Classification and molecular biological characterization of serous ovarian cancer according to lncRNA expression

Abstract

난소암(OvCa)은 가장 치명적인 부인과 악성 종양으로, 매년 전 세계적으로 130,000명 이상이 사망한다. 가장 흔한 조직학적 아형인 장액성 난소암 (HGS_OvCa)은 진단된 상피난소암 사례의 70%를 차지하며 특별한 증상이 없기 때문에 암 발생 후 복부 또는 복강 외부로 전이된 단계에서 처음 진단된다. 화학요법과 병행하는 수술이 치료의 기준으로 사용되지만 치료받은 환자의 75%는 약물 내성과 재발로 인해 낮은 생존율을 보인다. 이러한 치료적 한계를 극복하기 위해 새로운 표적이 발굴되고 있으며 그 중 하나로 제시되고 있는 것은 lncRNA이다. LncRNA는 다양한 암 종의 새로운 진단 및 치료 표적으로 연구되고 있으며 최근 연구에 따르면 lncRNA는 난소암에서 종양 진행, 전이, 에스트로겐 반응 및 약물 내성을 조절하는 데 중요한 역할을 한다. 본 연구의 목적은 장액성 난소암 RNA-seq 데이터를 이용한 군집 분류 결과를 바탕으로 lncRNA 발현에 의한 기능 분석을 통해 특성을 확인하는 것이며, 이러한 특성을 반영하는 요소를 식별하여 제시하는 것이다. 연구 목적에 따라 TCGA database의 367명 장액성 난소암 환자 데이터를 이용하여 CNMF 군집화를 수행하였고, 임상 분석을 통해 예후를 반영하는 군집을 선택했다. 각 군집의 기능 분석 결과를 토대로 "면역 그룹", "EMT 그룹", "Estrogen 반응 그룹", "EMT-Androgen 반응 그룹", "분화 그룹"으로 분류했다. 각 군집의 특성에 영향을 미치는 요인을 확인하기 위해 DNA 돌연변이, 체세포 복제수 변이, miRNA 및 DNA 메틸화 발현 분석을 진행했다. 또한, lncRNA와 mRNA를 조절하는 전사인자를 군집별로 분류하였다. J4 군집 중에서 고유 중심성을 기준으로 MSC, AEBP1, CREB3L1를 마스터 전사인자(Master Transcription factor, MTF)로 선택했다. 추가적으로, 선택된 마스터 전사인자보다 더 강한 영향을 미치는 7개의 lncRNA (LINC01614, LINC00702, AL109924.2, LINC02544, AL356417.2, AC112721.2, LINC01929)를 확인하였으며 해당 lncRNA가 마스터 전사 인자를 조절하고 EMT 관련 유전자를 조절하는 것을 실험 결과를 통해 확인했다. 이 연구를 통해 MTFs를 조절하는 7개의 lncRNA는 장액성 난소암에서 lncRNA의 전사인자 조절 메커니즘을 규명하는데 기여하고 개인 맞춤형 의학의 지표가 될 수 있음을 시사한다.

Ovarian cancer (OvCa) is the deadliest gynecological malignant tumor, resulting in more than 130,000 cancer-related deaths annually worldwide. High-grade serous carcinoma (HGS_OvCa), the most common histological subtype of OvCa, constitutes 70% of diagnosed Epithelial Ovarian Cancer cases and is first diagnosed at an advanced stage when the tumor has spread to the abdomen or outside the abdominal cavity because it has no specific symptoms. Although surgery combined with chemotherapy is common, 75% of treated patients exhibit short survival rates due to drug resistance and relapse. New targets are being discovered to overcome these therapeutic limitations, and one of them is lncRNAs. LncRNAs are being investigated as new diagnostic and therapeutic targets in various types of human cancers, and recent studies suggest that lncRNAs play an important role in regulating tumor progression, metastasis, estrogen response, and drug resistance in OvCa. The purpose of this study is to confirm the characteristics of lncRNA expression through functional analysis based on the results of cluster classification using HGS_OvCa RNA-seq data. It also aims to identify factors that reflect these characteristics. CNMF clustering was performed using the data of 367 HGS_OvCa patients in the TCGA database, and clusters reflecting prognosis were selected through survival analysis. In addition, each cluster was classified into "Immune group", "EMT group", "Estrogen response group", "EMT-Androgen response group", and "Differentiation group" through functional analysis. To identify the factors affecting these characteristics, DNA mutations, somatic copy number alterations, and miRNA and DNA methylation expression patterns were analyzed. In addition, transcription factors regulating lncRNAs and mRNAs were classified according to cluster. Among the J4 clusters, MSC, AEBP1, and CREB3L1 were selected as master transcription factors (MTFs) based on Eigen centrality. Additionally, I identified seven lncRNAs (LINC01614, LINC00702, AL109924.2, LINC02544, AL356417.2, AC112721.2, LINC01929) that exert a stronger influence than the selected master transcription factors. Through in vitro studies, I validated that these lncRNAs regulate both the master transcription factors and EMT-related genes. This study suggests that the seven lncRNAs regulating MTFs contribute to identifying the transcription factor regulation mechanism of lncRNAs in HGS_OvCa and can be indicators for personalized medicine.