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Identification of potential plasma biomarkers in early-stage nasopharyngeal carcinoma-derived exosomes based on RNA sequencing

Xinyi Huang  Qinyan Chen  Lin Chen  Wangzhong Ye  Wei Zheng  Zijie Wu  Yuanji Xu  Penggang Bai  Chuanben Chen  
【摘要】:Background: Early diagnosis of nasopharyngeal carcinoma(NPC) is vital to improve the prognosis of these patients. However, early diagnosis of NPC is typically challenging. Therefore, we explored the pathogenetic roles and associated mechanisms of exosomes in plasma of patients with early-stage NPC.Methods: Exosomes in plasma were extracted by ultra-high-speed centrifugation. Western blot and transmission electron microscopy(TEM) were used to verify the purity of exosomes. The sequencing data(6 plasma samples from healthy volunteers vs. 6 NPC plasma samples) were analyzed by principal component analysis(PCA), DESeq2, gene ontology(GO), Kyoto encyclopedia of genes and genomes(KEGG), and TargetScan. The diferentially expressed miRNAs(DEmiRNAs) were obtained from the dataset(GSE118720) downloaded from the Gene Expression Omnibus(GEO) repository.Additionally, the datasets downloaded from the GEO database(GSE12452, GSE13597, GSE53819,GSE64634) were used to predict the target genes and functions of hsa-miR-1301-3 p. Quantitative reverse-transcription polymerase chain reaction(qRT-PCR) was applied to verify the diferences in the expressions of hsa-miR-1301-3 p between 10 normal plasma and 10 NPC plasma samples.Results: Western blot, TEM, and Nanoparticle Tracking Analysis showed adequate purity of the extracted exosomes. RNA-sequencing(RNA-seq) analysis revealed 21 upregulated miRNAs, and 10 downregulated miRNAs in plasma exosomes of early-stage NPC patients. GO analysis showed that the target genes of DEmiRNAs were mainly enriched in DNA synthesis and transcription regulation.KEGG analysis revealed that DEmiRNAs were mainly enriched in phosphatidylinositol-3 kinase/protein kinase B(PI3 K-Akt) and mitogen-activated protein kinase(MAPK) signaling pathways.Moreover, the expression of hsa-mir-1301-3 p was verifed to be signifcantly upregulated in enlarged samples of plasma exosomes.Conclusions: We identifed several DEmiRNAs extracted from tumor-derived exosomes between normal plasma and early-stage NPC plasma. Bioinformatics analyses indicated that these DEmiRNAs may be related to NPC development. Our study may provide novel insights into underlying biomarkers and mechanisms of plasma exosomes in early-stage NPC.

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