文摘
猴痘的爆发可能被认为是小说和急迫的威胁后,冠状病毒病(COVID-19)。没有进行广泛的研究这种疾病,因为它是首次报道。我们系统地评估基因表达的功能作用在细胞感染猴痘病毒利用转录组分析和比较COVID-19的功能性关系。基于基因表达综合数据库,我们得到212个差异表达基因(度)GSE36854 GSE21001猴痘的数据集。富集分析,包括KEGG和基因本体论(去)分析,进行识别常见的GSE36854和GSE21001 212度的函数。CytoHubba和分子复杂的检测后进行,以确定核心基因蛋白质相互作用(PPI)。Metascape / COVID-19被用来比较猴痘和COVID-19的度。去分析212度GSE36854和GSE21001猴痘感染显示细胞对细胞因子的刺激做出反应,细胞活化,细胞分化的监管。KEGG分析212度GSE36854和GSE21001猴痘感染猴痘参与COVID-19, cytokine-cytokine受体相互作用,炎症性肠病、动脉粥样硬化、肿瘤坏死因子信号,T细胞受体信号。通过比较我们的数据发表转录组的严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2其他细胞系,感染猴痘的常用功能和COVID-19包括免疫系统的细胞因子信号,肿瘤坏死因子信号,MAPK级联的监管。 Thus, our data suggest that the molecular connections identified between COVID-19 and monkeypox elucidate the causes of monkeypox.
1。介绍
猴痘是一种人畜共患的疾病造成的猴痘病毒(MPXV),属于Orthopoxvirus属,包括双链DNA病毒(1,2]。MPXV已报道在西部和中部非洲国家,美国,欧洲3]。MPXV穿透身体通过直接通过皮肤接触,航空公司,或粘膜如鼻子、眼睛,或从感染者口,通过呼吸道飞沫面对面接触和通过间接接触通过受污染的材料(4]。MPXV感染的症状类似于一种温和的天花(5]。的区别是,淋巴结病是由MPXV感染天花(而不是6]。MPXV已经分成两个截然不同的演化支:西非和刚果盆地(7]。造成的疾病两个MPXV演化支不同的临床和流行病学特征。刚果盆地应变有10%的死亡率(8]。西非的死亡率约为1%,与人类免疫缺陷病毒(HIV)合并感染患者有更高的死亡率(9]。
西非进化枝相比,刚果盆地猴痘进化枝选择性地抑制宿主反应,如细胞凋亡和生长因子的响应(10]。通过抑制同源的T细胞的激活,MPXV避免抗病毒CD4 +和CD8 + T细胞反应(11]。Realegeno等人的高通量基因屏幕显示MPXV单倍体细胞参与Golgi-associated逆行感染蛋白质复合体(12]。猴痘需要热休克因子1 (HSF1)感染[13]。MPXV感染导致显著增加自然杀伤细胞的数量和细胞增殖14]。
冠状病毒的爆发疾病(COVID-19)造成的严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2 (SARS-CoV-2)已经扩散至全球在12月8日,2020年,根据世界卫生组织(15]。COVID-19影响等各种疾病的炎症反应和神经系统症状,如缺血性中风和描述16,17]。分子和免疫诊断技术已经开发识别SARS-CoV-2感染(18]。目前,最可靠的方法诊断SARS-CoV-2实时pcr进行病毒RNA检测化验(18,19]。此外,更先进的分子检测SARS-CoV-2 RNA的方法正在开发中,包括下一代测序(门店),droplet-digital PCR (ddPCR),定期和集群空间短回文的重复序列(CRISPRs) [18,20.- - - - - -22]。最近,猴痘病例数增加了2022年COVID-19爆发;然而,猴痘的自然宿主和函数是未知的。
几项研究已经报道了猴痘和COVID-19之间的关系。一个连接是SARS-CoV-2感染患者更容易与MPXV coinfect由于循环免疫细胞的数量减少23]。另一个SARS-CoV-2之间的联系和MPXV暴发是年轻一代的天花病毒缺乏免疫力。天花是同一家族的猴痘,中止的疫苗有助于增加猴痘病例以及SARS-CoV-2蔓延,当地居民之间的免疫力降低(23,24]。目前还不清楚是否新猴痘爆发是一种截然不同的现象或者加剧了COVID-19大流行(25]。因为当前的小病人样本量,确切的因果关系SARS-CoV-2和MPXV合并感染还不能建立25,26]。
在这项研究中,我们旨在调查猴痘的可能的分子功能进行生物信息学分析。此外,通过比较我们的数据转录组SARS-CoV-2感染猴痘感染发表在其他细胞系,我们发现感染猴痘和COVID-19的功能是相似的细胞因子信号在免疫系统和肿瘤坏死因子的信号。因此,猴痘的潜在功能链接和描述COVID-19生物信息学研究。
2。材料和方法
2.1。数据库的收集和识别度
创建一个数据集的猴痘感染,感染猴痘的度从基因表达获得综合(地理,https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/)数据库。两个地理数据集收集获取度与猴痘、包括GSE21001 GSE36854,分析了数据集使用GEO2R (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/)web工具。GSE21001是GeneChip恒河猕猴基因组数据库3 -微阵列,还给postinfection (hpi)时间点后MPXV感染解剖肾上皮细胞(MK2型)27]。GSE36854是基因表达谱数据库在感染后6 hpi MPXV应变MSF # 6在海拉细胞28]。截止GSE21001和GSE36854使用标准得到调整值< 0.05。
2.2。基因本体论(去)和KEGG通路富集分析猴痘的度
检查212个常见的差异表达基因的富集分析(度)从GSE21001 GSE36854 MPXV感染的数据集,KEGG途径,分析使用网络工具的(ShinyGO 0.76 (https://sdstate.edu))(29日,30.]。浓缩生物学途径的比较猴痘,COVID-19 Metascape / COVID分析(https://metascape.org/COVID)进行了31日]。
2.3。确定中心MPXV感染的基因
Cytoscape cytoHubba插件是用来识别前20节点(中心基因),排名使用最大小团体中心(MCC) cytoHubba的算法。Metascape工具(31日)是识别分子复杂的检测(MCODE)组件功能基因集群。
2.4。DisGeNET、PaGenBase TRRUST富集分析
DisGeNET、PaGenBase TRRUST被用来分析猴痘感染,和比较猴痘COVID-19通过Metascape(执行https://metascape.org)。DisGeNET是人类疾病的基因基础平台(32,33]。PaGenBase是获取信息的数据库模式基因在不同组织和时间的具体情况(34]。TRRUST转录调控网络是一个平台(35]。
3所示。结果
3.1。设计
确定的功能MPXV感染,公共数据集GSE36854和GSE21001。图1(一)显示了本研究的流程图。GEO2R被用来从GEO数据库获取度。调整值< 0.05度被认为是标准。图1 (b)显示了十字路口的两组GSE36854 GSE21001,表明共同度。
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3.2。筛选基因和中心MPXV感染的重要模块
我们构建蛋白质相互作用网络的211度GSE36854和GSE21001 MPXV感染使用Cytoscape和cytoHubba插件。二十中心基因从211度GSE36854 GSE21001,包括HIST1H2AE HIST2H2A B, HST1H2BM, HIST2H2AC, HIST1H3D, HIST1H2BH, HIST1H2AC, HIST1H2BJ,安全系数,CSF2, RELB, il - 10, TNFRSF1B, CXCL8, ICAM1, CCL2, TNF、il - 6, TLR2和TNFAIP3获得(图2(一个))。
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获得的功能集群MPXV感染,一个模块使用Metascape工具进行了分析。Metascape MCODE分析,211度GSE36854和GSE21001 MPXV感染被分成五个模块。模块1的途径主要是与系统性红斑狼疮,组蛋白去乙酰酶抑制剂(hdac),和酗酒。白介素-10 4 -13信号,促炎的概述和profibrotic介质参与模块2。MCODE3模块包括TNFR2经典之中NF-kB途径,肿瘤坏死因子受体超家族成员(TNFSF)调解中的NF-kB通路,和nf -κB信号通路。,差别MCODE4模块包括表皮生长因子受体对这些由表皮生长因子受体信号,分支上皮细胞的伸长。最后,MCODE5模块包括蛋白质泛素化和修改由小型蛋白质结合(图2 (b))。
3.3。KEGG MPXV感染和去分析
确定的功能角色MPXV感染,KEGG去分析212度GSE36854与在线工具和GSE21001 SHINEY (https://bioinformatics.sdstate.edu/go/)。英国石油公司的211度的网络使用闪亮的去从MPXV感染主要是参与多细胞生物发展的监管,监管的磷酸盐代谢过程,细胞分化的调节,和积极的监管(图3(一个))。如图3 (b),KEGG分析212度GSE36854 GSE21001显示,参与冠状病毒疾病,cytokine-cytokine受体相互作用,炎症性肠病,恰加斯病,脂质和动脉粥样硬化,T细胞受体信号通路,c型凝集素受体信号通路,风湿性关节炎,和疟疾。
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3.4。预测药物感染猴痘的使用212度的关系
我们使用的药物斗牛士SHINEY上网工具来预测药物关系使用212度GSE36854和GSE21001 MPXV感染。十大猴痘包括troglitazone相关药物,丙酸,消炎痛,阿托伐他汀,硝酸甘油,cerivastatin,布地奈德,3-morpholinosydnonimine, quinapril,缬沙坦(图3 (c))。
3.5。DisGNET、PaGenBase TRRUST MPXV感染的212度
DisGeNET数据库疾病浓缩使用Metascape工具的分析表明,212度的中心基因GSE36854和GSE21001与增生性玻璃体,肺炎,少年关节炎、贫血、呼吸道疾病等(图4(一))。PaGenBase被用来执行组织特征浓缩Metascape工具分析和显示,基因中心的212度GSE36854和GSE21001主要富集在肺(图4 (b))。TRRUST数据库分析通过使用证明RELA Metascape工具,SP1和NF -κB1是核心基因转录因子调控中心212度MPXV感染(图4 (c))。
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3.6。MPXV和SARS-CoV-2感染的功能分析
从GSE36854 KEGG分析212度,GSE21001 MPXV感染与COVID-19透露COVID-19关系。因此,MPXV和SARS-CoV-2感染之间的关系,确定了Coronascape COVID数据库(https://metascape.org/COVID)是利用。coexpressed基因的生物功能从GSE36854 SARS-CoV-2感染和212度之间,GSE21001 MPXV感染包括GO1902532负调控细胞内信号转导,GO0010942积极调控的细胞死亡,hsa05202转录misregulation癌症,GO0045596负调节细胞分化,GO0043408 MPAK级联的监管,hsa05417 nf -κB信号通路,0009617应对细菌,hsa04668肿瘤坏死因子信号通路(图5(一个))。
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网络使用Cytoscape5可视化,其中每个节点代表一个丰富的术语,彩色首先由其集群ID和MCODE算法紧密连接网络组件之间的基因coexpressed SARS-CoV-2 MPXV感染,如图5 (b)。的PPI交互coexpressed基因受到通路和浓缩过程分析。丰富的网络术语集群参与细胞因子信号的免疫系统,肿瘤坏死因子信号,生长因子,调节MAPK级联,积极调节细胞组件,COVID-19等等(图5 (b))。
3.7。关键转录因子和相关人类疾病之间通过比较MPXV和SARS-CoV-2感染的细胞
DisGeNET发现平台(https://www.disgenet.org)提供Coronascape COVID-19数据库(https://metascape.org/COVID),来确定人类疾病与COVID-19和猴痘。我们使用212度GSE36854 GSE21001比较MPXV和SARS-CoV-2感染。DisGeNET数据库疾病浓缩的分析数据(212度GSE36854和GSE21001 MPXV感染)和COVID-19数据库显示,中心与肺部疾病有关的基因,再灌注损伤、缺氧,皮炎,肺炎,炎症性皮肤病等(图6(一))。转录因子的分析使用TRRUST数据库从我们的数据(212度GSE36854和GSE21001) MPXV感染和COVID-19数据库Metascape确认,REL, STAT3, NFKB1, RELA, SP1等等(图6 (b))。
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4所示。讨论
猴痘的爆发已经分布到几个国家在2022年之后COVID-19大流行。然而,没有信息与COVID-19猴痘的功能及其关系。在目前的研究中,MPXV感染的作用被生物信息学分析。此外,关键路径SARS-CoV-2和猴痘感染之间建议使用生物信息学分析工具。
尽管SARS-CoV-2和MPXV都包膜病毒复制在细胞质中,要求主机机械复制,使新病毒蛋白质,有区别的两个病毒(23]。MPXV双链DNA病毒,而SARS-CoV-2是单链RNA病毒。在过去的两年里,SARS-CoV-2有多个不同的演化支变异的α和β形式,γ、δ,ο演化支(23,36]。MPXV有两个演化支刚果盆地和尼日利亚等(6]。MPXV传播主要通过从人与人之间非常亲密的身体接触传播和长期接触受感染的动物,而COVID-19疾病是由液滴,直接接触,和机载传输SARS-CoV-2 [23]。SARS-CoV-2大流行传播形式的潮汐和波浪,而MPXV传播更多的线性23]。通过macropinocytosis MPXV进入细胞,而SARS-CoV-2穿透人体通过附加其峰值内皮细胞血管紧张素转换酶2受体(ACE-2) [23]。
在这项研究中,基因中心的212度MPXV感染cytoHubba分析参与cytokine-related基因il - 6、il - 10, TNF, CCL2, ICAM1 CXCL8, HDAC-related基因。此外,MCODE分析还与系统性红斑狼疮,hdac和IL 10和4信号。hdac和组蛋白乙酰转移酶扮演主要角色在细胞生存、增长和扩散以及基因转录的调控37]。作为抗炎细胞因子il - 10起着重要的作用,预防病原感染和过度的免疫反应(38,39),而il - 4调节免疫反应(40]。系统性红斑狼疮是众所周知的慢性自身免疫性疾病,产生自身抗体,会影响多个器官41]。
在目前的研究中,212度GSE36854和KEGG分析GSE21001 MPXV感染显示其参与COVID-19 cytokine-cytokine受体相互作用和肿瘤坏死因子的信号。此外,SARS-CoV-2之间coexpressed基因的生物学功能和MPXV感染的细胞系Metascape / COVID-19分析在免疫系统的细胞因子信号丰富,肿瘤坏死因子信号,对细菌,生长因子,和监管的MAPK级联。有证据表明,细胞因子调制与猴痘在人类疾病的严重程度(42]。MPXV海拉细胞感染包括促炎细胞因子和白细胞趋化作用的基因28]MK2型细胞,增强引发基因(27,43]。许多研究表明,SARS-CoV-2与特异表达炎性反应,如细胞因子风暴和炎性分子(44,45]。因此,猴痘和COVID-19可能与炎症相关的免疫反应。
一项研究表明,转录因子调节转录发挥重要作用,新陈代谢和免疫反应43,46,他们与疾病密切相关47]。在这项研究中,小君,REL NFKB1, STAT3主要涉及转录因子根据TRRUST分析当比较MPXV和SARS-CoV-2感染。有证据表明,小君,REL NFKB1, STAT3参与炎症(48- - - - - -51]。
5。结论
总之,基于cytoHubba中心基因和MCODE分析MPXV感染包括细胞因子和HDAC-related基因。KEGG MPXV感染的分析显示,COVID-19 MPXV的参与,cytokine-cytokine受体相互作用,肿瘤坏死因子信号通路。我们的研究数据表明,猴痘的作用类似于COVID-19细胞因子的信号在免疫系统和肿瘤坏死因子的信号。我们的研究提供了病理洞察力的猴痘和分子之间的联系COVID-19和猴痘。我们的研究有一些局限性由于缺少实验验证的计算数据。在未来它将不可避免地需要深入研究。
数据可用性
数据用于这项研究可用在NCBI(基因表达国家生物技术信息中心综合),https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
本研究韩国国家研究基金会的支持下,由教育部资助(批准号nrf - 2021 r1i1a1a01052609)。