文摘

阿尔茨海默病(AD)是一种进行性神经退行性疾病的一个隐藏的发作。其发病机制复杂,尽管与分子生物学研究关于癌症和致病机制,有针对性的研究尚未取得良好进展。因此,这项工作建立了一个multifactor-driven神经元凋亡障碍模块为目的的探索其潜在的致病机制。我们进行差异表达分析、coexpression分析、富集分析,超几何测试计算潜在的监管上的多因素影响模块的全基因表达谱的广告和识别一系列ncRNA (mir - 320 a)和特遣部队(NFKB1)。此外,我们筛选10模块对应中心基因,倾向于调节炎症的生理发展,调节自噬,大脑皮层神经元分化,神经胶质细胞凋亡,等等。与此同时,阿尔茨海默病是由信号通路如MPK信号通路。在这项研究中,一个功能模块是用来验证mir - 590 - 3, SP1的能动性因素可以调节神经元通过MPK信号通路在阿尔茨海默病,不仅提供新的见解阿尔茨海默病的发病机制,也奠定了坚实的理论基础为生物学家进一步治疗阿尔茨海默氏症。

1。介绍

阿尔茨海默病(AD)、慢性神经退行性疾病,通常发生在一个缓慢的速度和恶化随着时间的推移1]。到目前为止,还没有有效的药物治疗或延误(2]。因此,迫切需要研究阿尔茨海默病的发病机制和治疗机理。幸运的是,许多生物学家和医学研究人员致力于探索发病机制的生理过程,和治疗阿尔茨海默氏症,取得了巨大的成就。例如,蔡等人发现,糖皮质激素是阿尔茨海默病的主要危险因素,严重导致微管不稳定和认知障碍,这被认为是早期病理特征,最终导致记忆缺失(3]。此外,有越来越多的证据表明,阿尔茨海默病的发病机理是复杂的,涉及到各种各样的生物机制,如amyloid-based神经退化,影响退化性疾病4,5]。因此,有效的针对这些蛋白质以防止神经退化和保护神经(6]。在以前的研究中,人们发现神经原纤维缠结的形成(非功能性测试)是中央的标志广告,和非功能性测试是一个扭曲的纤维成形的脑细胞。一些因素调节胰岛素信号通路包括AD的发病机制,葛兰素史克3β物,CaMKII CDK 5 CK1 Mark4, PLK 2,麦克米兰,DYRK1A,购买力平价,p70S6K等机制导致神经毒素的形成β和大脑中的非功能性测试7]。值得注意的是,突触可塑性和认知下降的最突出的特点是阿尔茨海默病(8]。总之,突触失去早期病理表现,认知能力下降是目前最好的相关因素与阿尔茨海默病(9]。最近,有证据表明,神经炎症刺激小胶质细胞(macrophage-like免疫细胞在大脑中)是一个至关重要的功能在慢性脑炎的发病机理,以及神经炎症可能导致阿尔茨海默病的关键因素之一是可靠地证明了AD患者死亡的脑组织(10]。此外,sphingosine-1-phosphate (S1P)是一种多效性的生物活性脂质调节许多病理生理过程,包括炎症。老处女同族体2 (Spns2),一个S1P运输车,促进了促炎激活小胶质细胞体外和体内,导致加速阿尔茨海默病的发病机制11]。萨拉查等人的研究表明,风险因素PyK 2 (PTK2B)尤其放置在成人大脑中的神经元,PyK 2风险基因与神经-淀粉样蛋白直接相关β低聚物(βo)信号通路损害突触结构和功能。因此,Pyk 2服务中心功能AD-related突触功能障碍通过调停β——功能障碍(12]。

与阿尔茨海默病的分子研究,发现一些关键基因治疗靶点。通过报告田et al .,我们知道,氧化应激与阿尔茨海默病的发病机制有关。氧化应激时变得越来越明显,核因子E2的内源性保护通路相关因子2 (Nrf2) /抗氧化反应元素(是)是减少PS1V97L-Tg 10个月大的老鼠13]。在最初的星形胶质细胞和AD患者的脑部溶解产物,KCa3.1表达明显与内质网(ER)压力和展开的蛋白质反应(UPR)。KCa3.1也监管Ca2 +星形胶质细胞的动态平衡和削弱了UPR以及ER应激,导致记忆缺失和神经元损失(14]。另一方面,生物学家们还发现了一系列的阿尔茨海默氏症影响各种各样的生理过程和疾病相关信号通路介导的疾病的发生。西斯特纳斯所描述的研究et al ., Wnt信号障碍与神经退行性疾病,以及神经保护Wnt信号在AD小鼠模型的影响至少在一定程度上提高了Wnt-mediated神经元葡萄糖代谢是已知的动物实验(15]。此外,L-3-n-butylphthalide (L-NBP)可以抑制神经细胞凋亡、神经源性服务的功能在不同的动物和细胞模型。PI3K / Akt可能被上调目标过程中细胞周期蛋白D1鼓励神经干细胞增殖(16]。一项研究发现,3 JAK / STAT信号通路调节神经元的神经炎症的发展和恶化的阿尔茨海默氏症患者(17]。此外,AMPK /衬衫1信号通路是由dihydromyricetin (DHM),作为保护广告通过上调AMPK / SIRT1的通路,抑制炎症反应和海马细胞凋亡,改善认知功能(18]。这些新基因目标提供一个新的治疗阿尔茨海默病的方法。然而,仍然需要进一步探索的基本详细全面理解机制和阿尔茨海默病的关键分子靶点。

这里,我们将数据的阿尔茨海默氏症患者和正常人进一步探索阿尔茨海默病的基本病机,最后得出结论,mir - 590 - 3和SP1是监管的关键基因阿尔茨海默病,可以促进神经细胞凋亡在阿尔茨海默氏症患者AMPK信号通路。因此,基于功能模块的全面战略不仅有助于探讨阿尔茨海默病的潜在致病分子机制还为生物学家提供了丰富的资源和理论指导,进一步探索其治疗机制。

2。材料和方法

2.1。相关基因表达谱的阿尔茨海默氏症

阿尔茨海默疾病表达谱的数据从NCBI获得基因表达综合(GEO)数据库(19]。其中,GSE85426包含90例健康人和90例阿尔茨海默氏症患者。此外,R语言表达的基本数据处理软件包分析芯片(包括R。跑龙套,R。oo, R。methodsS3和hgu133plus2cdf)应用于构建疾病180个样本和正常样本表达谱,计算了R语言limma包(20.]。对于芯片数据,主要由背景背景校正和标准化进行了正确的函数。然后,控制探头和low-expressed探针过滤使用分位数归一化法是基于数组之间的归一化函数来获得高质量的标准化数据。lmFit和ebay limma包进行了分析使用默认参数的函数来识别差异表达基因值> 0.01,最后433个差异基因。

2.2。Coexpression分析

为探索这些人类apoptosis-related基因的协同表达在阿尔茨海默氏症神经元,我们采用加权基因coexpression网络分析(WGCNA) [21]调查人类apoptosis-related基因的基因表达谱,寻找基因协同表达的模块。不同于一般的聚类方法,是生物重要的WGCNA聚类标准。因此,intergene的相关系数作为表达水平n权力的分布相关系数值逐渐符合无标度分布。然后,凝聚力的基础上,构建层次聚类树通过计算基因之间的相关系数。基因具有类似模式分为同一分支,和各种集群的树枝代表各种基因模块。因此,该方法获得的结果更可信。在这项研究中,11 coexpression模块得到删除灰色模块获得相对应的基因中心10模块。

2.3。功能和通路富集分析

探索功能和信号通路,包括基因通常是一个实用的方法研究疾病的分子机制。因此,丰富功能的函数(pvalueCutoff = 0.01, qvalueCutoff = 0.01)和KEGG通路(qvalueCutoff pvalueCutoff = 0.05, = 0.2)进行的10个模块使用R语言基因clusterProfiler包。此外,我们运用Cytoscape应用程序进行集成模块的功能分析网络。

2.4。识别的规定ncRNA和TF模块

为探索的驱动力coexpression神经apoptosis-related基因在阿尔茨海默病的模块,我们采用ncRNA-miRNA(蛋白质)相互作用对得分≥0.5袭击v2.0数据库和从TRRUST v2.0下载数据库。所有数据的人类转录因子的目标是利用背景设置为关键的分析。主分析指的是找到一个司机至少有两个交互模块对应一对目标和计算的意义之间的交互驱动程序和模块根据超几何检验。的ncRNA值< 0.01上映的主重要的管理模块。最后,统计分析的轴心。轴心,监管功能模块是真正确定为核心枢纽。数据基于ncRNA和TF目标被预测为背景设置,和监管障碍的关键调节器模块。

3所示。结果

3.1。阿尔茨海默病的基因差异表达分析

疾病过程中的基因表达失调特性。为了探索阿尔茨海默病的遗传疾病,我们筛选表达谱的阿尔茨海默氏症和得到433个差异表达基因( )。这些差异表达基因可能直接或间接地接触到阿尔茨海默氏症,这可能是发展的重要疾病。

3.2。Coexpression行为相关的基因的人类细胞凋亡在阿尔茨海默氏症

为了系统地研究阿尔茨海默疾病相关基因的作用机制在病人的样本,我们进行了大量的分析研究。为主,我们构建了表达谱与4571年人类apoptosis-related患者样本中的基因。然后,coexpression网络分析的基础上,我们获得了表达的神经元apoptosis-related模块在阿尔茨海默氏症患者(11组数据1(一)- - - - - -1 (c))。这些基因集是真正的11个功能模块。除此之外,这些11模块被筛选,被灰色的模块。最终,相对应的基因中心10模块被抓获。这些功能模块可能从事各种功能和路径代表各种监管机制的情况调节神经元的阿尔茨海默氏症。

3.3。致病性鉴定模块基于功能和途径

它是确定其发病机制研究的一个重要媒介和途径参与基因的功能。为了研究模块化基因失衡的可能的障碍,我们表现的分析功能和KEGG通路富集11模块。我们收集了丰富的条款,总计5061细胞组成条目,8280分子功能角度,以及48822年的生物过程(图2(a))。功能分析的基础上,我们注意到,有关功能模块有丰富的倾向多个疾病相关的功能。例如,调节自噬,大脑皮层神经元分化,神经胶质细胞凋亡过程。另一方面,48822年KEGG通路富集结果(图2(b))说明基因功能模块主要是从事AMPK信号通路、细胞凋亡,PI3K-Akt信号通路,nf -κb信号通路。这些信号通路已经被证明是密不可分的神经元阿尔茨海默氏症。自从模块的功能和通路浓缩获得的结果与神经元的凋亡密切相关的基因在阿尔茨海默病,我们确定这些11模块功能模块。模块基因可以调节一系列功能和通路,和模块失调可能是发病的一个重要诱因。回顾这些模块的整体效果,我们构建了一个功能的所有网络模块与模块之间的关系(图2(c)),它可能代表一个全球功能失调的阿尔茨海默病的神经机制。在模块中基因的失调触发模块的功能障碍,进而影响相关功能和通路,诱导疾病的发生和发展。

3.4。ncRNA传递功能模块

基因的转录和转录后调节长期以来被认为是控制疾病的发生和发展的关键因素,和ncRNA被认为是一个重要的监管机构。科学预测ncRNAs调节功能模块基因有助于我们进一步调查的转录调控机制的神经元在阿尔茨海默氏症。因此,请我分散,pRNA受雇的主分析寻求ncRNA监管者导致功能障碍的模块。预测结果(表2,图3(一个))显示,2027年ncRNAs有戏剧性的监管影响模块,指to1327 ncRNA-Module目标对。这些ncRNAs影响神经元的凋亡不同程度的阿尔茨海默氏症。此外,统计分析结果发现mir - 320 - 9功能模块有杰出的监管职能,重要模块的功能障碍。然而,mir - 148 b - 3 - p, mir - 182 - 5 - p,和mir - 200 c - 3 p已确定在八个功能模块和有重要的监管作用,可能成为潜在的神经元凋亡因素在阿尔茨海默氏症患者。除此之外,ncRNAs也表现出杰出的调制功能模块和本质上产生影响的细胞凋亡的神经元在阿尔茨海默氏症患者。

3.5。基于TF-Pivot识别关键的靶基因

阿尔茨海默氏症患者的细胞凋亡也离不开失调的转录因子,也体现在转录因子的调节功能模块。因此,我们进行一个主模块的基础上,分析监管的转录因子基因的关系。结果说明,(表3,图3 (b)),共有128个转录因子有杰出的转录调控神经细胞凋亡的功能模块在阿尔茨海默氏症,指157年TF-Module监管对。这些转录因子的监管角色的统计分析表明,HIF1A, NFKB1, RELA, TP53突出管理四个功能模块,可能参与炎症过程和accelerateneuronal细胞凋亡在阿尔茨海默氏症患者。然而,小君,HDAC1、SP1和STAT3的神经元凋亡机制也是必不可少的阿尔茨海默氏症患者。回顾全球(图3 (c)),我们还发现mir - 590 - 3的关键基因和SP1在阿尔茨海默氏症影响神经元可能共同导致神经元凋亡的阿尔茨海默病通过瞄准CREB1调解的参与模块2 AMPK的神经元细胞凋亡信号通路,提高阿尔茨海默氏症患者。

4所示。讨论

阿尔茨海默病(AD)、进行性神经退行性疾病,功能认知衰退和老年痴呆症22,23]。近年来,阿尔茨海默病的探索一直专注于特定的基因或蛋白质,以及相关的信号通路,并取得了一定的成就。然而,这些基因的全球监管,蛋白质,在阿尔茨海默氏症和信号通路尚不清楚。为目的的全面探索潜在的致病基因的作用机制在阿尔茨海默氏症,主要是这些潜在致病基因以及它们的相互作用基因综合协调行为表达和观察疾病患者样本。因此,我们获得11 coexpression模块。与此同时,这些11模块筛选,被灰色模块。最终,10模块对应中心基因被抓获。人们已经发现,第六模块的中心问题被认为是阿尔茨海默病的一个危险因素。这种观点也是站在王等的研究科学家m . thatGSTP1多态性可能提高阿尔茨海默氏症的风险(24]。进一步,我们也观察到中心基因脂联素受体1 (ADIPOR1)块7作为渗透蛋白质受体可能与Nogo-A勿动蛋白- 66受体1 (NgR1)来开发一个复杂的,抑制长期势差现象和认知功能。渗透蛋白能够促进神经突产物以及突触的复杂性通过AdipoR1 NgR1信号,表明AdipoR1可能是一个可用的治疗目标神经退行性疾病如阿尔茨海默病(25]。

接下来,浓缩的结果的基础上分析,我们发现基因的两个模块(RELA和TLR4)主要从事自噬的调节。其中,Zahmatkesh和其他学者报道,自噬压力与阿尔茨海默病,也被认为是一个潜在的原因,神经损失(26]。因此,自噬功能的规定在阿尔茨海默病的发病机制。在另一个方面,浓缩通路的结果表明,功能模块的基因主要参与引发的神经细胞凋亡AMPK信号通路在阿尔茨海默氏症。研究已经证明,TRPML1可能调节自噬进行AD的发病机制通过AMPK信号通路(27]。此外,王等人证实,2型大麻素受体(CB2R)加入广告病理学在老鼠模型中,结果是广告τ蛋白过度磷酸化。同时,退行性神经病变包括磷酸化τ蛋白也表现在生物学家如Tapia-Rojas c被证实后,删除CB2R诱导行为障碍和广告病理学交替通过AMPK途径(28,29日]。因此,证明了函数和涉及这些模块的基因通路产生全面的网络效应,全面调节阿尔茨海默病的发病机制。

然后,我们探索这些功能模块的驱动程序。基于NFKB1转录因子,RELA, TP53监管因素是重要的功能模块。首先,炎症是急性脑损伤的主要机制和慢性神经退化,而神经炎症基本上是由转录因子NF -κB,这是与阿尔茨海默病的发生密切相关(30.]。其次,广告往往伴随着炎症的病理反应,RELA (P65),一个重要的信号因子NF -κB途径,参与调解的规定神经炎症通常是阿尔茨海默病的发展和进步31日]。然后,肿瘤抑制基因TP53是神经退行性疾病和癌症的关键蛋白,可以表达下调特定autophagy-related通过转录抑制有丝分裂反应PINK1 [32]。因此,这些研究证明了这些驱动因素是重要的调控阿尔茨海默病的发生和发展。此外,ncRNA的驱动力,我们预测,mir - 320 a等多个microrna mir - 182 - 5 - p,和mir - 200 c - 3 p作为功能模块的重要介质。德克等人的研究已经证实,mir - 320 a也与生物标志物的蛋白质淀粉样蛋白有关β1-42和磷酸化神经丝重链的水平,表明其潜在影响进行性神经变性监测(33]。突触可塑性的区别是最早的表达式的临床神经退行性状态。许多小分子核糖核酸(microrna)在突触丰富,当地可能调节蛋白质合成在一个快速反应的压力像朊病毒复制,这可能是一个候选人调制器的神经退行性变化。Boese等人发现microrna中特异表达的增加受感染动物疾病的后期通过模仿(广告模式),包括偏差mir - 182 - 5 - p和mir - 200 - c - 3 - p (34]。

5。结论

在分析过程中,我们还发现,老年痴呆症的司机(mir - 590 - 3和SP1)可能目标模块的基因,有一个重要的监管作用。因此,我们大胆推测,其参与转化生长因子的调节β1 (TGF -β1)减少小鼠海马的广告,导致记忆功能障碍和神经细胞凋亡在阿尔茨海默病(35]。

根据这项研究的结果,我们得到一个更全面的功能模块在阿尔茨海默病神经细胞凋亡。这些模块提供了大量的基因被证明与阿尔茨海默病和候选人因素进行测试,为进一步的研究提供一个理论基础对阿尔茨海默氏症。经过系统的研究,我们认为,mir - 590 - 3和SP1是阿尔茨海默病的关键调控基因,能促进神经细胞凋亡在阿尔茨海默氏症患者通过AMPK信号通路。

数据可用性

和/或使用的数据集分析在当前研究可从相应的作者以合理的要求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是支持的科学研究湖南省杰出青年项目教育部(没有。19 b508)研究项目业务费用。