مقالة بحثية

المعلوماتية الحيوية تحديد المؤشرات الحيوية المرشحة المرتبطة بالتهاب دواعم الأسنان في الخلايا الجذعية المعالجة بالسيتوكينات في أربطة اللثة

DOI:

10.3791/68863

⸱

مارس 31, 2026

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Periodontology and Oral Mucosa, The Second Affiliated Hospital of Harbin Medical University, 2Department of Preventive dentistry, Heilongjiang Provincial Stomatological Disease Prevention and Treatment Hospital, 3Department of Stomatology, The First Affiliated Hospital of Harbin Medical University

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تهدف الدراسة الحالية إلى استكشاف الجينات غير المنظمة من خلال تحليل المعلوماتية الحيوية في الخلايا الجذعية المعالجة بالسيتوكينات في أربطة اللثة. تم تحديد ERC2-IT1 المرتفع و EPB41L4A-AS1 المنظم بانخفاض كجزيئات رئيسية في هذه الخلايا، والتي قد تكون مؤشرات حيوية مرشحة مرتبطة بالتهاب دواعم السن.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

كان الهدف الأساسي من الدراسة الحالية هو دراسة الآلية الجزيئية المحتملة وراء خلايا الجذع في أربطة اللثة المستحثة بواسطة السيتوكينات (PDLSCs). تم استرجاع بيانات المصفوفات الدقيقة من مجموعة البيانات GSE260558 من قاعدة بيانات التعبير الجيني الشاملة (GEO). بعد التطبيع، تم تحديد الجينات غير المنظمة. بعد ذلك، خضعت ال mRNA المعبر عنها المختلفة (DE-mRNAs) لتحليلات إثراء جينات (GO) وموسوعة كيوتو للجينات والجينومات (KEGG). لاحقا، تم فحص جينات المحور بناء على شبكة تفاعل البروتين والبروتين (PPI). وأخيرا، تم إنشاء شبكات تنظيمية تنافسية للحمض النووي الريبي الداخلي (ceRNA) التي تحتوي على جينات المحور باستخدام موقع ENCORI. تم تحديد ما مجموعه 739 من ال lncRNA المعبر عنها (DE-lncRNAs) و809 mRNA معبرة مختلفة (DE-mRNAs) باستخدام حزمة ليما في لغة البرمجة R. ثم أظهرت تحليلات GO وKEGG أن DE-mRNA مرتبطة ارتباطا وثيقا بالالتهاب وتكوين المصفوفة خارج الخلايا في PDLSCs المعالجة بالسيتوكين. تم بناء شبكة تفاعل بروتين مع البروتين (PPI) لدي إم آر نا، وتم الحصول على جينات المحور من خلال تقييم الدرجة. تم فحص ما مجموعه 12 جينا مركزيا مرتفعا و12 جينا مركزيا منخفضا. ثم تم استخدام هذه الجينات المركزية التي ترفع وتخفيض لبناء شبكة تنظيمية للرنا السيرني، على التوالي. في هذه الشبكات، اعتبر ERC2-IT1 المعدل المعدل و EPB41L4A-AS1 المنخفض التنظيم كأنينات lncRNA رئيسية في التهاب دواعم السن. في الختام، كشف تحليل المعلوماتية الحيوية عن عدة جينات رئيسية وشبكة تنظيمية للحمض النووي الريبي المغناطيسي الدماغي (ceRNA) شاركت في تطور PDLSCs المستحثة بواسطة السيتوكينات. على الرغم من أن هذه الدراسة حددت عدة مؤشرات حيوية مرشحة مرتبطة بالتهاب دواعم السن، إلا أن هناك حاجة لمزيد من التحقق التجريبي في نماذج الحيوانات أو العينات السريرية.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وفقا لمنظمة الصحة العالمية، يعتبر التهاب دواعم الأسنان سادس أكثر الأمراض التهابية مزمنة انتشارا وانتشارا وعدم قابلية للعكس بين البشر 1,2. في العصر الحالي، يؤثر على ما يقرب من 15٪ من سكان العالم 1,2,3. وقد تم الإبلاغ عن أن التهاب دواعم السن مرتبط ارتباطا قويا بعوامل متنوعة مثل العمر، الجنس، ممارسات نظافة الفم، حالة التدخين، العرق، الوضع الاجتماعي والاقتصادي المنخفض، ومجموعة من الأمراض الجهازية2،3،4،5. التهاب دواعم السن، الذي له انتشار مرتفع بشكل ملحوظ بين كبار السن، يسبب بشكل مرضي تغيرات خلل حيوية في الميكروبيوتا تحت اللثة التي تلتصق بالأسنان 6,7. إذا تركت هذه الحالة دون علاج، تؤدي في النهاية إلى تدمير العظام، وحركة الأسنان، وفقدان مؤسف للأسنان8. وبالتالي، هناك حاجة ملحة لفهم شامل للآليات الجزيئية وراء التهاب دواعم السن وتحديد العلامات التشخيصية للمرض.

يعتبر التعقيد البنيوي والتفاعلي لأنسجة اللثة أحد العوامل المهمة التي تساهم في الصعوبة الكبيرة التي تواجهها عملية تجدد اللثة 9,10. من بين مجموعة متنوعة من الخلايا الجذعية الميزنكيمية (MSCs) المستخدمة لغرض تجدد اللثة، ثبت أن خلايا الأربطة اللثوة (PDLSCs) مصدرا موثوقا للغاية لتكوين هياكل جديدة تشبه الأسمنتوم في البيئة الحية 11,12. في الدراسات ما قبل السريرية الأخيرة التي أجريت، أظهر العلاج القائم على PDLSCs نتائج واعدة للغاية في مجال تجديد الأنسجة13,14. مقارنة بأنسجة اللثة للمريض، أظهر تحليل النسخ لأنابيب PDLSC توجها وظيفيا أقوى وإمكانات تحول علاجية13,14.

تمكن تقنيات المعلوماتية الحيوية وطرق تحليل المعلوماتية الحيوية الباحثين من تحديد العمليات البيولوجية المحتملة والارتباطات مع الإحصاء البروتيومي والجينومي والاستقلابی15,16. بالإضافة إلى ذلك، تمكن الطبيعة عالية الإنتاجية لتقنية المعلوماتية الحيوية الباحثين من تحليل مجموعات البيانات البيولوجية واسعة النطاق، مثل تلك الناتجة عن الجيل التالي من التسلسل وتجارب المصفوفات الدقيقة17،18. تسمح هذه القدرة بتحديد العلامات الحيوية المحتملة لتشخيص المرض وتوقعه19,20. على سبيل المثال، تم تحديد ديسينتيغرين وإزيم الميتالوبروتيناز 28 (ADAM28) ومجال يشبه الديسينتيگرين وميتالوبروتياز مع زخارف من نوع الثرومبوسبودين الأول مثل-3 (ADAMTSL3) كمؤشرات حيوية جديدة في أنسجة اللثة من مرضى التهاب دواعم الأسنان من خلال تحليل شامل يعتمد على تقنية المعلوماتية الحيوية21. بالإضافة إلى ذلك، تم الإبلاغ عن عدة جينات مرتبطة بالفيروس النباتي، بما في ذلك منشط المستقبل النووي 4 (NCOA4)، وناقل المذاب 1A5 (SLC1A5)، وبروتين الصدمة الحرارية B1 (HSPB1)، بأن لها قيمة تشخيصية أفضل في التهاب دواعم الأسنان22. ومع ذلك، تستحق الآلية الجزيئية لالتهاب دواعم السن المزيد من البحث. في هذه الدراسة، يسعى الباحثون لاستخدام تقنية المعلوماتية الحيوية لدراسة جينات المحور في الخلايا العصبية المفرطة المدفوعة بالسيتوكينات واكتشاف العمليات البيولوجية والمسارات المحتملة المرتبطة بالتهاب دواعم السنة. يلتقط تحليل المعلوماتية الحيوية لشبكات PDLSC المعالجة بالسيتوكينات برامج النسخ الناتجة عن الالتهاب ذات الصلة بخلل PDLSC، والذي يعالج الفجوة بين خلل PDLSC والتهاب دواعم السن. تقدم هذه الجينات والمسارات الأساسية في الخلايا الكيميائية الخلفية المزمنة المدفوعة بالسيتوكينات رؤى قيمة حول الآليات الموحدة وراء التهاب دواعم السن.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. مجموعة البيانات

استخدم هذا التحليل بيانات متاحة للجمهور ولم يشمل البشر أو الحيوانات، وفقا للإرشادات الأخلاقية المؤسسية وجمعية الفنون الخضراء (JoVE). جميع المعلومات المتعلقة بالمنصات المستخدمة متاحة في جدول المواد.

  1. اختر ما مجموعه 6 عينات (GSM8119437، GSM8119438، GSM8119439، GSM8119440، GSM8119441، و GSM8119442) من مجموعة بيانات GSE260558 (المركز الوطني لتعبير جينات المعلومات الحيوية، https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE260558) لتحليل المعلوماتية الحيوية.
  2. في هذه العينات، تزرع خلايا جذع أربطة اللثة (PDLSCs) في وسط طبيعي أو في وسط يحتوي على سيتوكينات التهابية لمدة 7 أيام.
  3. استخرج إجمالي الحمض النووي الريبي من PDLSCs وخضعه لتسلسل عالي الإنتاجية23. يتم عرض عملية التحليل المعلوماتي الحيوي في الشكل 1.

2. تحديد DEGs

  1. تحليل ملفات التعبير ل lncRNA و mRNA باستخدام برنامج ليما (الإصدار: 3.46.0) كما هو موضح سابقافي 24.
  2. قم بإجراء مقارنات زوجية بين السيتوكينات والمجموعات الطبيعية.
  3. استخدم تصحيح معدل الاكتشاف الخاطئ (FDR) مع حد قياسي < 0.05 لتحديد الجينات التي تعبر عنها بشكل مختلف بشكل ملحوظ. استخدم قيم p المعدلة (FDR) للتحكم في نسبة الإيجابيات الكاذبة بين النتائج ذات الدلالة الإحصائية.
  4. استخدم حدا معدل لقيمة P بقيمة < 0.05 وعتبة تغير الطية > 1 لتحديد lncRNA أو mRNA غير منظم بشكل كبير.
  5. قدم التعبير الجيني التفاضلي في مخططات البراكين (ggplot2: الإصدار 3.4.1)، والتي تم توليدها باستخدام برنامج R (الإصدار 4.0.4).
  6. قم بإدراج أفضل 10 lncRNA وmRNA غير منظمة في الجداول.

3. تحليل الإثراء الوظيفي

  1. إجراء تحليل إثراء GO لجرعات DE-mRNA باستخدام قاعدة بيانات ديفيد الإلكترونية (قاعدة بيانات التعليق والتصور والاكتشاف المتكامل، https://david.ncifcrf.gov/).
    1. قدم الجينات غير المنظمة إلى الموقع الإلكتروني، واختر مصطلحات GO، بما في ذلك الوظيفة الجزيئية (MF)، العمليات البيولوجية (BP)، ومكونات الخلايا (CC)، لإجراء تحليل GO.
    2. أرسل الجينات غير المنظمة إلى إضافة Cytoscape (الإصدار: 3.8.2) ClueGO [16]+ وتطبيق Cluepedia.
    3. طبق تصحيح بنجاميني-هوشبرغ للمقارنات المتعددة وحدد عتبة الدلالة عند قيمة P معدلة < 0.05.
    4. حمل النتائج من Cytoscape. قم بترتيب الإثراء حسب الترتيب التنازلي بناء على قيمة P، وعرض أفضل 5 إثراءات في كل فئة.
  2. موسوعة كيوتو للجينات والجينومات (KEGG) هي مورد قيم في قاعدة البيانات لفهم الوظائف والتأثيرات عالية المستوى للأنظمة البيولوجية (http://www.genome.jp/kegg/).
    1. قم بإجراء تحليل KEGG بنفس الطريقة باختيار KEGG-PATHWAY على الموقع الإلكتروني.
    2. حدد عتبة الدلالة عند قيمة P معدلة < 0.05.، وقدم أفضل 10 إثراءات في هذه الدراسة. قم بإجراء هذه التحليلات التخصيبية وفقا للدراسات المبلغ عنها 25,26.

4. شبكة PPI

  1. التنبؤ وبناء شبكة تفاعلات البروتين والبروتين (PPI) باستخدام أداة البحث لاسترجاع الجينات المتفاعلة (STRING، الإصدار 12.0).
  2. أرسل 318 mRNA معيد تنظيمه أو 465 mRNA منخفض التنظيم إلى موقع STRING لبناء شبكة PPI.
  3. تصدير بيانات التفاعل من شبكة PPI، وتقديم البيانات إلى برنامج Cytoscape.
  4. إخفاء العقدة الفردية في شبكة PPI. قم بتحميل شبكة مثبطات مضخة البروتون الموجودة في هذه الدراسة.
  5. احسب الخصائص الطوبولوجية للشبكة، بما في ذلك توزيع الدرجات، باستخدام تطبيق CentiScaPe، وهو إضافة من Cytoscape.
  6. قم بقياس الطوبولوجيا المحلية لكل جين بجمع عدد الجينات المجاورة، وعد التفاعلات لعقدة معينة.
  7. قم بترتيب جميع الجينات من شبكة مثبطات مضخة البروتون بالترتيب التنازلي بناء على درجة اتصالها.
  8. اختر أفضل 12 جينا مرتفعا وأفضل 12 جينا منخفضا من هذه القائمة المصنفة كجينات مركزية.

5. شبكة تنظيم miRNA-mRNA

ملاحظة: استخدمت قاعدة بيانات ENCORI (الإصدار 12.0، https://rnasysu.com/encori/) للتنبؤ بالارتباطات التنظيمية بين الميكروRNA (miRNAs) وDE-lncRNA (أو جينات المحور).

  1. قدم جينات المركز المرتفعة أو جينات المركز التي تم تنظيمها منخفضا إلى ENCORI، وحدد برنامج معيار القطع ≥5 في ستة برامج إجمالا، بما في ذلك PITA، RNA22، miRmap، miRanda، PicTar، وTargetScan، لتحليل التنبؤ في ENCORI.
  2. قم بتنزيل ال miRNA المتوقعة وتقديمها إلى ENCORI للحصول على lncRNA محتملة.
  3. قم بتنزيل lncRAs المتوقعة وحدد ال lncRNA المتداخلة بين الخطوة 5.2 والشكل 2.
  4. يرجى إرسال جينات المركز، وmiRNA التي تم الحصول عليها في القسم 5.1، وlncRNA التي تم الحصول عليها في الخطوة 5.3 إلى برنامج Cytoscape (الإصدار 3.4.0) لبناء شبكة ceRNA.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تحديد مستويات المسح المبكر
تم استخدام برنامج ليما R لتحليل ملفات التعبير التفاضلية لل lncRNA وmRNAs. تم تحديد الفروق بين المجموعتين بواسطة اختبار t غير مزدوج. كما هو موضح في مخطط البركان (الشكل 2)، تم تحديد ما مجموعه 739 من lncRNA معبرة عن (DE-lncRNAs، قيمة p<0.05، |log2FC|>1). من بين هذه الريانا الدي-لينكية، تم تحديد 340 رنا مفوضة و399 رنا نابضة بانخفاض في مجموعة السيتوكينات مقارنة بالمجموعة الطبيعية. بالإضافة إلى ذلك، تم تحديد ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تعتبر خلايا الأربطة الجذعية في اللثة (PDLSCs) خلايا رئيسية تلعب دورا حيويا في كبح تلف اللثة طوال مرحلتي التقدم والتعافي من التهاب دواعم السن32,33. أظهرت كمية كبيرة من الأدلة بوضوح أن الحضانة تحت الحالة الالتهابية لديها القدرة على تسريع شيخوخة PDLSCsبشكل كبير 34,35. ومع ذلك، من الجدير بالذكر أن ظاهرة شيخوخة الخلية استجابة للحضانة الالتهابية ومساهمتها في خلل الخ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن المؤلفون أنه لا توجد مصالح متنافسة في هذه الدراسة.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نقدر الدعم من المستشفى الثاني التابع لجامعة هاربين الطبية، ومؤسسة العلوم الطبيعية في مقاطعة هيلونغجيانغ (LH2023H037)، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية (82201070).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
Rمؤسسة R للحوسبة الإحصائية4.0.4بيئة مفتوحة المصدر الأساسية للحوسبة الإحصائية. تعد أساسا لجميع التحليلات اللاحقة. تستخدم عادة مع RStudio.
ليمامجتمع الموصلين الحيويين (التطوير الرئيسي: والتر ومعهد إليزا هول)3.46.0حزمة متخصصة لتحليل التعبير التفاضلي للمصفوفات الدقيقة وRNA-seq; 
سيتوسكيباتحاد سايتوسكيب3.8.2منصة مفتوحة المصدر لعرض الشبكة. تتطلب تثبيتا منفصلا؛ تدعم الإضافات مثل ClueGO و cytoHubba عبر متجر التطبيقات.
الوترمختبر علم الأحياء الجزيئي الأوروبي12أكبر قاعدة بيانات في العالم للتفاعلات المتوقعة والمعروفة بين البروتين والبروتين (PPI). يمكن الوصول إليها عبر الويب أو إضافة Cytoscape؛ توفر درجات الثقة.
إنكوريجامعة صن يات-سن3قاعدة بيانات عامة تركز على شبكات ceRNA (miRNA-mRNA-lncRNA).

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

RNA KEGG

مقالات ذات صلة