ترتبط شبكة MiRNA-mRNA التنظيمية باستجابة الزرع في إصابة الكلى الحادة

دوان قوه^1,2†يو فان^3†، جي رونغ يو^4*وتاو لين^3*

^{اتصال:joanna.jia@wecistanche.com}

الملخص

خلفية:بَصِيرالكلىإصابة(AKI) هي إحدى المضاعفات التي تهدد الحياة وتتميز بانخفاض سريع في وظائف الكلى ، والتي تحدث غالبًا بعد جراحة الزرع. ومع ذلك ، فإن الآلية الجزيئية الكامنة وراء تطور AKI بعد الزرع (بعد Tx) لا تزال غير معروفة. أظهر عدد متزايد من الدراسات أن بعض microRNAs (miRNAs) تمارس وظائف حاسمة في AKI. سعت الدراسة الحالية إلى توضيح الآليات الجزيئية في مرحلة ما بعد Tx AKI من خلال بناء شبكة تنظيمية miRNA-mRNA.

نتائج:استنادًا إلى مجموعتي بيانات (GSE53771 و GSE53769) ، تم تحديد ثلاث وحدات رئيسية ، والتي تحتوي على 55 mRNAs و 76 mRNAs و 151 miRNAs ، عن طريق إجراء تحليل شبكة التعبير المشترك للجينات الموزونة (WGCNA). تم تطبيق الإصدار 4.1 من IP للعقل للتنبؤ بتفاعلات mRNAs للوحدة الرئيسية و miRNAs ، وأزواج miRNA-mRNA بثقة تزيد عن 0. تم ​​اختيار 2 لإنشاء شبكة تنظيمية miRNA-mRNA بواسطة Cytoscape . تتكون شبكة miRNA-mRNA من 82 عقدة (48 mRNAs و 34 miRNAs) و 125 حافة. قد يلعب اثنان من miRNAs (miR -203 a -3 p و miR -205-5 p) و ERBB4 بدرجات عقدة أعلى مقارنة بالعقد الأخرى دورًا مركزيًا في مرحلة ما بعد Tx AKI. بالإضافة إلى ذلك ، أشار تحليل مسار علم الوجود الجيني (GO) وموسوعة كيوتو للجينات والجينوم (KEGG) إلى أن هذه الشبكة كانت متورطة بشكل أساسي فيالكلى- / الوظائف المتعلقة بالكلى ومسارات إشارات PI3K – Akt / HIF -1 / Ras / MAPK.

استنتاج:قمنا ببناء شبكة تنظيمية من mRNA-mRNA لتوفير رؤى جديدة حول تطوير AKI بعد Tx ، والتي قد تساعد في اكتشاف مؤشرات حيوية جديدة أو عقاقير علاجية لتعزيز القدرة على التنبؤ والتدخل المبكر وتقليل معدل وفيات AKI بعد الزرع.

الكلمات الدالة: بَصِيرالكلىإصابة، زرع الكلى ، WGCNA ، شبكة ميرنا-مرنا

بروبيداديس cistancheإلى عن علىالكلى

خلفية

كنوع من الأمراض السريرية الحرجة مع فقدان سريع لوظيفة الكلى وارتفاع معدل الوفيات ،بَصِيرالكلىإصابة(AKI) يحدث بشكل شائع في متلقي الزرع ، مما قد يؤدي إلى فشل الزرع والوفاة [1]. يعد التشخيص والعلاج في الوقت المناسب أمرًا حاسمًا في تحسين تشخيص مرضى القصور الكلوي الحاد ، ولكن يتم إعاقتهم حاليًا بسبب الافتقار إلى مؤشرات محددة للتنبؤ المبكر والتقييم المتدرج ومراقبة التأثير العلاجي. نظرًا لأن أمراض القصور الكلوي الحاد هي أكثر الأمراض الحرجة شيوعًا في المجالات متعددة التخصصات ، فقد تم الإبلاغ عن عدد متزايد من الدراسات حول أمراض القصور الكلوي الحاد في العقود الماضية [2-4]. ومع ذلك ، فإن الآلية المرضية لـ AKI لا تزال غير واضحة.

إن microRNA (miRNA) هو نوع من الحمض النووي الريبي الصغير غير المشفر يحتوي على ما يقرب من 22 نيوكليوتيد ، والتي يمكن أن ترتبط بـ 3′-UTR من الرنا المرسال المستهدف على مستوى ما بعد النسخ لممارسة وظائف فسيولوجية وفسيولوجية مرضية مهمة في الخلايا [5 ]. تم الإبلاغ عن أن miRNAs قادرة على تنظيم مجموعة متنوعة من mRNAs في الثدييات [6] ، بينما يمكن استهداف mRNA واحد من قبل مجموعة كبيرة من miRNAs ، مما يدل على أن دور miRNA في تنظيم الجينات يجب تفسيره بواسطة الشبكات المعقدة [7]. في السنوات الأخيرة ، زادت الدراسات الخاصة بشبكة mRNA-miRNA بشكل كبير ، حيث يُعتقد أنها تساعد في الكشف عن الآلية الجزيئية للأمراض المختلفة ، والتي تشمل الورم الأرومي العصبي [8] ، ومرض السكري من النوع 2 [9] ، والنزيف الدماغي العفوي [10]. وجدت الدراسات الحديثة أن التغييرات في التعبير عن mRNA و miRNA ستؤثر على تكاثر الخلايا الكلوية وموتها ، والتي ترتبط بحدوث وتطور AKI [11 ، 12]. ومع ذلك ، هناك القليل من البيانات المنشورة على الشبكة المحتملة من mRNA و miRNA في AKI بعد الزرع.

في عصر الطب الدقيق ، يمكن لبيانات التسلسل عالية الإنتاجية جنبًا إلى جنب مع تحليل المعلومات الحيوية الفعالة تحديد الجينات والآليات المستهدفة المحتملة التي تساهم في تقدم القصور الكلوي الحاد. يعد تحليل شبكة التعبير المشترك للجينات الموزونة (WGCNA) طريقة مستخدمة على نطاق واسع للعثور على المنظمين الأساسيين للأمراض ، حيث أن لديها القدرة على تجميع الجينات ذات أنماط التعبير المتشابهة في وحدات (حيث توجد المنظمات الأساسية بشكل شائع) وتحليل العلاقة بين الوحدات والسمات أو الأنماط الظاهرية المحددة [13]. في دراسة منشورة حديثًا حول الأورام داخل الظهارة العنقية (CIN) ، تم إجراء WGCNA لتحديد ست وحدات مرتبطة بالأمراض ، منها 31 جينة محورية مرشحًا لعلاج CIN [14]. لا يؤدي تحليل المعلوماتية الحيوية إلى تحسين كفاءة البحث في الوظائف البيولوجية فحسب ، بل يوفر أيضًا معلومات موثوقة لاستكشاف الآليات الجزيئية [15 ، 16]. استنادًا إلى مجموعات البيانات الكبيرة لكل من ملفات تعريف mRNA و miRNA في نفس المريض ، يمكن أن يساعد استكشاف شبكة miRNA-mRNA التنظيمية في توضيح الآليات الجزيئية للأمراض [17 ، 18].

في هذه الدراسة ، تعرضت مجموعات بيانات التعبير GSE53769 (mRNA) و GSE53771 (miRNA) ، على التوالي ، لـ WGCNA لتحديد الوحدات الرئيسية المرتبطة بـ Tx AKI. بعد ذلك ، تم إنشاء شبكة تنظيمية من mRNA-mRNA لتوضيح الآليات اللاجينية الكامنة وراء تطور ما بعد Tx AKI ، وبالتالي توفير اتجاه محتمل للبحث السريري في المستقبل.

نتائج

تحديد الوحدات الرئيسية المتعلقة بـ post-Tx AKI بناءً على مجموعة بيانات GSE53769

وفقًا لعلاقة بيرسون ومتوسط ​​خوارزميات الارتباط ، تم تجميع 36 عينة وتم توضيح مخطط شجر العينة وخريطة حرارة السمات في الشكل 1 أ ؛ وجدنا أن GSM13 0 0 317 (الذي ينتمي إلى مجموعة post-Tx PBX) تم تجميعه بمفرده وقد يكون عنصرًا غريبًا محتملًا. لذلك ، تم استخدام مخطط at-SNE (تضمين الجوار العشوائي الموزع على t) للتأكد من أن هذه العينة لن تؤثر على التحليلات اللاحقة. كما هو موضح في الملف الإضافي 2: الشكل S2 ، لم يكن هناك استثناء واضح بعد تقليل البعد ، وبالتالي ، تابعنا WGCNA. كما هو مبين في الشكل 1 ب ، تم اختيار قوة العتبة الناعمة البالغة 9 لضمان الطابع الخالي من التدرج لشبكة التعبير المشترك للجينات (الشكل 1 ب). يظهر الرسم البياني لاتصال الشبكة ومخطط السجل المقابل في الملف الإضافي 3: الشكل S3A-B ؛ كان R2 0.89 ، مما يشير إلى استيفاء طوبولوجيا تقريبية خالية من المقياس. يتم توفير معلومات مفصلة عن مؤشرات قدم العتبة الناعمة بما في ذلك k و R2 و R2 المجهزة في الملف الإضافي 10: الجدول S1. عشرة ، من خلال متوسط ​​التجميع الهرمي للربط ، تم تقسيم الجينات ذات أنماط التعبير المماثلة إلى وحدات (الشكل 1 ج). لتمييز الوحدات النمطية ذات أنماط التعبير المختلفة بشكل أفضل ، تم تخصيص ألوان مختلفة لكل وحدة. كما هو مبين في الشكل 1 د ، تم إنشاء مخطط شجري لتجميع الوحدات والذي أنتج ما مجموعه 18 وحدة. تحتوي الوحدة الرمادية على الجينات التي لا يمكن تخصيصها للوحدات السبعة عشر الأخرى. يوضح الشكل 1 هـ خريطة الحرارة التي تصف العلاقة بين السمات والوحدات السريرية. من بين هذه الوحدات ، أظهرت الوحدة السوداء أعلى ارتباط إيجابي مع ما بعد Tx AKI (P =0. 002، R =0. 5) ، بينما أظهرت وحدة tan أقوى ارتباط سلبي مع ما بعد Tx AKI (P =4 e − 05، R=−0.63). وبالتالي ، تم اختيار هاتين الوحدتين كوحدات نمطية رئيسية. يتم توفير تعيينات mRNAs في الوحدات النمطية السوداء والسمراء في الملف الإضافي 11: الجدول S2.

شبكة الجينات وتحليل الإثراء الوظيفي في الوحدات السوداء والتان

كما هو مبين في الشكل 2 أ ، كان معامل الارتباط لعضوية الوحدة (MM) مقابل دلالة الجين (GS) في الوحدة السوداء هو 0 .57 مع P =5. 5e − 38. تم تحديد ما مجموعه 14 جينًا محوريًا في الوحدة السوداء ، والتي تضمنت CLIC5 و PCOLCE2 و NDNF و ESRP1 و ENPEP و RASAL2 و SLIT2 و PSAT1 و NOX4 و GDA و CNTN3 و CFAPP221 و CA2 و ZNF311 (الشكل 2 ب). عشرة ، تم إجراء تحليل إثراء مسار GO و KEGG على الجينات في الوحدة السوداء. كما هو مبين في الشكل 2 ج ، وجدنا أن أكثر مصطلحات GO إثراءً في فئة العملية البيولوجية (GO-BP) كانتالكلىتطوير وتطوير نظام الكلى وتنظيم سلسلة ERK1 / 2. كانت مصطلحات GO الأكثر إثراءً في الفئات الأخرى (GO-CC و GO-MF) هي الجزء القمي من ارتباط جزيء التصاق الخلية والخلية (الشكل 2 د ، هـ). لتحليل مسار KEGG ، تم إثراء هذه الجينات بشكل أساسي في إشارات MAPK ومسارات إشارات Raq1 (الشكل 2f).

The genes of the tan module underwent the same analysis. Te scatter plots of MM versus GS in the tan module (cor=0.6, P=4.2e−18) are shown in Fig. 3a. The gene-gene network centered on hub genes in this module is depicted in Fig. 3b. As we can see, the tan module contained 12 hub genes including DMXL1, MAF, GPHN, MYOF, CDK14, and QDPR. The functional annotation of genes in the tan module is depicted in Fig. 3c–f, indicating that the black module genes were primarily enriched in functions of the coenzyme metabolic process, the extrinsic component of the plasma membrane, and coenzyme binding, as well as pathways of folate (FA) biosynthesis. Detailed information of differentially expressed genes (defined by log2 fold change>0. 1 و p-value<0.05 when="" comparing="" their="" expression="" in="" post-tx="" aki="" group="" to="" that="" in="" zero-hour="" aki="" group)="" in="" black="" module="" and="" the="" tan="" module="" is="" provided="" in="" additional="" file="" 4:="" figure="" s4="" and="" additional="" file="" 5:="" figure="" s5,="">

تحديد الوحدات الرئيسية المتعلقة بـ post-Tx AKI بناءً على مجموعة بيانات GSE53771

من أجل استكشاف أدوار ميرنا في ما بعد Tx AKI ، أجرينا أيضًا WGCNA لـ miRNAs استنادًا إلى مجموعة بيانات GSE53771. كانت خطوات إنشاء شبكة التعبير المشترك لـ miRNAs مماثلة لتلك الخاصة بـ mRNAs. يوضح الشكل 4 أ مخطط شجر العينة وخريطة حرارة السمات. لضمان شبكة خالية من النطاق ، تم تعيين قوة العتبة الناعمة على 6 (الشكل 4 ب). يظهر الرسم البياني لاتصال الشبكة ومخطط السجل المقابل في الملف الإضافي 3: الشكل S3C-D ؛ كان R2 0. 98 ، مما يشير إلى استيفاء طبولوجيا تقريبية خالية من المقياس. تتوفر معلومات تفصيلية عن مؤشرات قدم ذات حد أدنى بما في ذلك k و R2 و R2 المجهزة في الملف الإضافي 1 0: الجدول S1. تم تحديد ما مجموعه ثلاث وحدات ميرنا ، والتي كانت مستقلة عن بعضها البعض (الشكل 4 ج ، د). عشرة ، تم تحليل ارتباط وحدات miRNA بالسمات السريرية ، وأظهرت النتيجة أن وحدة miRNA الزرقاء كانت الوحدة الوحيدة المرتبطة بشكل كبير بما بعد Tx AKI (P =0. 003، R=- 0.36) (الشكل 4 هـ). لذلك ، تم اختيار وحدة miRNA الزرقاء التي تتكون من 76 miRNAs كوحدة miRNA رئيسية للتحليل اللاحق. يتم توفير معلومات مفصلة عن هذه miRNAs في ملف إضافي 11: الجدول S2.

شبكة MiRNA-miRNA وتحليل الإثراء الوظيفي في وحدة miRNA الزرقاء

كما هو مبين في الشكل 5 أ ، كان معامل الارتباط بين MM مقابل GS في وحدة miRNA الزرقاء هو 0 .32 مع P =5. 8e − 5. أظهرت شبكة التفاعل لوحدة miRNAs أنه تم تحديد 17 miRNAs محوريًا في وحدة miRNA الزرقاء (الشكل 5 ب). لمزيد من استكشاف الأدوار البيولوجية لل miRNAs في هذه الوحدة ، تم استخدام الجينات المستهدفة لهذه miRNAs لإجراء تحليل التخصيب الوظيفي. تظهر نتائج شرح الوظيفة في الشكل 5c-e ، مما يشير إلى أن miRNAs لوحدة miRNA الزرقاء كانت مرتبطة بشكل كبير بشروط GO الخاصة بوساطة GTPase الصغيرة ، وتطور الغدة ، ونشاط منظم النسخ ، وتقاطع الالتصاق ، وكذلك عناصر KEGG لمسار إشارات MAPK وعدوى فيروس ابيضاض الدم في الخلايا التائية البشرية 1.

Detailed information of differentially expressed miRNAs (defined by log2 fold change>0. 1 و p-value<0.05 when="" comparing="" their="" expression="" in="" post-tx="" aki="" group="" to="" that="" in="" zero-hour="" aki="" group)="" in="" the="" blue="" module="" is="" provided="" in="" additional="" file="" 6:="" figure="">

يخدعالتمدد من تنظيمي ميرنا - مرنا شبكة الاتصال in poشارع-TX AKI

تم استخدام الجينات و miRNAs التي شكلت ، على التوالي ، الوحدات الرئيسية ووحدة miRNA الرئيسية لتوليد شبكة miRNA-mRNA التنظيمية. تم الحصول على إجمالي 1 0 48 زوجًا متوقعًا من miRNA-mRNA في فئة ثقة عالية من miRDIP v4.1 واستخدمت لإنشاء شبكة بواسطة Cytoscape (ملف إضافي 7: الشكل S7). تم توضيح التعليق التوضيحي الوظيفي لـ mRNAs في هذه الشبكة في ملف إضافي 8: الشكل S8 ، مما يشير إلى أن هذه mRNAs كانت متورطة بشكل أساسي في التصاق الركيزة الخلوية ، وتطوير الجهاز البولي التناسلي ، وربط الهيبارين ، وربط الكولاجين ، ومسار إشارات AGE-RAGE في مرضى السكري المضاعفات ، وكذلك مسار إشارات PI3K – Akt. بعد ذلك ، للحصول على الشبكة التي قد تمارس أدوارًا رئيسية في التسبب في حدوث ما بعد Tx AKI ، اخترنا أزواج miRNA-mRNA بثقة أكثر من 0. 2 لإنشاء شبكة تنظيمية miRNA-mRNA (الشكل 6). تتألف شبكة miRNA-mRNA التنظيمية من 82 عقدة (48 mRNAs و 34 miRNAs) و 125 حافة. بعد تحليل الشبكة ، وجدنا miR -203 a -3 p و miR -205-5 p و ERBB4 بدرجات عقد أعلى مقارنة بالعقد الأخرى ، وتم توفير تفاصيل القياس الكمي في ملف إضافي 12 : الجدول S3. كشفت عشرة تحليلات وظيفية أن إجمالي 48 mRNAs قد تم إثرائه بشكل أساسي في GO من حيث تشكل الأنبوب الظهاري ، وتطور النيفرون ، وتطوير الجهاز البولي التناسلي ، ومستقبلات بروتين كيناز عبر الغشاء (الشكل 7 أ-ج). لم تكن هناك مسارات KEGG مخصبة بشكل كبير لأن قيم p كانت أكبر من 0.05 (الشكل 7 د). من أجل التحقق المتقاطع ، قمنا بمقارنة نتائجنا الحالية المسترجعة من قاعدة بيانات miRDIP بتلك الموجودة في قاعدة بيانات miRNet. إجمالاً ، تم تحديد 75699 زوجًا من mRNA-mRNA بالدقيقة ، وكان هناك تقاطع من 117 زوجًا من mRNA-mRNA بين نتائج قاعدة بيانات miRNet وقاعدة بيانات miRDIP. يتم تصور الشبكة التنظيمية المقابلة في ملف إضافي 9: الشكل S9B. أظهرت تحليلات التخصيب لأزواج 117 miRNA-mRNA أنهم شاركوا بشكل أساسي في التنظيم السلبي لتنظيم المكون الخلوي ، والاستجابة لمادة عضوية في فئة GO-BP ؛ عامل بدء الترجمة حقيقية النواة 4F المركب ، والجسم النووي في فئة GO-CC ؛ نشاط مستقبل SNAP ، ارتباط مركب البروتين ، نشاط بروتين فوسفاتيز التيروزين تحت فئة GO-MF ، بالإضافة إلى مسارات KEGG المرتبطة بإشارات سرطان الخلايا الكلوية ، وإشارات البرولاكتين ، واستجابة الإجهاد التأكسدي بوساطة NFR 2-. نظرًا لأن نتائج الإثراء الوظيفية المذكورة أعلاه كانت تستند إلى أزواج miRNA-mRNA التي تنبأت بها كل من قواعد بيانات miRNet و miRDIP ، فقد تكون أكثر تمثيلا للآليات اللاجينية الكامنة وراء Tx AKI.

مناقشة

يعتبر ما بعد Tx AKI من المضاعفات الشائعة بعد جراحة الزرع ، والتي تتميز بانخفاض سريع في وظائف الكلى وارتفاع معدل الوفيات [19]. يعد فهم أفضل وقت للتشخيص المبكر والتدخل في مرحلة ما بعد Tx AKI أمرًا صعبًا بسبب عدم وجود مؤشرات محددة للتنبؤ المبكر وتقييم الدرجات ومراقبة الفعالية. للتغلب على مثل هذه المشكلات ، يعد استكشاف الآليات المرضية والعلامات الحيوية المحتملة لما بعد Tx AKI أمرًا بالغ الأهمية. في عام 2014 ، Wilfingseder et al. أجرى تحليل ميكروأري ميرنا و mRNA على أساس عينة خزعة زرع الكلى مع AKI وحدد كذلك التوقيع الجزيئي الخاص بـ AKI باستخدام تحليلات التعبير الجيني التفاضلي (DEA) [20]. ومع ذلك ، يمكن لـ DEA بسهولة استبعاد بعض الجينات المهمة التي يتغير مستوى التعبير عنها قليلاً ، ولكنها تلعب دورًا مهمًا في الأمراض. إلى جانب ذلك ، من الصعب تأكيد ما إذا كانت mRNAs و miRNA المعبر عنها تفاضليًا في خزعة ما بعد Tx بين التحكم و AKI كانت مرتبطة بما بعد Tx AKI نظرًا لحقيقة أن Tx قد يؤدي أيضًا إلى التعبير غير الطبيعي لبعض الجينات. أظهرت الدراسات المتزايدة أن بدء جميع الأمراض وتطورها لا يمكن تنظيمه بواسطة عدد قليل من الجينات ، بل شبكة من الحمض النووي الريبي المتعدد [21 ، 22]. وبالتالي ، قد يكون بناء شبكة تنظيمية للحمض النووي الريبي استراتيجية واعدة لفهم تطور المرض وإنشاء علاج جديد [23]. كنهج قوي للمعلوماتية الحيوية ، تمتلك WGCNA القدرة على تعزيز شبكات الارتباط البسيطة عن طريق تحديد الارتباطات بين أزواج الجينات الفردية ، وكذلك مدى مشاركة هذه الجينات في نفس الجيران [24]. لا يشمل WGCNA الجينات المعبر عنها تفاضليًا فحسب ، بل يشمل أيضًا الجينات التي لا يتم التعبير عنها بشكل تفاضلي بشكل كبير ولكنها لا تزال وسيطًا رئيسيًا لصفات إكلينيكية معينة. في السنوات الأخيرة ، تم تطبيق WGCNA في مجموعة متنوعة من البشر

أبحاث الأمراض لفحص المؤشرات الحيوية وتوضيح الآليات الجزيئية الكامنة وراء تطور المرض [25 ، 26].

في الدراسة الحالية ، بناءً على مجموعات بيانات mRNA و miRNA microarray ، تم تحديد ثلاث وحدات مرتبطة بشكل كبير بـ AKI بعد الزرع باستخدام WGCNA. أظهرت وحدة Te tan التي تحتوي على 55 mRNAs ارتباطًا سلبيًا بشكل ملحوظ مع AKI بعد Tx. ذكرت دراسات متعددة أن التركيز العالي من FA يمكن أن ينتج نخرًا أنبوبيًا حادًا مثل توليد بلورات FA في الأنابيب الكلوية ، مما يؤدي إلى الفشل الكلوي [27 ، 28]. شاركت Te mRNAs في وحدة tan بشكل أساسي في مسار التخليق الحيوي FA ، مما يشير إلى أن هذا المسار يفسر تطوير AKI بعد Tx. بعد ذلك ، نظرًا لأن الوحدة الأكثر ارتباطًا بشكل إيجابي بما بعد Tx AKI ، كانت الوحدة السوداء تتكون من 80 mRNAs. والجدير بالذكر أن العناصر الأكثر إثراءً في الوحدة السوداء mRNAs في تحليل GO كانت مرتبطة بشكل أساسي بوظائف الكلى مثلالكلىتطوير وتطوير النيفرون ، مما يؤكد الارتباط العالي لهذه الوحدة مع ما بعد Tx AKI. أشارت دراسة سابقة إلى أن سلسلة كيناز المنظمة خارج الخلية (ERK) تلعب دورًا أساسيًا في تنشيط آليات الإصلاح التعويضية أثناءالكلىإصابة[29]. أظهرت دراستنا أن وحدات mRNAs ذات الوحدة السوداء قد تم إثرائها بشكل كبير في وظائف سلسلة ERK1 / 2. إلى جانب ذلك ، أشارت نتائج تحليل مسار KEGG إلى أن هذه الرنا المرسال كانت مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بمسار إشارات MAPK ومسار إشارات Ras. تم توثيقه إلى حد كبير أن مسار MAPK يمارس دورًا رئيسيًا في AKI من خلال تنظيم الالتهاب الكلوي ، والإصابة الأنبوبية ، وموت الخلايا [30-32]. من المقبول عالميًا أن مسار MAPK / ERK هو جزيء إشارة في اتجاه مجرى النهر في مسار إشارات Ras [33]. أظهرت النتائج المذكورة أعلاه أن التعبير غير الطبيعي لبعض الجينات يؤدي إلى الإصابة بالـ AKI من خلال تنظيم التخليق الحيوي لـ FA ، ومسار إشارات MAPK ، ومسار إشارات Ras للتأثير على التطور الكلوي بعدالكلىالزرع.

أكدت الأدلة التجريبية المتزايدة أن بعض الجزيئات الدقيقة لها أدوار حاسمة في اكتشاف وتطور وتدخل القصور الكلوي الحاد [34]. عمروش وآخرون أظهر أن miR -146 لها دور مهم في الاستجابة الأنبوبية الكلوية ، والتي يمكن أن يحد تنظيمها من تطور القصور الكلوي الحاد [35]. أثبتت دراسة سابقة أنه يمكن استخدام miR البولي -21 كمؤشر حيوي للتنبؤ بتطور القصور الكلوي الحاد بعد جراحة القلب [36]. نظرًا لأن وحدة miRNA الوحيدة المرتبطة بشكل كبير بـ post-Tx AKI في هذه الدراسة ، كانت وحدة miRNA الزرقاء التي تحتوي على 151 miRNAs مرتبطة سلبًا بـ post-Tx AKI. لقد تم الاعتراف على نطاق واسع بأن miRNAs يمكنها تنظيم التعبير عن جيناتها المستهدفة في المراحل النهائية لممارسة الوظائف البيولوجية. وفقًا لذلك ، توقعنا أهداف هذه miRNAs باستخدام "miRNAtap" و "multiMiR" لإجراء شرح وظيفي. وتجدر الإشارة إلى أن أهداف الوحدة الرئيسية miRNAs تم إثرائها أيضًا بشكل أساسي في مسار إشارات MAPK ، مما أكد أيضًا الدور الحاسم لمسار MAPK في عملية ما بعد Tx AKI.

علاوة على ذلك ، من الضروري تحديد شبكة miRNA-mRNA التنظيمية التي يُحتمل أن تشارك في التسبب في حدوث ما بعد Tx AKI حيث لا يمكن للجينات ولا miRNAs تنظيم تطوير AKI بعد Tx بشكل مستقل. ركزت غالبية الدراسات السابقة فقط على miRNAs أو الجينات لتوضيح آلية AKI. باستخدام أدوات المعلوماتية الحيوية ، أنشأنا أخيرًا شبكة mRNA-mRNA التنظيمية لما بعد Tx AKI ، والتي كانت تتألف من 48 mRNAs و 34 miR NAs. من بين هذه العقد الـ 82 ، أظهرت miR -203 a -3 p و miR -205-5 p و ERBB4 درجات عالية وقد تكون عُقدًا مركزية في الشبكة. تم التحقيق في آثار miR -205-5 p في أمراض الكلى سابقًا. شينا وآخرون. ذكرت أن مستوى التعبير عن miR -205-5 p كان مرتبطًا بشكل كبير وإيجابي مع شدة سرطان الكلى وتصلب الكلى الناتج عن ارتفاع ضغط الدم [37]. اقترحت دراسة تجريبية أجراها Sessa وزملاؤه أن miR -205-5 p يمكن أن يكون علامة بيولوجية جزيئية للضرر الكلوي [38]. لقد بحثت دراسات قليلة في أدوار miR -203 a -3 p و ERBB4 في تطوير AKI. تم توثيق أن ERBB4 يمكن أن يخفف الإهانات المؤكسدة للخلايا الجذعية الوسيطة القديمة عن طريق تقليل مستويات أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) [39]. من المعروف أن جميع الأعضاء المزروعة ستخضع لدرجة معينة من الإصابة بنقص التروية - ضخه بوساطة مستوى عالٍ من أنواع الأكسجين التفاعلية بعد الزرع ومن المحتمل أن تتطور إلى التهاب المفاصل الروماتويدي. لقد توقعنا أن ERBB4 يمارس أيضًا وظيفة تنظيم مستويات ROS في تطوير ما بعد Tx AKI. أظهر تحليل التخصيب Te GO للـ mRNAs في هذه الشبكة أن هذه الرنا المرسال قد تم إثرائها في العديد من الوظائف ذات الصلة بالتطور الكلوي. علاوة على ذلك ، أشار تحليل تخصيب KEGG إلى أن هذه الشبكة كانت تشارك بشكل أساسي في مجموعة من المسارات التي تمت دراستها جيدًا ، مثل مسار إشارات PI3K – Akt ، ومسار إشارات HIF -1 ، ومسار إشارات Ras ، ومسار إشارات MAPK. لقد ثبت أن معظم هذه المسارات لها دور حاسم في أمراض القصور الكلوي الحاد [30 ، 40 ، 41]. أثبتت هذه النتائج أن تحليلنا قد تم بشكل صحيح.

مجتمعة ، استخدمت دراستنا ، للمرة الأولى ، WGCNA جنبًا إلى جنب مع تحليل miRDIP v4.1 لتحديد التفاعلات الأكثر احتمالية بشكل شامل وإنشاء شبكة miRNA-mRNA تنظيمية مرتبطة باستجابة الزرع في AKI ، والتي قدمت إطارًا أوليًا وبعض جديد. نظرة ثاقبة لتوضيح الآلية الجزيئية لتطوير ما بعد Tx AKI. ومع ذلك ، ينبغي ذكر بعض قيود هذه الدراسة. أولاً ، تم تسجيل ثماني عينات فقط من خزعة AKI بعد Tx في الدراسة الحالية ، والتي لم تكن كافية لاستخلاص استنتاجات موثوقة تمامًا. ثانيًا ، تتطلب شبكة miRNA-mRNA التنظيمية مزيدًا من الدراسات في تجارب البيولوجيا السريرية والجزيئية للتحقق من صحتها. نظرًا لأنه من الصعب العثور على بيانات مؤهلة ، لم يتم تضمين أنواع أخرى من الحمض النووي الريبي ، مثل الحمض النووي الريبي الطويل غير المشفر (lncRNAs) والحمض النووي الريبي الدائري (الحلقات) ، مما قد يكون عيبًا في التوضيح الشامل للآلية الكامنة وراء Tx AKI تطوير.

فوائد cistanche الجذعية على وظائف الكلى

الاستنتاجات

نجحنا أولاً في إنشاء شبكة تنظيمية من نوع miRNA-mRNA مرتبطة بما بعد Tx AKI باستخدام تحليل المعلوماتية الحيوية. أشارت النتائج إلى أن اثنين من miRNAs (miR -203 a -3 p و miR -205-5 p) و ERBB4 قد يلعبان دورًا مركزيًا في مرحلة ما بعد Tx AKI ، والوظائف البيولوجية لـ miRNA التنظيمي تم إثراء شبكة –mRNA في الوظائف المتعلقة بالكلى / الكلى ومسارات إشارات PI3K – Akt / HIF -1 / Ras / MAPK. توفر هذه الدراسة منظورًا شاملاً للشبكات التنظيمية لزيادة فهم الآلية الجزيئية في مرحلة ما بعد Tx AKI. نأمل أن تكون الدراسة الحالية مفيدة لاكتشاف مؤشرات حيوية جديدة أو عقاقير علاجية لتعزيز القدرة على التنبؤ والتدخل المبكر وتقليل معدل وفيات القصور الكلوي الحاد بعد الزرع.

طُرق

تصميم الدراسة وجمع البيانات

يظهر التصميم العام لهذه الدراسة في ملف إضافي 1: الشكل S1. تم تنزيل جميع بيانات ميكروأري المؤهلة من قاعدة بيانات Gene Expression Omnibus (GEO) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/). مجموعة بيانات GSE53769 عبارة عن مجموعة بيانات تعبير mRNA تم إجراؤها باستخدام Affymetrix GeneChip® Human Gene 2. 0 ST Array؛ مجموعة بيانات GSE53771 هي مجموعة بيانات تعبير miRNA تم تحليلها بواسطة Affymetrix GeneChip® miRNA 3. 0 Array. تتألف مجموعتي البيانات هاتين من 18 عينة خزعة بعد ساعة الصفر و 18 عينة بعد الزرع (Tx) من 18 متلقيًا للطعم الخيفي للكلية (ثمانية مع نخر أنبوبي حاد دون رفض معرف على أنه AKI وعشرة خزعات بروتوكول بدون علم أمراض (PBX) محددة كعناصر تحكم) و تم تقديمها بواسطة Wilfingseder وزملائه [20]. تم تقسيم هذه العينات إلى أربع مجموعات ، وهي AKI بساعة الصفر ، و PBX بساعة الصفر ، و post-Tx AKI ، و post-Tx PBX. تم استخدام مجموعتي البيانات ، على التوالي ، لبناء شبكة التعبير المشترك ، حيث يمكن تحديد وحدات mRNA / miRNA الرئيسية المرتبطة بما بعد Tx AKI ، مما يسمح ببناء شبكة تنظيمية miRNA-mRNA تقود تقدم ما بعد Tx AKI .

بناء شبكات التعبير المشترك

WGCNA is a widely used method to construct co-expression networks that allow the discovery of gene modules, where coordinated expression patterns of the intra-module genes could be identified and related to external clinical phenotypes. In this way, the search for core disease regulators could be narrowed down and confined to the clinically significant modules [13]. Given the foregoing, WGCNA has greatly improved the efficacy of data mining; therefore, in this study, the R package "WGCNA" was utilized to construct co-expression networks based on the expression profiles of mRNAs and miRNAs, respectively. An optimal soft threshold power β, the minimum power parameter that satisfied the scale-free topology (as manifested by scale-free topology ft index>0. 85) ، تم تحديده أولاً. بعد ذلك ، تم إنشاء شبكة تعبير مشترك خالية من المقاييس بناءً على مصفوفة الجوار. تم الحصول على مصفوفة التقارب باستخدام الصيغة: Adjacencyk، j=cork، j- ، حيث تتوافق k و j مع جينين تعسفيين ويتم استخدام the للتأكيد على التشابه القوي بين k و j ، مما يضمن أن أزواج الجينات ذات التشابه المنخفض سيتم حذفها أثناء تعيين الوحدة. عشرة ، تم تحويل مصفوفة الجوار إلى مصفوفة تداخل طوبولوجي (TOM). باستخدام مقياس الاختلاف المستند إلى TOM ، تم إنشاء مخطط شجرة الجينات بواسطة متوسط ​​التجميع الهرمي للربط ، وتم تجميع الجينات ذات أنماط التعبير المماثلة في وحدات مختلفة (تم تعيين الحد الأدنى لحجم الوحدة على 30).

cistanche هيربايمكن أن يعالجالكلىمرضتحسنوظيفة الكلى

تحديد وحدات الارتباط المهمة

تم استخدام الوحدة النمطية eigengenes (MEs) ، التي تلخص أنماط التعبير الجيني كملف تعريف تعبير مميز واحد داخل وحدة نمطية معينة ، لتقييم الارتباط المحتمل للجينات بسمات مختلفة لتحديد أهمية كل وحدة نمطية. تمثل الأهمية الجينية (GS) الارتباط بين الجينات والسمات السريرية المختلفة ، وتم تعريف متوسط ​​GS لجميع الجينات في الوحدة النمطية على أنه أهمية الوحدة (MS) ، معبرًا عنها بـ MS {0}} ni {0} {2}} GSi (عدد=الجينات داخل الوحدة النمطية). بعد حساب ارتباط بيرسون بين MEs والسمات السريرية ، تم تعريف الوحدات ذات أعلى R موجب أو أدنى سلبي (معامل الارتباط) مع ما بعد Tx AKI مع ارتباط قيم p بقيمة 0.05 كوحدات نمطية رئيسية. لقد اتبعنا سير العمل القياسي الذي أوصى به مؤلفو WGCNA [13] ، ولم يتم إجراء تصحيح القيمة p للاختبار المتعدد نظرًا لأن معامل Pearson R والقيمة p للارتباط كافيان لاختيار الوحدة النمطية الهامة [13]. أشارت شدة اللون في خريطة الحرارة إلى قوة الارتباط. لدراسة وحدة رئيسية بشكل أفضل ، تم تحليل ارتباط جينات الوحدة وتم تصور شبكة التفاعل بين الجينات بواسطة محلل الشبكة Cytoscape v3.7.2 [42]. في هذه الشبكة ، كانت الجينات ذات الدرجة العالية ، والتي تحتوي على عقد شديدة الترابط في الوحدة ، تعتبر جينات مركزية. تم الكشف عن جينات المحور هذه عن طريق إجراء التحليل باستخدام المكون الإضافي MCODE في Cytoscape.

يكررgulatory miRغير متوفر–mRغير متوفر شمال شرقtwork cعلىsآرuctiعلى

باستخدام أداة miRDIP v4.1 عبر الإنترنت ، تم الحصول على التفاعلات بين جينات الوحدة و miRNAs. عشرة ، تم اختيار أزواج miRNA-mRNA ذات الثقة العالية في التنبؤ لبناء شبكة تنظيمية لـ miRNA-mRNA باستخدام Cytoscape v3.7.2. للتحقق من صحة النتائج التي توصلنا إليها ، تم أيضًا استرداد تفاعلات miRNA-mRNA من قاعدة بيانات miRNet.

Fالأمم المتحدةctiعلىl enrichment آناlysis

لفهم الوظائف المحتملة للجينات المحددة ، تم إجراء تحليل إثراء علم الجينات (GO) وتحليل مسار موسوعة كيوتو للجينات والجينوم (KEGG) باستخدام حزمة R "بكرة عنقودية" [44] ؛ في بعض الحالات (ملف إضافي 4: S4A ، ملف إضافي 5: S5A ، ملف إضافي 6: S6A وملف إضافي 9: S9C) ، تم تشغيل وظيفة TCGAanalyze _ EAcomplete في مكتبة TCGAbiolinks. في هذه الدراسة ، تم تعديل نتائج مصطلحات GO ومسارات KEGG مع تعديل Benjamini-Hochberg (BH)P-قيم<0.05 were="" considered="" to="" be="" significantly="">

يمنع Cistanche tubulosa أمراض الكلى ، انقر هنا للحصول على العينة

حكمnces

1. أبو جودة بي جي ، غوفيل أ. إصابة الكلى الحادة في وضع الزرع: التشخيص التفريقي وتأثيرها على الصحة والرعاية الصحية. أدف الكلى المزمنة ديس. 2017 ؛ 24 (4): 228–32.

2. Cooke WR، Hemmilä UK، Craik AL، Mandula CJ، Mvula P، Msusa A، et al. وقوع ، ومسببات ونتائج إصابة الكلى الحادة المرتبطة بالتوليد في ملاوي: دراسة قائمة على الملاحظة مستقبلية. نيفرول BMC. 2018 ؛ 19 (1): 25.

3. Solé C ، Pose E ، Solà E ، جينيس P. متلازمة الكبد في عصر إصابة الكلى الحادة. Int الكبد من J Int Assoc دراسة الكبد. 2018 ؛ 38 (11): 1891-901.

4. Ostermann M، Liu K. الفيزيولوجيا المرضية لـ AKI. أفضل الممارسات Res Clin Anaes‑ التربة. 2017 ؛ 31 (3): 305-14.

5. Saliminejad K، Khorram Khorshid HR، Soleymani Fard S، Ghafari SH. نظرة عامة على microRNAs: علم الأحياء والوظائف والعلاجات وطرق التحليل. J خلية فيسيول. 2019 ؛ 234 (5): 5451-65.

6. فريدمان آر سي ، فرح ك ك ، بورج سي بي ، بارتيل دي بي. معظم mRNAs الثدييات هي أهداف محفوظة للـ microRNAs. الدقة الجينوم. 2009 ؛ 19 (1): 92-105.

7. Pan X و Wenzel A و Jensen LJ و Gorodkin J. بلوس واحد. 2018 ؛ 13 (8): e0202369.

8. Chen B ، Hua Z ، Qin X ، Li Z. دمج ميكروأري لتحديد محور miRNAs وإنشاء شبكة miRNA‑ mRNA في الورم الأرومي العصبي عن طريق تحليل المعلومات الحيوية. نيوروتشيم الدقة. 2020.

9. Liu HM و Huang Y و Li L و Zhang Y و Cong X و Wu LL وآخرون. ملفات تعريف تعبير MicroRNA‑ mRNA والشبكة الوظيفية للغدة تحت الفك السفلي في الفئران المصابة بداء السكري من النوع 2 ديسيبل / ديسيبل. قوس أورال بيول. 2020 ؛ 120: 104947.

10. Iwuchukwu I و Nguyen D و Beavers M و Tran V و Sulaiman W و Fannin E et al. شبكة تنظيم MicroRNA كعلامات حيوية للنوبات المتأخرة في المرضى الذين يعانون من نزيف داخل المخ. مول نيوروبيول. 2020 ؛ 57 (5): 2346–57.

11. فان زونيفيلد ايه جيه ، رابيلينك تي جيه ، بيكيرك آر ميرنا ، شبكات منسقة كأهداف علاجية واعدة لإصابة الكلى الحادة. أنا J باتول. 2017 ؛ 187 (1): 20-4.

12. Wu J، Li DD، Li JY، Yin YC، Li PC، Qiu L، et al. تحديد شبكات microRNA‑ mRNA المشاركة في إصابة الخلايا الظهارية الأنبوبية الكلوية التي يسببها سيسبلاتين. فارماكول Eur J. 2019 ؛ 851: 1-12.

13. Langfelder P، Horvath S. WGCNA: حزمة R لتحليل شبكة الارتباط الموزون. BMC Bioinform. 2008 ؛ 9: 559.

14. Zhang X ، Bai J ، Yuan C ، Long L ، Zheng Z ، Wang Q ، et al. تحليل المعلوماتية الحيوية وتحديد الجينات المحتملة ذات الصلة بإحداث الأورام داخل عنق الرحم داخل الظهارة. ي السرطان. 2020 ؛ 11 (8): 2150-7.

15. Li J ، Lu L ، Zhang YH ، Xu Y ، Liu M ، Feng K ، وآخرون. تحديد تواقيع التعبير عن الخلايا الجذعية لسرطان الدم من خلال استراتيجية اختيار ميزة مونت كارلو وآلة ناقلات الدعم. هناك جين السرطان. 2020 ؛ 27 (1-2): 56-69.

16. Pan X و Zeng T و Yuan F و Zhang YH و Chen L و Zhu L et al. فحص توقيع الميثلة والوظائف الجينية المرتبطة بالأنواع الفرعية من الأورام الدبقية الطفرة إيزوسيترات ديهيدروجينيز. الجبهة Bioeng Biotechnol. 2019 ؛ 7: 339.

17. شين إم ، سونغ زد ، وانغ ج. ترتبط ملامح microRNA و mRNA في اللوزة بالاكتئاب الناجم عن الإجهاد والمرونة في الفئران الأحداث. علم الادوية النفسية. 2019 ؛ 236 (7): 2119–42.

18. An T، Song Z، Wang JH. الآلية الجزيئية للعلاج بالمكافأة تخفف من الإجهاد المزمن الناجم عن السلوك الشبيه بالاكتئاب الذي يتم تقييمه من خلال تسلسل ميرنا و mRNA في قشرة الفص الجبهي الإنسي. Biochem Biophys Res Commun. 2020 ؛ 528 (3): 520-7.

19. Zuk A، Bonventre JV. إصابة الكلى الحاد. Annu Rev Med. 2016 ؛ 67: 293-307.

20. Wilfingseder J ، Sunzenauer J ، Toronyi E ، Heinzel A ، Kainz A ، Mayer B ، et al. التسبب الجزيئي لإصابة الكلى الحادة بعد الزرع: تقييم الملامح الكاملة للجينوم mRNA و miRNA. بلوس واحد. 2014 ؛ 9 (8): e104164 ‑ e.