Identifizierung von Biomarkern für die Geschlechtsspezifität der Alzheimer-Krankheit auf der Grundlage der glialen Transkriptomprofile

Zusammenfassung

In dieser Studie wurden Einzelkern-Transkriptome von dreiunddreißig Personen mit Alzheimer-Krankheit (AD) analysiert und geschlechtsspezifische DEGs in Gliazellen aufgedeckt. Die Analyse der funktionellen Anreicherung hob synaptische, neuronale und hormonbezogene Signalwege hervor. Schlüsselgene, nämlich NLGN4Y und seine Regulatoren, wurden identifiziert und potenzielle therapeutische Kandidaten für geschlechtsspezifische AD vorgeschlagen.

Zusammenfassung

Viele geschlechtsspezifische Biomarker wurden kürzlich bei der Alzheimer-Krankheit (AD) entdeckt; Über zerebrale Gliazellen wurde jedoch selten berichtet. Diese Studie analysierte 220.095 Einzelkern-Transkriptome aus dem frontalen Kortex von dreiunddreißig AD-Personen in der GEO-Datenbank. Geschlechtsspezifische differentiell exprimierte Gene (DEGs) wurden in Gliazellen identifiziert, darunter 243 in Astrozyten, 1.154 in Mikroglia und 572 in Oligodendrozyten. Funktionelle Annotationsanalysen der Gene Ontology (GO) und Analysen der Anreicherung des Signalwegs in der Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) zeigten die funktionelle Konzentration in synaptischen, neuralen und hormonbezogenen Signalwegen. Das Protein-Protein-Interaktionsnetzwerk (PPI) identifizierte MT3, CALM2, DLG2, KCND2, PAKACB, CAMK2D und NLGN4Y in Astrozyten, TREM2, FOS, APOE, APP und NLGN4Y in Mikroglia und GRIN2A, ITPR2, GNAS und NLGN4Y in Oligodendrozyten als Schlüsselgene. NLGN4Y war das einzige Gen, das von den drei Gliazellen gemeinsam genutzt wurde, und wurde als Biomarker für die Geschlechtsspezifität von Alzheimer identifiziert. Das Gen-Transkriptionsfaktor (TF)-miRNA-koregulatorische Netzwerk identifizierte Schlüsselregulatoren für NLGN4Y und seine Ziel-TCMs. Ecklonia kurome Okam (Kunbu) und Herba Ephedrae (Mahuang) wurden identifiziert und die Auswirkungen der Wirkstoffe auf AD wurden gezeigt. Schließlich deutete die Anreicherungsanalyse von Kunbu und Mahuang darauf hin, dass sie als therapeutische Kandidaten für die Geschlechtsspezifität von AD fungieren könnten.

Einleitung

Die Alzheimer-Krankheit (AD) ist eine globale Krankheit mit hoher Inzidenz, die 60 % bis 80 % der Demenzerkrankungen ausmacht¹. Trotz der hohen Inzidenz ist die mechanistische Pathogenese der Alzheimer-Krankheit nicht klar abgegrenzt, und es gibt bisher keine wirksamen Therapeutika². Die Hauptpathologien bei AD wurden als neuronale Atrophie und die Anhäufung von pathologischen Trümmern, hauptsächlich Mikrotubuli-assoziiertem Protein Tau, und β-Amyloid (Aβ)^3,4 identifiziert. Die Pathogenese der Alzheimer-Krankheit ist mit abnormaler Autophagie, oxidativem Stress, ....

Protokoll

Die Schritte 2 bis 9 der Analyse wurden mit der Software R implementiert (siehe Ergänzende Abbildung 1 und Ergänzende Datei 1), während die restlichen Schritte auf den Online-Plattformen ausgeführt wurden. Die Einzelheiten zu den Datenbanken, die in diesem Protokoll verwendet werden (zusammen mit den Weblinks), sind in der Materialtabelle enthalten.

1. Datenerfassung

1. Greifen Sie auf die öffentlich zugängliche Datenbank Gene Expression Omnibus (GEO) des National Center of Biotechnology Information zu.
2. Suchen Sie im Suchfeld nach den GEO-D....

Ergebnisse

SnRNA-seq-Analyse von frontalen glialen Transkriptomprofilen und die Annotation von Zelltypen
Insgesamt wurden 220.095 Kerne und 32.077 Gene im frontalen Kortex von 17 männlichen und 17 weiblichen AD gewonnen (Abbildung 1A). Das UMAP-Diagramm visualisierte die Gesamtzahl der frontalen Einzelkerntranskriptome, die nach der Dimensionsreduktionsanalyse unterschiedliche Kerntypen zeigten (Abbildung 1B). Es wurde eine Gesamtanzahl der annotierten .......

Diskussion

Geschlechtsspezifität wurde in der Epidemiologie, Pathologie und klinischen Manifestation von^{AD 19} identifiziert. Hier konnten wir den möglichen pathologischen Mechanismus der "Hormon-Synapse-Neuron-Achse" aus geschlechtsspezifischen Glia-Genen und verwandten Signalwegen bei Alzheimer-Patienten bestätigen. NLGN4Y war das einzige gemeinsame Gen in den drei Gliazellen und wurde als Biomarker für die Geschlechtsspezifität von Alzheimer ausgewählt. TF und miRNAs, die NLGN4Y regulieren, waren stark mit.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Database
Coremine Medical Datenbank	Gemeinsam entwickelt von Norwegen, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, der Chinesischen Akademie der Medizinischen Wissenschaften, der National Medical Library der Vereinigten Staaten und anderen Institutionen		Wenn Sie Konzepte in CoreMine Medical untersuchen, greifen Sie auf eine Datenbank zu, die so strukturiert ist, dass sie wichtige Konzepte in Beziehung setzt, geordnet nach statistischer Relevanz, zu Ihrem Thema. Wenn Sie z. B. "Alzheimer-Krankheit" eingeben, können Sie nicht nur Dokumente und Ressourcen abrufen, in denen die Krankheit behandelt wird, sondern auch Netzwerke und Listen anzeigen, die zeigen, wie Ihr Abfragekonzept mit anderen biomedizinischen Konzepten zusammenhängt. Dies bietet einen Überblick über Konzepte, die sich auf Ihre Suche beziehen, und ist eine Schnittstelle für die Navigation durch Informationen zu diesen Konzepten. Weblink: https://coremine.com/medical/
Gene Expression Omnibus (GEO)	National Center for Biotechnology Information in the United States (NCBI)		GEO ist ein öffentliches funktionales Genomik-Datenrepository, das MIAME-konforme Dateneinreichungen unterstützt. Array- und sequenzbasierte Daten werden akzeptiert. Es werden Tools bereitgestellt, mit denen Benutzer Experimente und kuratierte Genexpressionsprofile abfragen und herunterladen können. Weblink: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/
Integrative Pharmacology-based Research Platform of Traditional Chinese Medicine (TCMIP, Version: 2.0)	Keine		Einführung in das Integrated Pharmacology Based Network Computational Research Platform for Traditional Chinese Medicine [TCMIP v2.0], http://www.tcmip.cn/ ) Es handelt sich um ein intelligentes Data Mining Plattform, die auf der Online-Datenbank der Enzyklopädie der Traditionellen Chinesischen Medizin (ETCM) basiert und medizinisches Big-Data-Management und pharmakologische Computing-Dienste integriert. Ziel ist es, die wissenschaftliche Konnotation der Theorie der traditionellen chinesischen Medizin und den wissenschaftlichen Wert des originellen Denkens in der traditionellen chinesischen Medizin aufzuzeigen, die Erfahrungen berühmter Ärzte zusammenzufassen und weiterzugeben, die Qualität der traditionellen chinesischen Medizin zu kontrollieren, die Prinzipien der Wirkung der traditionellen chinesischen Medizin zu erklären, Forschung und Entwicklung der neuen chinesischen Medizin, insbesondere die Entdeckung und Optimierung moderner Arzneimittelkombinationen, Stellen Sie eine starke Datengrundlage und Analysetools bereit. Basierend auf TCMIP v1.0 wird ein umfassendes Upgrade implementiert, das fünf große Datenbanken und sieben Funktionsmodule umfasst. Durch die Systemintegration und Modulintegration kann schnell eine umfassende Analyse des mehrstufigen Zusammenhangs des Interaktionsnetzwerks "Krankheitssyndrom Verschreibung" erreicht werden. Als intelligente Data-Mining-Plattform bietet TCMIP v2.0 eine starke Datengrundlage und Analyseplattform, um die wissenschaftliche Konnotation der Theorie der traditionellen chinesischen Medizin und den wissenschaftlichen Wert des ursprünglichen Denkens in der traditionellen chinesischen Medizin aufzudecken, die Erfahrungen berühmter Ärzte zusammenzufassen und zu übernehmen, die Qualitätskontrolle der traditionellen chinesischen Medizin, die Erläuterung der Prinzipien der Wirkung der traditionellen chinesischen Medizin, Forschung und Entwicklung neuer Arzneimittel der traditionellen chinesischen Medizin, insbesondere der modernen Entdeckung und Optimierung von Wirkstoffkombinationen. Weblink: http://www.tcmip.cn/TCMIP
NetworkAnalyst	None		Networkanalyze ist eine Online-Visualisierungsanalyseplattform für die Genexpressionsanalyse und Metaanalyse. Es kann vergleichende, quantitative, differentielle und Anreicherungsanalysen der Genexpression, Protein-Protein-Interaktionsanalysen, Integrationsanalysen mehrerer Datensätze durchführen und auch hochwertige Bilder wie PCA, Protein-Protein-Interaktionsnetzwerkdiagramm, Heatmap, Vulkandiagramm, Wayne-Diagramm usw. zeichnen. Weblink:
https://www.networkanalyst.ca/NetworkAnalyst/ PubMed-Datenbank	Nationales Zentrum für Biotechnologie-Information in den Vereinigten Staaten (NCBI)		Die Pubmed-Datenbank ist eine biomedizinische Literaturdatenbank, die von der National Library of Medicine (NLM) in den Vereinigten Staaten gepflegt wird und darauf abzielt, Wissenschaftlern, Ärzten, Forschern und Studenten weltweit die neuesten medizinischen Forschungsergebnisse zur Verfügung zu stellen. Diese Datenbank sammelt biomedizinische Literatur aus der ganzen Welt, einschließlich Zeitschriftenartikeln, Aufsätzen, Büchern usw. Bis jetzt hat die Pubmed-Datenbank über 30 Millionen Artikel gesammelt und wird jede Woche kontinuierlich aktualisiert. Weblink: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/
R-Software	Ross Ihaka and Robert Gentleman		R ist eine Sprache und Umgebung für statistische Berechnungen und Grafiken. Es handelt sich um ein GNU-Projekt, das der Sprache und Umgebung S ähnelt, die in den Bell Laboratories (ehemals AT& T, jetzt Lucent Technologies) von John Chambers und Kollegen. R kann als eine andere Implementierung von S betrachtet werden. Es gibt einige wichtige Unterschiede, aber viel Code, der für S geschrieben wurde, läuft unverändert unter R. Weblink: https://www.r-project.org/
Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform (TCMSP)	Zhejiang Jiuwei Health Co., Ltd		TCMSP ist nicht nur ein Datenrepositorium, sondern auch eine Analyseplattform für Benutzer, um Traditionelle Chinesische Medizin (TCM) umfassend zu studieren: einschließlich der Identifizierung von Wirkstoffen, des Screenings von Wirkstoffzielen und der Generierung von Wirkstoff-Zielmolekülen-Krankheits-Netzwerken sowie der detaillierten pharmakokinetischen Informationen über die Arzneimittelähnlichkeit (DL), die orale Bioverfügbarkeit (OB), die Blut-Hirn-Schranke (BHS), die intestinale Epithelpermeabilität (Caco-2), ALogP, die fraktionierte negative Oberfläche (FASA-) und die Anzahl der   H-Bindung  Spender/Akzeptor   (Hdon/Hacc). Bisher hat TCMSP breite Aufmerksamkeit erregt und mehrere Gruppen haben innerhalb von etwa einem Jahr mehr als 10 Arbeiten unter Verwendung unserer TCMSP-Datenbank veröffentlicht. Weblink: https://tcmsp-e.com