Una xarxa reguladora MiRNA-mRNA està associada amb la resposta al trasplantament en la lesió renal aguda
Mar 21, 2022
Duan Guo1,2†, Yu Fan3†, Ji-Rong Yue4*i Tao Lin3*
Contacte:joanna.jia@wecistanche.com
Resum
Antecedents:Agutronyólesió(AKI) és una complicació potencialment mortal que es caracteritza per una disminució ràpida de la funció renal, que es produeix amb freqüència després de la cirurgia de trasplantament. No obstant això, encara es desconeix el mecanisme molecular subjacent al desenvolupament de l'AKI post-trasplantament (post-Tx). Un nombre creixent d'estudis han demostrat que certs microARN (miRNAs) exerceixen funcions crucials en AKI. El present estudi pretenia dilucidar els mecanismes moleculars de l'AKI post-Tx mitjançant la construcció d'una xarxa reguladora de miRNA-mRNA.
Resultats:A partir de dos conjunts de dades (GSE53771 i GSE53769), es van identificar tres mòduls clau, que contenien 55 mRNAs, 76 mRNAs i 151 miRNAs, realitzant una anàlisi de xarxa de coexpressió gènica ponderada (WGCNA). La ment IP v4.1 es va aplicar per predir les interaccions dels mòduls clau d'ARNm i miRNA, i els parells miRNA-mRNA amb la confiança de més de 0.2 van ser seleccionats per construir una xarxa reguladora de miRNA-mRNA per Cytoscape . La xarxa miRNA-mRNA constava de 82 nodes (48 mRNAs i 34 miRNAs) i 125 vores. Dos miRNA (miR-203a-3p i miR{-205-5p) i ERBB4 amb graus de nodes més alts en comparació amb altres nodes poden tenir un paper central en l'AKI post-Tx. A més, l'anàlisi de la via de l'Ontologia gènica (GO) i l'Enciclopèdia de Gens i Genomes de Kyoto (KEGG) van indicar que aquesta xarxa estava principalment implicada enronyó-/funcions relacionades amb els renals i vies de senyalització PI3K–Akt/HIF-1/Ras/MAPK.
Conclusió:Hem construït una xarxa reguladora de miRNA-mRNA per proporcionar noves idees sobre el desenvolupament d'AKI post-Tx, que podria ajudar a descobrir nous biomarcadors o fàrmacs terapèutics per millorar la capacitat de predicció i intervenció primerenca i disminuir la taxa de mortalitat d'AKI després del trasplantament.
Paraules clau: Agutronyólesió, Trasplantament renal, WGCNA, xarxa miRNA–mRNA
propietats de cistancheperronyó
Fons
Com a tipus de malaltia clínica crítica amb pèrdua ràpida de la funció renal i alta mortalitat,agutronyólesió(AKI) es produeix habitualment en receptors de trasplantament, cosa que pot provocar un fracàs i la mort del trasplantament [1]. El diagnòstic i el tractament oportuns són crucials per millorar el pronòstic dels pacients amb AKI, però actualment es veuen impedits per la manca d'indicadors específics per a la predicció precoç, l'avaluació graduada i el seguiment de l'efecte curatiu. Atès que l'AKI és la malaltia crítica més freqüent en camps multidisciplinaris, en les últimes dècades s'han informat un nombre creixent d'estudis sobre AKI [2–4]. Tanmateix, la patogènesi de l'AKI encara no està clara.
Un microARN (miRNA) és una mena de petit ARN no codificant que conté aproximadament 22 nucleòtids, que pot unir-se al 3′-UTR dels ARNm objectiu a nivell post-transcripcional per exercir diverses funcions fisiopatològiques i fisiopatològiques importants a les cèl·lules [5]. ]. Es va informar que els miRNAs són capaços de regular una varietat d'ARNm de mamífers [6], mentre que un únic ARNm podria ser objectiu per un gran grup de miRNAs, demostrant que el paper dels miRNA en la regulació gènica hauria de ser interpretat per xarxes complexes [7]. En els darrers anys, els estudis sobre la xarxa ARNm-miRNA han augmentat de manera exponencial, ja que es creu que ajuda a descobrir el mecanisme molecular de diverses malalties, que inclouen el neuroblastoma [8], la diabetis tipus 2 [9] i l'hemorràgia intracerebral espontània [10]. Estudis recents han trobat que els canvis en l'expressió d'ARNm i miRNA afectarien la proliferació i l'apoptosi de les cèl·lules renals, que estan relacionades amb l'aparició i desenvolupament d'AKI [11, 12]. No obstant això, hi ha poques dades publicades sobre la xarxa potencial d'ARNm i miRNA en AKI després del trasplantament.
A l'era de la medicina de precisió, les dades de seqüenciació d'alt rendiment combinades amb una anàlisi bioinformàtica eficaç poden identificar possibles gens objectiu i mecanismes que contribueixen al progrés de l'AKI. L'anàlisi de xarxes de coexpressió gènica ponderada (WGCNA) és un mètode àmpliament utilitzat per trobar els reguladors bàsics de les malalties, ja que té la capacitat d'agrupar gens amb patrons d'expressió similars en mòduls (on es troben habitualment reguladors bàsics) i analitzar la relació. entre mòduls i trets o fenotips específics [13]. En un estudi recentment publicat de neoplàsia intraepitelial cervical (CIN), es va realitzar WGCNA per identificar sis mòduls associats a la malaltia, a partir dels quals es van examinar 31 gens candidats per al tractament de CIN [14]. L'anàlisi bioinformàtica no només millora l'eficiència de la investigació sobre funcions biològiques, sinó que també proporciona informació fiable per explorar mecanismes moleculars [15, 16]. A partir dels grans conjunts de dades dels perfils d'expressió d'ARNm i miRNA en el mateix pacient, l'exploració de la xarxa reguladora miRNA-mRNA podria ajudar a dilucidar els mecanismes moleculars de les malalties [17, 18].
En aquest estudi, els conjunts de dades d'expressió GSE53769 (mRNA) i GSE53771 (miRNA) van ser sotmesos, respectivament, a WGCNA per identificar mòduls clau associats amb AKI post-Tx. A continuació, es va construir una xarxa reguladora de miRNA-mRNA per aclarir els mecanismes epigenètics subjacents a la progressió de l'AKI post-Tx, proporcionant així una possible direcció per a futures investigacions clíniques.
Resultats
Identificació de mòduls clau relacionats amb l'AKI post-Tx basat en el conjunt de dades GSE53769
Segons els algorismes de correlació i vinculació mitjana de Pearson, es van agrupar 36 mostres i el dendrograma de mostra i el mapa de calor de trets es mostren a la figura 1a; vam trobar que GSM1300317 (que pertany al grup PBX post-Tx) estava agrupat sol i podria ser un valor atípic potencial. Per tant, es va utilitzar la trama at-SNE (incrustació de veïns estocàstics distribuïts en t) per assegurar-se que aquesta mostra no afectarà les anàlisis posteriors. Com es mostra al fitxer addicional 2: figura S2, no hi havia cap valor atípic evident després de la reducció de la dimensió i, per tant, vam procedir amb el WGCNA. Com es mostra a la figura 1b, es va seleccionar la potència de llindar suau de 9 per garantir el caràcter sense escala de la xarxa de coexpressió gènica (figura 1b). L'histograma de la connectivitat de la xarxa i la trama de registre corresponent es mostren al fitxer addicional 3: figura S3A-B; l'R2 era 0,89, cosa que indica que es va satisfer una topologia aproximada sense escala. A l'arxiu addicional 10: Taula S1 es proporciona informació detallada dels índexs ft de llindar suau, inclosos k, R2 i R2 ajustat. Deu, mitjançant l'agrupament jeràrquic d'enllaç mitjà, es van dividir en mòduls gens amb patrons d'expressió similars (Fig. 1c). Per distingir millor els mòduls amb diferents patrons d'expressió, a cada mòdul se li van assignar colors diferents. Com es mostra a la figura 1d, es va construir un dendrograma de agrupació de mòduls que va generar un total de 18 mòduls. El mòdul gris contenia els gens que no es poden assignar als altres 17 mòduls. A la figura 1e es mostra un mapa de calor que descriu la correlació entre els trets clínics i els mòduls. Entre aquests mòduls, el mòdul negre va mostrar la correlació positiva més alta amb l'AKI post-Tx (P=0.002, R{=0.5), mentre que el mòdul marró va mostrar la correlació negativa més forta amb post-Tx. AKI (P=4e−05, R= -0,63). Així, aquests dos mòduls van ser seleccionats com a mòduls clau. Les assignacions d'ARNm en mòduls negres i marrons es proporcionen al fitxer addicional 11: taula S2.
Xarxa gen-gen i anàlisi d'enriquiment funcional en els mòduls negre i marró
Tal com es mostra a la figura 2a, el coeficient de correlació de pertinença al mòdul (MM) vs. significació gènica (GS) al mòdul negre era 0.57 amb P=5.5e−38. Es van identificar un total de 14 gens hub al mòdul negre, que incloïa CLIC5, PCOLCE2, NDNF, ESRP1, ENPEP, RASAL2, SLIT2, PSAT1, NOX4, GDA, CNTN3, CFAPP221, CA2 i ZNF311 (Fig. 2b). Deu, es va realitzar l'anàlisi d'enriquiment de la via GO i KEGG als gens del mòdul negre. Com es mostra a la figura 2c, hem trobat que els termes GO més enriquits a la categoria de procés biològic (GO-BP) erenronyódesenvolupament, desenvolupament del sistema renal i regulació de la cascada ERK1/2. Els termes GO més enriquits a les altres categories (GO-CC i GO-MF) van ser la part apical de la unió de la cèl·lula i la molècula d'adhesió cel·lular (Fig. 2d, e). Per a l'anàlisi de la via KEGG, aquests gens es van enriquir principalment en vies de senyalització MAPK i Raq1 (Fig. 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 i valor p<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,="">
Identificació de mòduls clau relacionats amb l'AKI post-Tx basat en el conjunt de dades GSE53771
Per explorar els papers del miRNA en l'AKI post-Tx, també hem realitzat WGCNA per a miRNA basat en el conjunt de dades GSE53771. Els passos de construcció de la xarxa de coexpressió dels miRNAs eren similars als dels ARNm. El dendrograma de mostra i el mapa de calor de trets es mostren a la figura 4a. Per garantir una xarxa sense escala, la potència del llindar suau es va establir com a 6 (Fig. 4b). L'histograma de la connectivitat de la xarxa i el gràfic de registre corresponent es mostren al fitxer addicional 3: figura S3C-D; l'R2 era 0.98, cosa que indica que es va satisfer una topologia aproximada sense escala. Al fitxer addicional 10: taula S1 es proporciona informació detallada dels índexs ft de llindar suau, inclosos k, R2 i R2 ajustat. Es van identificar un total de tres mòduls de miRNA, que eren independents entre si (Fig. 4c, d). Deu, es va analitzar la correlació dels mòduls de miRNA amb trets clínics, i el resultat va mostrar que el mòdul de miRNA blau era l'únic mòdul correlacionat significativament amb AKI post-Tx (P=0.003, R= - 0,36) (Fig. 4e). Per tant, es va triar el mòdul de miRNA blau que constava de 76 miRNAs com a mòdul clau de miRNA per a l'anàlisi posterior. La informació detallada sobre aquests miRNA es proporciona al fitxer addicional 11: taula S2.
Xarxa MiRNA-miRNA i anàlisi d'enriquiment funcional al mòdul blau de miRNA
Com es mostra a la figura 5a, el coeficient de correlació de MM versus GS al mòdul de miRNA blau era 0.32 amb P=5.8e−5. La xarxa d'interacció dels miRNAs del mòdul va mostrar que es van identificar 17 miRNAs de concentrador al mòdul de miRNA blau (Fig. 5b). Per explorar encara més els papers biològics dels miRNAs en aquest mòdul, els gens objectiu d'aquests miRNAs es van utilitzar per realitzar anàlisis d'enriquiment funcional. Els resultats de l'anotació de funcions es mostren a la figura 5c–e, cosa que suggereix que els miRNAs del mòdul de miRNA blau estaven associats significativament amb els termes GO de transducció petita mediada per GTPasa, desenvolupament de glàndules, activitat del coregulador de transcripció i unió adherent, així com la Elements KEGG de la via de senyalització MAPK i infecció pel virus 1 de la leucèmia de cèl·lules T humanes.
Detailed information of differentially expressed miRNAs (defined by log2 fold change>0.1 i valor p<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="">
Conconstrucció de reguladora miRNA-mRNA xarxa in post-Tx AKI
Els gens i els miRNAs que, respectivament, van formar els mòduls clau i el mòdul clau miRNA es van utilitzar per generar la xarxa reguladora miRNA-mRNA. A partir de miRDIP v4.1 es van obtenir un total d'1048 parells de miRNA-mRNA predits en classe de confiança alta i es van utilitzar per construir una xarxa per Cytoscape (fitxer addicional 7: figura S7). L'anotació funcional dels ARNm en aquesta xarxa es mostra a l'arxiu addicional 8: figura S8, que indica que aquests ARNm estaven implicats principalment en l'adhesió cel·lular-substrat, desenvolupament del sistema urogenital, unió a l'heparina, unió al col·lagen, via de senyalització AGE-RAGE en diabètics. complicacions, així com la via de senyalització PI3K-Akt. Després, per obtenir la xarxa que pot exercir un paper clau en la patogènesi de l'AKI post-Tx, vam seleccionar els parells miRNA-mRNA amb la confiança de més de 0.2 per generar una xarxa reguladora miRNA-mRNA (Fig. . 6). La xarxa reguladora miRNA-mRNA estava formada per 82 nodes (48 mRNAs i 34 miRNAs) i 125 vores. Després d'analitzar la xarxa, hem trobat miR-203a-3p, miR-205-5p i ERBB4 amb graus de nodes més alts en comparació amb altres nodes, i els detalls de quantificació es proporcionen al fitxer addicional 12. : Taula S3. Deu anàlisis funcionals van revelar que el total de 48 ARNm es va enriquir principalment en termes de GO de morfogènesi del tub epitelial, desenvolupament de nefrones, desenvolupament del sistema urogenital i proteïna cinasa del receptor transmembrana (Fig. 7a-c). No hi havia vies KEGG significativament enriquides, ja que els seus valors p eren superiors a 0, 05 (Fig. 7d). Per a la validació creuada, vam comparar els nostres resultats actuals recuperats de la base de dades miRDIP amb els de la base de dades miRnet. En total, es van identificar 75.699 parells de miRNA-ARNm per minut, i hi va haver una intersecció de 117 parells de miRNA-mRNA entre els resultats de la base de dades miRnet i la base de dades miRDIP; la xarxa reguladora corresponent es visualitza a Fitxa addicional 9: Figura S9B. Les anàlisis d'enriquiment dels 117 parells miRNA-mRNA van demostrar que estaven predominantment implicats en la regulació negativa de l'organització dels components cel·lulars, resposta a una substància orgànica de la categoria GO-BP; complex 4F del factor d'inici de la traducció eucariota i cos nuclear a la categoria GO-CC; Activitat del receptor SNAP, unió al complex proteic, activitat de proteïna tirosina fosfatasa sota la categoria GO-MF, així com vies KEGG associades a la senyalització del carcinoma de cèl·lules renals, senyalització de prolactina i resposta a l'estrès oxidatiu mediada per NFR2-. Com que els resultats d'enriquiment funcional anteriors es basaven en parells miRNA-mRNA predits tant per les bases de dades miRNet com miRDIP, podrien ser més representatius dels mecanismes epigenètics subjacents a l'AKI post-Tx.
Discussió
L'AKI post-Tx és una complicació freqüent després de la cirurgia de trasplantament, que es caracteritza per un ràpid descens de la funció renal i una alta mortalitat [19]. Captar el millor moment per al diagnòstic precoç i la intervenció de l'IRA post-Tx és un repte a causa de la manca d'indicadors específics per a la predicció precoç, l'avaluació de la qualificació i el seguiment de l'eficàcia. Per superar aquests problemes, és crucial explorar els mecanismes patològics i els biomarcadors potencials de l'AKI post-Tx. El 2014, Wilfingseder et al. va realitzar una anàlisi de microarrays de miRNA i ARNm basat en un exemplar de biòpsia de trasplantament renal amb AKI i va identificar a més una signatura molecular específica d'AKI mitjançant anàlisis d'expressió gènica diferencial (DEA) [20]. Tanmateix, la DEA pot excloure fàcilment alguns gens importants el nivell d'expressió dels quals canvia poc, però tenen un paper crucial en les malalties. A més, és difícil confirmar si els ARNm i miRNA expressats de manera diferencial a la biòpsia post-Tx entre control i AKI estaven relacionats amb AKI post-Tx a causa del fet que Tx també podria provocar l'expressió anormal d'alguns gens. Els estudis creixents van demostrar que l'inici i la progressió de totes les malalties no podien ser regulades per uns quants gens, sinó per una xarxa de múltiples ARN [21, 22]. Així, construir una xarxa reguladora de l'ARN podria ser una estratègia prometedora per entendre el desenvolupament de malalties i establir una nova teràpia [23]. Com a enfocament bioinformàtic robust, WGCNA té la capacitat de millorar xarxes de correlació simples quantificant les correlacions entre parells individuals de gens, així com fins a quin punt aquests gens comparteixen els mateixos veïns [24]. WGCNA inclou no només gens expressats de manera diferencial, sinó també gens que no s'expressen de manera diferencial significativa però que segueixen sent un mediador clau de certs trets clínics. En els darrers anys, WGCNA s'ha aplicat en una àmplia gamma d'éssers humans
investigacions de malalties per cridar biomarcadors i aclarir els mecanismes moleculars subjacents al desenvolupament de la malaltia [25, 26].
En l'estudi actual, basat en els conjunts de dades de microarrays d'ARNm i miRNA, es van identificar tres mòduls que estaven significativament correlacionats amb AKI després del trasplantament mitjançant WGCNA. El mòdul Te tan que conté 55 ARNm va mostrar una correlació significativament negativa amb l'AKI post-Tx. Diversos estudis van informar que una alta concentració de FA podria produir necrosi tubular aguda com la generació de cristalls de FA als túbuls renals, donant lloc a insuficiència renal [27, 28]. Els ARNm del mòdul bronzejat estaven implicats principalment en la via de la biosíntesi de FA, cosa que suggereix que aquesta via explica el desenvolupament d'AKI post-Tx. A continuació, com el mòdul més relacionat positivament amb l'AKI post-Tx, el mòdul negre estava format per 80 ARNm. En particular, els elements més enriquits dels ARNm del mòdul negre en l'anàlisi GO es van relacionar principalment amb les funcions renals com araronyódesenvolupament i desenvolupament de nefrones, confirmant l'alta correlació d'aquest mòdul amb l'AKI post-Tx. Un estudi anterior va indicar que la cascada de cinasa regulada per senyal extracel·lular (ERK) té un paper fonamental en l'activació dels mecanismes de reparació compensatòria durantronyólesió[29]. El nostre estudi va demostrar que els ARNm del mòdul negre també es van enriquir significativament en les funcions de la cascada ERK1/2. A més, els resultats de l'anàlisi de la via KEGG van indicar que aquests ARNm estaven estretament relacionats amb la via de senyalització MAPK i la via de senyalització Ras. Està àmpliament documentat que la via MAPK exerceix un paper clau en l'AKI regulant la inflamació renal, la lesió tubular i la mort cel·lular [30–32]. S'accepta universalment que la via MAPK/ERK és una molècula de senyal aigües avall a la via de senyalització Ras [33]. Els resultats anteriors van revelar que l'expressió anormal d'alguns gens dóna lloc a AKI mitjançant la regulació de la biosíntesi de FA, la via de senyalització MAPK i la via de senyalització Ras per afectar el desenvolupament renal desprésronyótrasplantament.
L'augment de l'evidència experimental ha confirmat que certs miRNA tenen un paper crític en la detecció, progressió i intervenció de l'IRA [34]. Amrouche et al. va demostrar que miR-146a té un paper important en la resposta tubular renal, de la qual la regulació a l'alça podria limitar el desenvolupament d'AKI [35]. Un estudi anterior va demostrar que el miR-21 urinari es podria utilitzar com a biomarcador per predir el desenvolupament d'AKI després de la cirurgia cardíaca [36]. Com a únic mòdul de miRNA associat significativament amb l'AKI post-Tx en aquest estudi, el mòdul de miRNA blau que conté 151 miRNA es va correlacionar negativament amb l'AKI post-Tx. S'ha reconegut àmpliament que els miRNA poden regular l'expressió dels seus gens objectiu aigües avall per exercir funcions biològiques. En conseqüència, vam predir els objectius d'aquests miRNAs mitjançant "miRNAtap" i "multiMiR" per realitzar una anotació funcional. Cal assenyalar que els objectius dels miRNA del mòdul clau també es van enriquir principalment en la via de senyalització MAPK, la qual cosa va confirmar encara més el paper crucial de la via MAPK en el procés d'AKI post-Tx.
A més, és necessari identificar una xarxa reguladora de miRNA-mRNA que estigui potencialment implicada en la patogènesi de l'AKI post-Tx, ja que ni els gens ni els miRNA poden regular de manera independent el desenvolupament de l'AKI post-Tx. La majoria dels estudis anteriors s'han centrat únicament en miRNAs o gens per aclarir el mecanisme de l'AKI. Mitjançant eines bioinformàtiques, finalment vam establir una xarxa reguladora de miRNA-mRNA d'AKI post-Tx, que estava formada per 48 ARNm i 34 NA miR. Entre aquests 82 nodes, miR-203a-3p, miR-205-5p i ERBB4 van mostrar graus elevats i podrien ser nodes centrals de la xarxa. Els efectes de miR-205-5p en malalties renals s'han investigat anteriorment. Schena et al. va informar que el nivell d'expressió de miR-205-5p estava correlacionat de manera significativa i positiva amb la gravetat del càncer renal i la nefrosclerosi hipertensiva [37]. Un estudi experimental realitzat per Sessa i els seus col·legues va proposar que miR-205-5p podria ser un biomarcador molecular del dany renal [38]. Pocs estudis han investigat el paper de miR-203a-3p i ERBB4 en el desenvolupament d'AKI. Està documentat que ERBB4 podria alleujar els insults oxidatius de les cèl·lules mare mesenquimals envellides reduint els nivells d'espècies reactives d'oxigen (ROS) [39]. És ben sabut que tots els òrgans trasplantats patiran un cert grau de lesió per isquèmia-reperfusió mediada per un alt nivell de ROS després del trasplantament i potencialment es convertiran en AKI. Hem especulat que ERBB4 també exerceix la funció de regular els nivells de ROS en el desenvolupament d'AKI post-Tx. L'anàlisi d'enriquiment GO dels ARNm d'aquesta xarxa va demostrar que aquests ARNm estaven enriquits en diverses funcions rellevants per al desenvolupament renal. A més, l'anàlisi d'enriquiment KEGG va indicar que aquesta xarxa estava implicada principalment en una sèrie de vies que s'han estudiat bé, com ara la via de senyalització PI3K-Akt, la via de senyalització HIF-1, la via de senyalització Ras i la via de senyalització MAPK. S'ha demostrat que la majoria d'aquestes vies tenen un paper crucial en l'AKI [30, 40, 41]. Aquests resultats van demostrar que la nostra anàlisi es va dur a terme correctament.
En conjunt, el nostre estudi, per primera vegada, va utilitzar WGCNA combinat amb l'anàlisi miRDIP v4.1 per identificar de manera exhaustiva les interaccions més probables i construir una xarxa reguladora de miRNA-mRNA associada a la resposta al trasplantament en AKI, que va proporcionar un marc preliminar i algunes novetats. visió per dilucidar el mecanisme molecular del desenvolupament d'AKI post-Tx. No obstant això, cal esmentar algunes limitacions d'aquest estudi. En primer lloc, només es van incloure vuit mostres de biòpsia post-Tx AKI en el present estudi, cosa que no va ser suficient per treure conclusions del tot creïbles. En segon lloc, la xarxa reguladora miRNA-mRNA requereix estudis addicionals en experiments de biologia clínica i molecular per a la seva validació. Com que és difícil trobar dades qualificades, no es van incloure altres tipus d'ARN, com ara ARN llargs no codificants (lncRNAs) i ARN circulars (circRNAs), cosa que podria ser un desavantatge en l'aclariment exhaustiu del mecanisme subjacent a l'AKI post-Tx. desenvolupament.
Beneficis de la tija del cistanche sobre la funció renal
Conclusions
Primer vam construir amb èxit una xarxa reguladora de miRNA-mRNA associada a l'AKI post-Tx mitjançant l'anàlisi bioinformàtica. Els resultats van indicar que dos miRNA (miR-203a-3p i miR-205-5p) i ERBB4 podrien tenir un paper central en l'AKI post-Tx i les funcions biològiques del miRNA regulador. -La xarxa d'ARNm es va enriquir en funcions relacionades amb el ronyó/renal i les vies de senyalització PI3K–Akt/HIF-1/Ras/MAPK. Aquest estudi proporciona una perspectiva integral de les xarxes reguladores per augmentar la comprensió del mecanisme molecular en l'AKI post-Tx. Esperem que l'estudi actual sigui beneficiós per descobrir nous biomarcadors o fàrmacs terapèutics per millorar la capacitat de predicció i intervenció primerenca i disminuir la taxa de mortalitat d'IRA després del trasplantament.
Mètodes
Disseny de l'estudi i recollida de dades
El disseny general d'aquest estudi es mostra a l'arxiu addicional 1: figura S1. Totes les dades de microarrays elegibles es van descarregar de la base de dades Gene Expression Omnibus (GEO) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/). El conjunt de dades GSE53769 és un conjunt de dades d'expressió d'ARNm que es va realitzar mitjançant Affymetrix GeneChip® Human Gene 2.0 ST Array; El conjunt de dades GSE53771 és un conjunt de dades d'expressió de miRNA que va ser analitzat per Affymetrix GeneChip® miRNA 3.0 Array. Aquests dos conjunts de dades constaven de 18 mostres de biòpsies d'hora zero i 18 després del trasplantament (Tx) de 18 receptors d'al·loempelt de ronyó (vuit amb necrosi tubular aguda sense rebuig definit com a IRA i deu biòpsies de protocol sense patologia (PBX) definides com a controls) i van ser presentats per Wilfingseder i col·laboradors [20]. Aquestes mostres es van dividir en quatre grups, a saber, AKI de zero hores, PBX de zero hores, AKI post-Tx i PBX post-Tx. Els dos conjunts de dades es van utilitzar, respectivament, per construir la xarxa de coexpressió, mitjançant la qual es podien identificar els mòduls clau d'ARNm/miRNA associats a l'AKI post-Tx, permetent la construcció d'una xarxa reguladora de miRNA-mRNA impulsant la progressió de l'AKI post-Tx. .
Construcció de les xarxes de coexpressió
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), es va determinar per primera vegada. A continuació, es va construir una xarxa de coexpressió sense escala basada en la matriu d'adjacència. La matriu d'adjacència s'ha obtingut mitjançant la fórmula: Adjacencyk,j=suro, j- , on k i j corresponen a dos gens arbitraris i s'utilitza per emfatitzar la gran similitud entre k i j, que assegurava que els parells de gens amb poca similitud s'ometrà durant l'assignació del mòdul. Deu, la matriu d'adjacència es va convertir en una matriu de superposició topològica (TOM). Mitjançant l'ús d'una mesura de dissimilaritat basada en TOM, el dendrograma de l'arbre genètic es va generar mitjançant l'agrupament jeràrquic d'enllaç mitjà i els gens amb patrons d'expressió similars es van agrupar en diferents mòduls (la mida mínima del mòdul es va establir en 30).
cistanche herbapot tractarronyómalaltiamillorarfunció renal
Identificació dels mòduls de correlació significatius
Els eigenes de mòduls (ME), que resumeixen els patrons d'expressió gènica com un únic perfil d'expressió característica dins d'un mòdul determinat, es van utilitzar per avaluar la possible correlació de gens amb diferents trets per determinar la importància de cada mòdul. La significació gènica (GS) representava la correlació entre gens i diferents trets clínics, i la GS mitjana de tots els gens d'un mòdul es va definir com a significació del mòdul (MS), expressada com MS {{0}}n-ni{ {2}}GSi (n=nombre de gens dins d'un mòdul). Després de calcular la correlació de Pearson entre ME i trets clínics, es van definir com a mòduls clau els mòduls amb la R negativa més alta o més baixa (coeficient de correlació) amb AKI post-Tx amb un tall de p-valors de correlació de 0, 05. Hem seguit el flux de treball estàndard recomanat pels autors de WGCNA [13], i la correcció del valor p per a proves múltiples no es va realitzar, ja que el coeficient de Pearson R i el valor p de correlació són suficients per a una selecció significativa de mòduls [13]. La intensitat del color al mapa de calor indica la força de la correlació. Per estudiar millor un mòdul clau, es va analitzar la correlació dels gens del mòdul i es va visualitzar la xarxa d'interacció gen-gen mitjançant l'analitzador de xarxes Cytoscape v3.7.2 [42]. En aquesta xarxa, els gens amb un alt grau, que contenien nodes altament interconnectats al mòdul, es consideraven gens hub. Aquests gens hub es van detectar realitzant l'anàlisi amb el connector MCODE a Cytoscape.
Regulatory miRNA–mRNA network cactivatstructiactivat
Mitjançant l'eina en línia miRDIP v4.1 es van obtenir les interaccions entre els gens del mòdul i els miRNAs. Deu, els parells miRNA-mRNA amb una alta confiança de predicció es van triar per a la construcció d'una xarxa reguladora miRNA-mRNA mitjançant Cytoscape v3.7.2. Per validar els nostres resultats, les interaccions miRNA-mRNA també es van recuperar de la base de dades miRNet.
Functien unal enrichment analysis
Per entendre millor les funcions potencials dels gens identificats, es va realitzar l'anàlisi d'enriquiment de Gene Ontology (GO) i Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) mitjançant l'ús del paquet R "cluster roller" [44]; en alguns casos (fitxer addicional 4: S4A, fitxer addicional 5: S5A, fitxer addicional 6: S6A i fitxer addicional 9: S9C), es va executar la funció TCGAanalyze_ EAcomplete a la biblioteca TCGAbiolinks. En aquest estudi, els resultats dels termes GO i les vies KEGG amb Benjamini-Hochberg (BH) es van ajustarP-valors de<0.05 were="" considered="" to="" be="" significantly="">
Cistanche tubulosa prevé la malaltia renal, feu clic aquí per obtenir la mostra
Referirnces
1. Abu Jawdeh BG, Govil A. Lesió renal aguda en el context del trasplantament: diagnòstic diferencial i impacte en la salut i l'atenció sanitària. Adv Dist. renal crònica. 2017;24(4):228–32.
2. Cooke WR, Hemmilä UK, Craik AL, Mandula CJ, Mvula P, Msusa A, et al. Incidència, etiologia i resultats de la lesió renal aguda relacionada amb l'obstètrica a Malawi: un estudi observacional prospectiu. BMC Nephrol. 2018;19(1):25.
3. Solé C, Pose E, Solà E, Ginès P. La síndrome hepatorenal a l'era de la insuficiència renal aguda. Liver Int Of J Int Assoc Study Liver. 2018;38(11):1891–901.
4. Ostermann M, Liu K. Fisiopatologia de l'IRA. Millor pràctica Res Clin Anaes- el sòl. 2017;31(3):305–14.
5. Saliminejad K, Khorram Khorshid HR, Soleymani Fard S, Ghafari SH. Una visió general dels microARN: biologia, funcions, terapèutica i mètodes d'anàlisi. J Cell Physiol. 2019;234(5):5451–65.
6. Friedman RC, Farh KK, Burge CB, Bartel DP. La majoria dels ARNm de mamífers són dianes conservades dels microARN. Res del genoma 2009;19(1):92–105.
7. Pan X, Wenzel A, Jensen LJ, Gorodkin J. Identificació a tot el genoma de grups de llocs d'unió de microRNA predits com a candidats d'esponja de microRNA. PLoS ONE. 2018;13(8):e0202369.
8. Chen B, Hua Z, Qin X, Li Z. Microarray integrat per identificar els miRNAs central i la xarxa construïda de miRNA-mRNA en neuroblastoma mitjançant anàlisi bioinformàtica. Neurochem Res. 2020.
9. Liu HM, Huang Y, Li L, Zhang Y, Cong X, Wu LL, et al. Perfils d'expressió d'ARNm de microRNA i xarxa funcional de la glàndula submandibular en ratolins db/db diabètics tipus 2. Arch Oral Biol. 2020;120:104947.
10. Iwuchukwu I, Nguyen D, Beavers M, Tran V, Sulaiman W, Fannin E, et al. Xarxa reguladora de microARN com a biomarcadors de convulsió tardana en pacients amb hemorràgia intracerebral espontània. Mol Neurobiol. 2020;57(5):2346–57.
11. van Zonneveld AJ, Rabelink TJ, Bijkerk R. xarxes coordinades per miRNA com a objectius terapèutics prometedors per a la lesió renal aguda. Sóc J Pathol. 2017;187(1):20–4.
12. Wu J, Li DD, Li JY, Yin YC, Li PC, Qiu L, et al. Identificació de xarxes de microRNA-mRNA implicades en lesions de cèl·lules epitelials tubulars renals induïdes per cisplatí. Eur J Pharmacol. 2019;851:1–12.
13. Langfelder P, Horvath S. WGCNA: un paquet R per a l'anàlisi de xarxes de correlació ponderada. BMC Bioinform. 2008;9:559.
14. Zhang X, Bai J, Yuan C, Long L, Zheng Z, Wang Q, et al. Anàlisi bioinformàtica i identificació de gens potencials relacionats amb la patogènesi de la neoplàsia intraepitelial cervical. J Càncer. 2020;11(8):2150–7.
15. Li J, Lu L, Zhang YH, Xu Y, Liu M, Feng K, et al. Identificació de signatures d'expressió de cèl·lules mare de leucèmia mitjançant l'estratègia de selecció de característiques de Monte Carlo i la màquina de vectors de suport. Càncer Gen Ther. 2020;27(1–2):56–69.
16. Pan X, Zeng T, Yuan F, Zhang YH, Chen L, Zhu L, et al. Detecció de la signatura de metilació i les funcions gèniques associades amb els subtipus de gliomes de mutació de la isocitrat deshidrogenasa. Front Bioeng Biotechnol. 2019;7:339.
17. Shen M, Song Z, Wang JH. Els perfils de microRNA i ARNm a l'amígdala estan associats amb la depressió i la resiliència induïdes per l'estrès en ratolins juvenils. Psicofarmacologia. 2019;236(7):2119–42.
18. An T, Song Z, Wang JH. Mecanisme molecular del tractament de recompensa que millora el comportament depressiu induït per l'estrès crònic avaluat mitjançant la seqüenciació de miRNA i ARNm a l'escorça prefrontal medial. Biochem Biophys Res Commun. 2020;528(3):520–7.
19. Zuk A, Bonventre JV. Lesió renal aguda. Annu Rev Med. 2016;67:293–307.
20. Wilfingseder J, Sunzenauer J, Toronyi E, Heinzel A, Kainz A, Mayer B, et al. Patogènesi molecular de la lesió renal aguda post-trasplantament: avaluació dels perfils d'ARNm i miRNA de genoma sencer. PLoS ONE. 2014;9(8):e104164‑e.