад делеції у CIRBP, заміни в BTG1, ERBB3, TCF7L2 тощо. Висновки. Запропоноване дослідження демонструє потенційну корисність інтегрованого підходу до NGS аналізу даних, в тому числі аналізу гермінативних мутацій та транскриптому у додаток до використання онкологічних генних панелей або даних секвенування екзому.Цель. Выявлении ключевых или клинически значимых молекулярных событий для пациента с гепатоцеллюлярной карциномой. Методы. РНК- и экзомное секвенирования опухолевой и нормальной ткани. Мы проаннотировали найденные генетические нарушения, используя несколько общедоступных баз данных и биоинформатических инструментов. Результаты. Мы определили несколько дифференциально экспрессированных генов, связанных с классической схемой лечения препаратом сорафениб, а также дополнительные пути потенциально поддающиеся терапии препаратами, включенными в клинические испытания (Эрлотиниб, Лапатиниб и Темсиролимус). Несколько герминативных мутаций, найденных в XRCC1, TP53 и DPYD, по данным из других клинических испытаний, могут быть связаны с повышенной чувствительностью к препаратам платины и пониженной чувствительностью к 5-фторурацилу. Мы также определили несколько потенциально драйверных мутаций в генах CIRBP, замены в BTG1, ErbB3, TCF7L2 и др., которые в настоящее время не связаны с тера­пией. Выводы. Данное исследование показывает потенциальную значимость комплексного подхода к анализу данных NGS, в том числе анализа герминативных мутаций и транскриптома в дополнение к данным из генных панелей или секвенирования экзома

Гены «стахановцы» 18 хромосомы человека, отсутствующие белки и не охарактеризованные белки в ткани печени и клеточной линии HepG2

Missing (MP) and functionally uncharacterized proteins (uPE1) comprise less than 5% of the total number of proteins encoded by human Chr18 genes. Within half a year, since the January 2020 version of NextProt, the number of entries in the MP+uPE1 datasets changed, mainly due to the achievements of antibody-based proteomics. Assuming that the proteome is closely related to the transcriptome scaffold, quantitative PCR, Illumina HiSeq, and Oxford Nanopore Technology were applied to characterize the liver samples of three male donors in comparison with the HepG2 cell line. The data mining of the Expression Atlas (EMBL-EBI) and the profiling of biopsy samples by using orthogonal methods of transcriptome analysis have shown that in HepG2 cells and the liver, the genes encoding functionally uncharacterized proteins (uPE1) are expressed as low as for the missing proteins (less than 1 copy per cell), except the selected cases of HSBP1L1, TMEM241, C18orf21, and KLHL14. The initial expectation that uPE1 genes might be expressed at higher levels than MP genes, was compromised by severe discrepancies in our semi-quantitative gene expression data and in public databanks. Such discrepancy forced us to revisit the transcriptome of Chr18, the target of the Russian C-HPP Consortium. Tanglegram of highly expressed genes and further correlation analysis have shown the severe dependencies on the mRNA extraction method and the analytical platform. Targeted gene expression analysis by quantitative PCR (qPCR) and high-throughput transcriptome profiling (Illumina HiSeq and ONT MinION) for the same set of samples from normal liver tissue and HepG2 cells revealed the detectable expression of 250+ (92%) protein-coding genes of Chr18 (at least one method). The expression of slightly more than 50% protein-coding genes was detected simultaneously by all three methods. Correlation analysis of the gene expression profiles showed that the grouping of the datasets depended almost equally on both the type of biological material and the experimental method, particularly cDNA/mRNA isolation and library preparation.Отсутствующие белки и функционально не охарактеризованные белки (в англоязычной литературе обозначенные как missing (MP) и functionally uncharacterized proteins (uPE1), соответственно) составляют менее 5% от общего числа белков, кодируемых генами 18 хромосомы человека. В течение полугода, начиная с января 2020 года, в версии NextProt выросло количество записей в наборах данных MP+uPE1. Подобные изменения обусловлены преимущественно достижениями протеомики на основе антител. В данной работе количественная ПЦР, технологии секвенирования Illumina HiSeq и Oxford Nanopore Technologies были применены для сравнительного анализа транскриптомного профиля образцов печени трех доноров мужского пола и клеточной линии HepG2. Анализ данных атласа экспрессии (Expression Atlas, EMBL-EBI) и полученных результатов по биологическим образцам с использованием ортогональных методов анализа транскриптома показал, что в клетках печени и HepG2 уровень экспрессии генов, кодирующих функционально не охарактеризованные белки (uPE1), находится на таком же низком уровне, как и в случае генов MP (в количестве менее 1 копии на клетку). Исключение составили несколько генов: HSBP1L1, TMEM241, C18orf21 и KLHL14. Согласно существенным расхождениям в ранее полученных полуколичественных данных по экспрессии генов и данным в открытых базах данных, изначально предполагалось, что экспрессия генов uPE1 может быть выше, чем генов MP. Подобное расхождение побудило обратиться к транскриптому 18 хромосомы человека, являющейся целевой для России в проекте «Протеом человека». Полученные результаты о наиболее экспрессируемых генах и дальнейший корреляционный анализ показал существование зависимости от метода экстракции мРНК и аналитической платформы. Анализ экспрессии целевых генов 18 хромосомы с применением количественной ПЦР (qPCR) и методов высокопроизводительного профилирования транскриптома (Illumina HiSeq и ONT MinION) для одинаковых наборов образцов нормальной ткани печени и клеточной линии HepG2 выявил более 250 (92%) белок-кодирующих генов, детектируемых хотя бы одним методом. Экспрессия более чем 50% белок-кодирующих генов была детектирована всеми тремя методами. Корреляционный анализ профилей экспрессии генов показал, что результаты «группируются» в зависимости от типа биологического материала и экспериментальных методов, в частности от способа подготовки библиотеки (выделения кДНК, мРНК). Зависимость от выбора способа биоинформатической обработки была отмечена в значительно меньшей степени