Експериментальний
і терапевтичний
Ліки

  • Журнал Головна
  • Поточне питання
  • Майбутній випуск
  • Найчитаніші
  • Найчастіше цитовані (розміри)
    • Останні два роки
    • Разом
  • Найчастіше цитовані (CrossRef)
    • Минулий рік 0
    • Разом

  • Соц.медіа
    • Минулий місяць
    • Минулий рік
    • Разом
  • Архів
  • Інформація
  • Онлайн подання
  • Інформація для авторів
  • Редагування мови
  • Інформація для рецензентів
  • Редакційна політика
  • Редакційна колегія
  • Цілі та сфера застосування
  • Абстрагування та індексування
  • Бібліографічна інформація
  • Інформація для бібліотекарів
  • Інформація для рекламодавців
  • Передруки та дозволи
  • Зверніться до редактора
  • Загальна інформація
  • Про Спандідос
  • Конференції
  • Вакансії
  • Зв'язок
  • Правила та умови
  • Автори:
    • Лінг Лі
    • Гуанью Ван
    • Нін Лі
    • Хайян Ю
    • Цзяньпін Сі
    • Дживен Ван
  • Ця стаття згадується в:

    Анотація

    Вступ

    Ожиріння - це медичний стан, при якому надлишок жиру в організмі накопичується до певної міри, і у постраждалих людей може бути зменшена тривалість життя та збільшені проблеми зі здоров’ям (1). Дитяче ожиріння стає проблемою здоров'я в розвинених країнах та країнах, що розвиваються (2,3). Ожиріння спричинене поєднанням генетичних, поведінкових, соціальних, культурних, метаболічних та фізіологічних факторів (4). Дитяче ожиріння збільшує ймовірність деяких захворювань, таких як гіперліпідемія, інсулінорезистентність та гіпертонія (5). Фізіологічні механізми, пов’язані з ожирінням, були поглиблено досліджені (6), але деякі ключові молекулярні механізми, пов’язані з ожирінням, залишаються визначеними.

    шляхів

    Дані мікрочипів GSE29718 раніше використовувались для виявлення зв'язків між діабетом 2 типу та ожирінням (16) або використовувались для виявлення молекулярних механізмів зв'язку між ожирінням та колоректальним раком (17). У цьому дослідженні на основі даних мікрочипів GSE29718 виявлено диференційовано експресовані гени (DEG) у дітей із ожирінням порівняно з тими у худих дітей. Потім проводили аналіз функціонального збагачення ДЕГ. Крім того, була встановлена ​​мережа білково-білкової взаємодії (ІПП) та проаналізовані важливі гени, пов’язані з ожирінням. Це дослідження мало на меті виявити критичні гени або шляхи, пов'язані з ожирінням дітей, та вивчити можливі основні молекулярні механізми.

    Матеріали і методи

    Дані мікрочипів Affymetrix

    Набір даних масиву GSE29718, депонований Там та співавт. (18), був завантажений з бази даних Gene Expression Omnibus (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/). Набір даних містив 5 зразків вісцеральної жирової тканини та 15 зразків підшкірної жирової тканини від дітей. Для подальшого аналізу використовували лише зразки підшкірної жирової тканини, отримані від 7 дітей із ожирінням та 8 худих дітей. Дані масиву базувались на платформі GPL6244 Affymetrix Human Gene 1.0 ST Array, версія розшифровки (ген) (Affymetrix Inc., Санта-Клара, Каліфорнія, США).

    Попередня обробка даних

    Вихідні дані були попередньо оброблені за допомогою надійного алгоритму багаторівневого середнього (19) із застосуванням оліго (20) у програмному забезпеченні R Bioconductor (Сіетл, штат Вашингтон). Процес попередньої обробки включав корекцію фону, нормалізацію та обчислення експресії генів. Нарешті, загалом було отримано 18977 значень експресії генів.

    DEG-аналіз

    DEG у зразках у дітей, що страждають ожирінням, порівняно з тими у нежирних дітей аналізували за допомогою пакету лімми (21) у Bioconductor. P-значення DEG розраховували за допомогою непарного t-критерію Стьюдента (22) у пакеті лімми в процесі аналізу. | log 2 FC | ≥0,4 і P 0,4 було встановлено як порогове значення в цьому дослідженні. Мережі PPI були побудовані за допомогою програмного забезпечення Cytoscape (27). Більше того, вузли з вищим ступенем взаємодії розглядалися як вузлові вузли.

    Аналіз важливих генів та факторів транскрипції, пов'язаних із ожирінням

    Порівняльна база даних токсикогеноміки (CTD) (30) - це інструмент, який використовується для формалізації, гармонізації та централізації даних про гени та білки для різних видів. У цьому дослідженні оцінено, чи будь-який з маркерних генів серед виявлених ДЕГ раніше був внесений до маркерів ожиріння в базі даних CTD. «Ожиріння» використовувалось як ключове слово для введення даних при CTD. Згодом плагін cytoscape iRegulon (31) був використаний для аналізу факторів транскрипції, що регулюють маркери генів. iRegulon використовує цис-регуляторний аналіз послідовності для зворотного проектування транскрипційної регуляторної мережі, що лежить в основі ко-експресованого набору генів. Він інтегрує інформацію про фактор транскрипції з баз даних, таких як Transfac, Jaspar, Encode, Swissregulon та Homer, та виявляє збагачені мотиви фактора транскрипції та оптимальні набори їх прямих цілей за допомогою ранжування та відновлення в усьому геномі. Параметри параметрів були наступними: Мінімальна ідентичність між ортологічними генами = 0,05 та максимальна частота помилкових виявлень за подібністю мотивів = 0,001. Результатом став нормований бал збагачення (NES). Чим вищі були бали, тим надійнішими були результати. Були відібрані фактори транскрипції та цільові пари генів із NES> 5.

    Результати

    DEG-аналіз

    Як показано на рис. 1, у зразках у дітей із ожирінням було виявлено в цілому 199 DEG (79 вгору та 120 генів, що регулюються вниз) у порівнянні з тими у худих дітей з P 2 FC | ≥0,4. Середнє значення log 2 FC регульованих генів становило 0,585, а зниженого регулювання - 0,558.

    Фігура 1.

    Теплова карта диференційовано експресованих генів. Зелений колір позначає нижчий, а червоний - вищий рівень виразності. Чорний колір означає відсутність диференціального вираження.

    Аналіз GO та збагачення шляхів

    Аналізи GO, KEGG та Reactome були проведені для DEG, що регулюються вгору та вниз. Попередньо регульовані ДЕГ в основному збагачувались з точки зору позаклітинного простору, імунної відповіді та процесу імунної системи (табл. I). Крім того, матричні металопротеїнази 9 (MMP9) значно збагачувались на шляхах процесів імунної системи. Нижче регульовані ДЕГ в основному були пов'язані з регулюванням системного процесу та циклічного нуклеотиду, інгібованого циклічним гуанозинмонофосфатом (цГМФ) (Таблиця I).

    Таблиця I.

    GO-аналіз диференційовано експресованих генів (P [i] BP, біологічний процес; CC, клітинний компонент; MF, молекулярна функція; GO, онтологія генів; cGMP, циклічний гуанозинмонофосфат.

    Значно збагаченими KEGG-шляхами регульованих DEG були молекули клітинної адгезії та фагосома (Таблиця IIA). Значно збагаченими KEGG-шляхами регульованих DEG були метаболізм азоту та пропаноат (таблиця IIA). Значно збагаченими шляхами реактоми регульованих ДЕГ були імунна система та адаптивна імунна система (таблиця IIB). Значно збагачені шляхи реактому регульованими ДЕГ сигналізували про ефекти ретиноевої кислоти та цГМФ (таблиця IIB).

    Таблиця II.

    [i] KEGG, Кіотська енциклопедія генів і геномів; цГМФ, циклічний гуанозинмонофосфат; PI3K, фосфоїнозитид-3-кіназа; SCF, фактор стовбурових клітин.

    Аналіз мережі PPI

    Всього було отримано 103 вузли та 147 білкових пар з оцінкою ІПП> 0,4 ​​на основі бази даних STRING (рис. 2). Взаємодія білків, кодованих DEG, була непомітною. Білками, які були тісно пов'язані з іншими білками зі ступенем взаємодії ≥10, були MMP9 (ступінь = 16), ацетил-КоА карбоксилаза β (ACACB; ступінь = 13), прото-онкоген MET, рецептор тирозин-динази (MET; ступінь = 11) та коефіцієнт фон Віллебранда (VWF; ступінь = 10). Видобуток літератури проводили для 8 генів з високим ступенем взаємодії в мережах. Мережа співцитування цих 8 генів у літературі, представленій у звітах, показана на рис. 3А, а результати, повідомлені попередніми дослідженнями щодо цих генів, наведені в таблиці III. Важливі результати аналізу збагачення цих 8 генів, про які повідомляється, що представлені в літературі, показані на рис. 3B, і збагачення було виявлено такими термінами, як зв'язуючий білок 1, активні форми кисню та активність кінази.

    Малюнок 2.

    Мережа білково-білкової взаємодії диференційовано експресованих генів. Червоні вузли являють собою регульовані, а зелені - регульовані гени.

    Малюнок 3.

    (A) Мережа спільного цитування з 8 генів з вищим ступенем експресії згідно з попередніми дослідженнями. Цифри на лініях зв’язку вказують на кількість досліджень, процитованих спільно. (Б) Значні результати збагачення цих 8 генів з попередніх досліджень. ММР, матрична металопротеїназа; ACACB, ацетил-КоА карбоксилаза β; VEGFA, судинний фактор росту ендотелію α; VWF, фактор фон Віллебранда; AR, рецептор андрогену; IRF, регуляторний фактор інтерферону.

    Таблиця III.

    Гени концентратора, визначені цим дослідженням у літературі.

    Таблиця III.

    Гени концентратора, визначені цим дослідженням у літературі.

    Гени Когени (n) Ко-цитати (n) Всього (n)
    MMP9 4 22 18 527
    ITGB2 1 1 6736
    ALOX5 1 1 325
    CD86 1 1 7 281
    S100A4 1 16 977
    AR 1 1 13 054
    HP 1 1 6 963
    LCP1 1 1 289
    CHI3L1 1 4 729
    CYBB 1 2 2048
    IRF1 1 2 1885

    [i] MMP, матрична металопротеїназа; AR, рецептор андрогену; IRF, регуляторний фактор інтерферону; ITGB2, інтегрин β2; ALOX5, арахідонат 5-ліпоксигеназа; S100A4, S100 зв’язуючий кальцій білок A4; HP, гаптоглобін; LCP1, цитозольний білок лімфоцитів 1; CHI3L1, хітиназа 3-подібна 1; CYBB, β-ланцюг цитохрому B-245. Когени вказують на кількість зчеплених генів. Спільні цитати вказують на кількість інших генів, котрі цитуються з цим геном в результаті видобутку літератури.

    Аналіз маркерних генів та факторів транскрипції, пов'язаних із ожирінням

    Загалом 11 попередньо повідомлених маркерних генів ожиріння, перелічених у CTD, включаючи ACACB, MMP9, глутамат-аміачну лігазу та феритиновий легкий поліпептид, були виявлені серед DEG цього дослідження. Рівні експресії цих 11 генів у зразках дітей, що страждають ожирінням та худими, показані на рис. 4А.

    Малюнок 4.

    (А) Рівні експресії 11 маркерних генів у зразках від ожиріння та худих дітей, які були включені до асоційованих з ожирінням маркерних генів у порівняльній базі токсикогеноміки. (B) Мережа регуляторних факторів транскрипції маркерних генів. ММР, матрична металопротеїназа; ACACB, ацетил-КоА карбоксилаза β. Червоні вузли представляють гени, що регулюються, зелені - гени, що не регулюються, а жовті - регулюючі фактори. EP300, E1A, що зв’язує білок P300; FOXA3, коробка вилки A3; СРЮ, регіон, що визначає стать; HSD11B1, гідроксистероїд 11-β-дегідрогеназа 1; ALDH6A1, альдегіддегідрогеназа 6, член сім'ї А1; PFKFB3, 6-фосфофрукто-2-кіназа/фруктоза-2,6-біфосфатаза3; GLUL, глутамат-аміачна лігаза; CTSS, катепсин S; CIDEA, DFFA-подібний ефектор А, що викликає смерть клітини; FTL, легкий ланцюг феритину; VDR, рецептор вітаміну D; SRF, коефіцієнт відповіді сироватки крові; GCM1, гліальні клітини, у яких відсутній гомолог 1; SNAI2, репресор транскрипції сімейства равликів 2.

    Мережа регуляції транскрипції цих маркерних генів показана на рис. 4В. Факторами транскрипції з оцінкою NES> 5 були EP300 (білок, що зв'язує E1A P300, NES = 6,63), FOXA3 (Forkhead Box A3, NES = 6,286), SRY (область визначення статі Y, NES = 6,11), SNAI2 (NES = 5,925 ), SRF (коефіцієнт реакції на сироватку крові, NES = 5,64), MAFA (коефіцієнт транскрипції MAF BZIP A, NES = 5,464), GCM1 (глиальні клітини, що відсутній гомолог 1, NES = 5,157) та VDR (вітамін D (1,25-дигідроксивітамін D3) ) Рецептор, NES = 5,115).

    Обговорення

    У цьому дослідженні було виявлено в цілому 199 DEG (79 вгору та 120 генів, що регулюються вниз) у зразках дітей із ожирінням порівняно з тими у нежирних дітей у наборі даних масиву GSE29718. Результати свідчать про те, що MMP9 та ACACB мали високий ступінь взаємодії в мережі ІЦВ та були маркерними генами у дітей із ожирінням. Більше того, регульовані ДЕГ значно збагачувались на шляхах реактому імунної системи та в різних асоційованих термінах категорії GO-BP з вищими значеннями P. Крім того, MMP9, регульований DEG, був збагачений термінами імунної системи категорії GO-BP.

    MMP, сімейство цинкозалежних ендопептидаз, зменшують компоненти базальних мембран та позаклітинного матриксу. Попереднє дослідження показало, що MMP9 є надрегульованим у дітей із ожирінням (32). Florys та співавт. (33) повідомили про підвищення рівня MMP9 у дітей із ожирінням, хворих на цукровий діабет 1 типу. Крім того, MMP9 відіграє значну роль у розширенні жирових клітин та жирової тканини (34). Було висловлено припущення, що позаклітинний матрикс, перероблений MMP9, регулював диференціацію адипоцитів, що в результаті призводило до прогресування ожиріння (35). Більше того, поліморфізм С-1562 Т промотору гена MMP9 може призвести до розвитку ожиріння (35). У цьому дослідженні MMP9, який мав найвищий ступінь взаємодії в мережі ІПП, був визначений як маркерний ген у дітей із ожирінням. Таким чином, результати цього дослідження відповідають результатам попередніх і свідчать про те, що MMP9 може бути ключовим геном, пов’язаним із ожирінням дітей.

    Крім того, ACACB, який також мав високий ступінь взаємодії в мережі ІПП, був визначений як маркерний ген, пов'язаний з ожирінням дітей у цьому дослідженні. ACACB, одна ізоформа ACAC, бере участь у окисленні жирних кислот (36,37). Варіанти алелю ACACB пов'язані з ожирінням (38). Попереднє дослідження показало, що жирові відкладення можуть виступати механізмом метаболічної адаптації та сигналом, що знижує регуляцію експресії ACACB у жировій тканині (39). Крім того, поліморфізми rs2268388 ACACB пов'язані з важким ожирінням, і ACACB бере значну участь у розладах, пов'язаних з енергетичним метаболізмом, таких як ожиріння (38). Крім того, ACACB бере участь у синтезі тригліцеридів, і вміст тригліцеридів підошви в м’язах надмірної маси був більшим, ніж у худих людей (40,41). Отже, ACACB може бути ключовим геном, пов’язаним із ожирінням.

    Результати цього дослідження показали, що MMP9, ACACB та шляхи імунної системи можуть відігравати важливу роль у дитячому ожирінні. Манко та співавт. (47) припустили, що велика втрата ваги впливала на вроджену імунну систему у жінок із ожирінням. Лаймер та співавтори (48) вказали, що втрата ваги у жінок із ожирінням пов'язана зі зниженням MMP9. Таким чином, MMP9 та шляхи імунної системи також можуть відігравати значну роль у ожирінні дорослих. Однак, наскільки нам відомо, жодне попереднє дослідження не виявило, що ACACB був безпосередньо пов'язаний з розвитком ожиріння у дорослих, і, отже, цей ген може не мати прямого значення для ожиріння дорослих. ACACB може диференційовано виражатися у ожирінні у дітей порівняно із ожирінням серед дорослих, що залишається уточненим у наступних дослідженнях. Гени та шляхи, пов’язані з ожирінням у дітей та дорослих, а також їх відмінності все ще повинні бути повністю з’ясовані.

    На закінчення, MMP9, ACACB та шляхи імунної системи можуть відігравати значну роль у дитячому ожирінні. Однак необхідні подальші дослідження ключових генів та шляхів, пов’язаних із ожирінням дітей. Крім того, потрібно з’ясувати молекулярні механізми ожиріння дорослих та порівняти їх із механізмами дитячого ожиріння, щоб виявити відмінності між ними.

    Подяки

    Це дослідження було підтримане Спеціальним фондом для вчених Тайшань (грант № ts20110814) та проектом Науково-технічної програми провінції Шаньдун (грант № 2014GSF118179).

    Список літератури

    Хаслам Д.В. та Джеймс В.П .: Ожиріння. Ланцет. 366: 1197–1209. 2005. Переглянути статтю: Google Scholar: PubMed/NCBI