Identificação de microRNAs e genes alvo como biomarcadores de câncer de cabeça e pescoço sob uma abordagem de bioinformática

Abstract

O câncer de cabeça e pescoço (CCP) apresenta uma baixa taxa de sobrevivência, principalmente devido a diagnósticos tardios, falta de compreensão biológica e carência de biomarcadores confiáveis. Neste contexto, os microRNAs (miRNAs ou miRs) e seus alvos surgiram como biomarcadores relevantes para a formação, progressão e prognóstico de diversos tipos de cânceres, incluindo o CCP, sendo objeto de investigação constante. Este estudo teve como objetivo identificar miRNAs e seus genes alvo como potenciais biomarcadores para diagnóstico, prognóstico e tratamento do CCP, utilizando diversas ferramentas de bioinformática. A análise das expressões de miRNA-Seq e mRNA-Seq de pacientes com CCP foi conduzida com base nos dados do projeto Atlas do Genoma do Câncer (TCGA), juntamente com as informações clinicopatológicas correspondentes. As análises abrangeram a expressão diferencial, componentes principais, agrupamento, construção de redes de interação miRNA-mRNA, redes de co-expressão de proteínas, análises de enriquecimento funcional e classificação baseada em árvores, bem como análise de sobrevivência. No contexto da cavidade oral, identificaram-se 55 miRNAs expressos diferencialmente (DEmiRNAs) associados a 103 mRNAs expressos diferencialmente (DEmRNAs), e na laringe, 40 DEmiRNAs associados a 63 DEmRNAs. Alterações transcricionais foram observadas, com destaque para o gene COL1A1, regulado principalmente pelos miR-133a- 3p, miR-29c-3p e miR-133b, indicando sua importância na digestão e absorção de proteínas. As árvores de decisão baseadas na classificação destacaram a relevância dos miR-101-3p, miR- 455-3p, miR-99a-5p e miR-30a-5p como potenciais biomarcadores no diagnóstico do câncer de cavidade oral, distinguindo o tumor primário do tecido normal adjacente. No câncer de laringe, miR-338-5p, miR-1910-5p, miR-99a-5p, miR-196b-5p e miR-139-3p emergiram como candidatos a biomarcadores independentemente do estadiamento da doença. A análise de riscos proporcionais de Cox univariada identificou cinco miRNAs e uma assinatura combinada de 24 miRNAs associadas à sobrevivência dos pacientes com câncer da cavidade oral. Para o câncer de laringe, nove miRNAs e uma assinatura combinada de 16 miRNAs foram associadas à sobrevivência dos pacientes. Esses resultados destacam o potencial desses miRNAs e seus aalvos como biomarcadores no diagnóstico, prognóstico e compreensão do processo biológico do CCP.

Head and neck cancer (HNC) presents a low survival rate, mainly due to late diagnosis, lack of biological understanding, and a shortage of reliable biomarkers. In this context, microRNAs (miRNAs or miRs) and their targets have emerged as relevant biomarkers for the formation, progression, and prognosis of various types of cancers, including HNC, and have been the subject of constant investigation. This study aimed to identify miRNAs and their target genes as potential biomarkers for the diagnosis, prognosis, and treatment of HNC, using various bioinformatics tools. Analysis of miRNA-Seq and mRNA-Seq expressions in HNC patients was conducted based on data from The Cancer Genome Atlas (TCGA) project, along with corresponding clinicopathological information. The analyses included differential expression, principal components, clustering, construction of miRNA-mRNA interaction networks, protein co-expression networks, functional enrichment analyses, tree-based classification, as well as survival analysis. In the context of the oral cavity, 55 differentially expressed miRNAs (DEmiRNAs) associated with 103 differentially expressed mRNAs (DEmRNAs) were identified, and in the larynx, 40 DEmiRNAs associated with 63 DEmRNAs were identified. Transcriptional alterations were observed, with emphasis on the COL1A1 gene, regulated mainly by miR-133a-3p, miR-29c-3p, and miR-133b, indicating its importance in protein digestion and absorption. Decision trees based on classification highlighted the relevance of miR-101-3p, miR-455-3p, miR-99a-5p, and miR-30a-5p as potential biomarkers in the diagnosis of oral cavity cancer, distinguishing the primary tumor from adjacent normal tissue. In laryngeal cancer, miR-338-5p, miR-1910-5p, miR-99a-5p, miR-196b-5p, and miR-139-3p emerged as biomarker candidates regardless of disease staging. Univariate Cox proportional hazards analysis identified five miRNAs and a combined signature of 24 miRNAs associated with the survival of oral cavity cancer patients. For laryngeal cancer, nine miRNAs and a combined signature of 16 miRNAs were associated with patient survival. These results highlight the potential of these miRNAs and their targets as biomarkers in the diagnosis, prognosis, and understanding of the biological process of HNC.