First multiomics association study of trace element concentration and RNA sequencing profiles in human cancers

The integration of various types of omics data is an important trend of contemporary molecular oncology. In this regard, high-throughput analysis of trace and essential elements in cancer biosamples is an emerging field that has not yet been sufficiently addressed. For the first time, we simultaneously obtained RNA sequencing gene expression and mass spectrometry essential and trace element profiles for a set of human cancer samples. The biosamples were formalin-fixed, paraffin-embedded primary tumor tissue blocks: 67 for colorectal cancer patients and 17 for different solid cancer types. Mass spectrometry profiles were obtained for 45 elements: Ag, Al, As, Au, B, Ba, Be, Bi, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Ge, Hg, I, K, La, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, Pd, Pt, Rb, Sb, Sc, Se, Si, Sn, Sr, Te, Ti, Tl, Zn, U, V, W, Zr. The expression levels were profiled for 36596 known human genes, and the activation levels were assessed for 10520 intracellular molecular pathways. For the concentrations of essential elements Ca, Cu, Fe, K, Mg, Na, P, and Zn we detected statistically significant correlations on both gene expression and pathway activation levels, both for colorectal cancer and for pan-cancer level of data analysis. We hope the first-in-class database provided here will be a valuable resource for multiomics cancer research.

多组学数据整合是当代分子肿瘤学的重要发展趋势。就此而言，对癌症生物样本中的痕量元素与必需元素开展高通量分析，是一个尚未得到充分研究的新兴领域。本研究首次针对一批人类癌症样本，同步获取了RNA测序基因表达谱与质谱检测的必需元素及痕量元素谱。本次使用的生物样本为福尔马林固定石蜡包埋（formalin-fixed, paraffin-embedded）的原发性肿瘤组织块：其中67份来自结直肠癌患者，17份来自不同实体癌类型患者。质谱检测覆盖了45种元素：银（Ag）、铝（Al）、砷（As）、金（Au）、硼（B）、钡（Ba）、铍（Be）、铋（Bi）、钙（Ca）、镉（Cd）、钴（Co）、铬（Cr）、铜（Cu）、铁（Fe）、镓（Ga）、锗（Ge）、汞（Hg）、碘（I）、钾（K）、镧（La）、锂（Li）、镁（Mg）、锰（Mn）、钼（Mo）、钠（Na）、镍（Ni）、磷（P）、铅（Pb）、钯（Pd）、铂（Pt）、铷（Rb）、锑（Sb）、钪（Sc）、硒（Se）、硅（Si）、锡（Sn）、锶（Sr）、碲（Te）、钛（Ti）、铊（Tl）、锌（Zn）、铀（U）、钒（V）、钨（W）、锆（Zr）。本研究针对36596个已知人类基因开展了表达谱检测，并对10520条细胞内分子通路的激活水平进行了评估。针对钙（Ca）、铜（Cu）、铁（Fe）、钾（K）、镁（Mg）、钠（Na）、磷（P）及锌（Zn）这8种必需元素的浓度，本研究在结直肠癌数据集及泛癌数据分析层面，均检测到其与基因表达水平、通路激活水平间存在统计学显著相关性。本研究提供的这款首创性数据库，有望成为癌症多组学研究领域的宝贵资源。