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Artículo de método

La eficacia y los mecanismos de vía subyacentes del tratamiento con ShiDuGao para el eczema del ano basados en conjuntos de datos GEO y farmacología de red

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DOI:

10.3791/66453

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12 de enero de 2024

 ,  ,  ,  , 
1Department of General Surgery, Tianjin Medical University General Hospital, 2Tianjin General Surgery Institute, 3Department of General Surgery, Zibo Municipal Hospital

* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

Este esfuerzo de investigación buscó dilucidar el mecanismo de administración tópica de medicamentos utilizando una integración sinérgica de conjuntos de datos ómnibus de farmacología de red y expresión génica (GEO). Este artículo evaluó la viabilidad, el objetivo y el mecanismo de ShiDuGao (SDG) en el tratamiento del eccema del ano.

Resumen

El eczema del ano es una enfermedad inflamatoria crónica y recurrente de la piel que afecta a la zona que rodea el ano. Si bien las lesiones ocurren principalmente en la piel anal y perianal, también pueden extenderse al perineo o los genitales. Se ha descubierto que ShiDuGao (SDG) posee importantes propiedades reparadoras contra el prurito anal, control de la exudación, reducción de la humedad y reparación de la piel. Sin embargo, las dianas genéticas y los mecanismos farmacológicos de los ODS sobre el eccema anal aún no se han dilucidado ni discutido de forma exhaustiva. En consecuencia, este estudio empleó un enfoque farmacológico de red y utilizó conjuntos de datos ómnibus de expresión génica (GEO) para investigar dianas génicas. Además, se estableció una red de interacción proteína-proteína (PPI), lo que resultó en la identificación de 149 dianas, de las cuales 59 se consideraron genes centrales, dentro de la red de interacción "fármaco-diana-enfermedad".

La función génica de SDG en el tratamiento del eccema perianal se evaluó mediante la utilización de la Enciclopedia de Genes y Genomas de Kioto (KEGG) y el análisis de Gene Ontology (GO). Posteriormente, se validó la función del eczema antiperiano y la posible vía de SDG, identificada en el análisis farmacológico de la red, utilizando la metodología de acoplamiento molecular. Los procesos biológicos asociados con los genes y proteínas dirigidos a los ODS en el tratamiento del eccema del ano abarcan principalmente las respuestas mediadas por citocinas, las respuestas inflamatorias y las respuestas a los lipopolisacáridos, entre otros. Los resultados de los análisis de enriquecimiento de vías y anotación funcional sugieren que los ODS desempeñan un papel crucial en la prevención y el tratamiento del eccema anal mediante la regulación de las vías de infección por el virus de la shigelosis y el herpes simple 1. La farmacología de la red y el análisis de la base de datos GEO confirman la naturaleza multidiana de los ODS en el tratamiento del eccema anal, específicamente mediante la modulación de TNF, MAPK14 y CASP3, que son objetivos centrales cruciales en las vías de señalización de TNF y MAPK. Estos hallazgos proporcionan una dirección clara para una mayor investigación sobre el mecanismo terapéutico de SDG para el eccema anal, al tiempo que destacan su potencial como un enfoque de tratamiento eficaz para esta afección debilitante.

Introducción

El eccema anal es una afección alérgica de la piel que afecta a la región perianal y a la mucosa, presentando diversas manifestaciones clínicas1. Los síntomas característicos incluyen eritema anal, pápulas, ampollas, erosión, exudados y costras. Estos síntomas surgen principalmente debido al rascado, engrosamiento y aspereza del área afectada2.

El eccema anal, caracterizado por una duración prolongada de la enfermedad, ataques recurrentes y tratamientos difíciles, puede tener efectos adversos en la salud física y mental de los pacientes3. La patogenia del eccema anal aún no está clara, y la medicina moderna sugiere que puede estar relacionado con lesiones anales locales, dieta, medio ambiente, genética y otros factores4. Además de evitar el contacto con irritantes y posibles alérgenos, el tratamiento del eczema anal se centra principalmente en métodos como la inhibición de la inflamación, la antialergia y el alivio del picor5.

SDG se ha utilizado ampliamente para el tratamiento del eccema anal y otras afecciones anales. SDG regula la exudación anal de la piel, reduce la humedad, repara la piel anal y aborda eficazmente el prurito 6,7,8. Además, el SDG tiene el potencial de regular la microbiota del periano, mejorando así el eczema del ano 9,10.

La farmacología en red, un enfoque bioinformático novedoso e interdisciplinario de vanguardia en el ámbito de la inteligencia artificial y el big data, proporciona una exploración en profundidad de la medicina tradicional china. Esta disciplina enfatiza la exposición sistémica de las reglas de correlación molecular entre medicamentos y enfermedades desde una perspectiva de red ecológica. Se ha adoptado ampliamente para varios aspectos, incluida la identificación de ingredientes activos clave en extractos de hierbas, el desciframiento de sus mecanismos de acción globales, la formulación de combinaciones de medicamentos y el estudio de la compatibilidad de prescripción. Las prescripciones tradicionales chinas exhiben los atributos de multicomponente y multiobjetivo, lo que significa su adaptabilidad sustancial al ámbito de la farmacología de red. Impulsados por esta metodología, han surgido nuevas perspectivas en el examen de sistemas complejos de medicina tradicional china, proporcionando un sólido apoyo técnico para la racionalización de las aplicaciones clínicas y la innovación de medicamentos 11,12,13,14.

Este estudio tiene como objetivo explorar el mecanismo de efectividad de los ODS en el tratamiento del eccema anal. Este esfuerzo de investigación buscó dilucidar el mecanismo de administración tópica de medicamentos utilizando una integración sinérgica de la farmacología de red y los conjuntos de datos GEO. Los hallazgos proporcionan información valiosa sobre la eficacia y los mecanismos subyacentes de los ODS en el tratamiento del eccema anono, lo que indica su potencial como un enfoque terapéutico eficaz para esta afección. El diagrama de flujo de trabajo detallado del estudio se presenta en la Figura 1.

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Protocolo

Este estudio no se refiere a la aprobación ética y el consentimiento para participar. Los datos utilizados en este estudio se obtuvieron de bases de datos de genes.

1. Predicción de dianas de enfermedades

  1. Acceda a la base de datos GeneCards (https://www.genecards.org) y a la base de datos en línea sobre la herencia mendeliana en el hombre (OMIM, https://www.omim.org), utilizando "eczema ano" como término de búsqueda para objetivos de enfermedades.
  2. Descargue las hojas de cálculo de los objetivos de la enfermedad. Elimine los objetivos repetidos para obtener los objetivos de eczema del ano.

2. Selección de componentes activos

  1. Busque la palabra clave "índigo natural, ciprés dorado, yeso calcinado, calamina y agalla china" en la base de datos de farmacología del sistema de Medicina Tradicional China (TCMSP; http://tcmspw.com/tcmsp.php) para obtener la lista de los ingredientes activos candidatos y las metas de los ODS.
  2. Confíe el componente a la base de datos suiza ADME (http://www.swissadme.ch/index.php), extrayendo los detalles de aquellos que presentan una absorción de IG "alta", junto con al menos dos valores de DL "Sí" como elementos activos.
    NOTA: Normalmente, solo se incluyen como ingredientes activos los ingredientes con valores similares a medicamentos (DL) ≥0.18 en la base de datos.

3. Construcción de la red de IBP y cribado de las proteínas centrales

  1. En Venny2.1( https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html), introduzca los objetivos de los ODS y el eczema del ano en LIST1 y LIST2, respectivamente. Se genera instantáneamente una representación visual de la intersección. Haga clic en el área compartida para mostrar los objetivos comunes en la sección Resultados .
  2. Acceda a la base de datos STRING (https://string-db.org/). Introduzca los destinos en el campo Lista de nombres . A continuación, seleccione Homo sapiens como organismo y proceda con la búsqueda > continuar.
  3. Cuando los resultados estén disponibles, abra Configuración avanzada y seleccione la opción ocultar nodos desconectados en la red. En la puntuación mínima requerida de interacción, establezca la confianza más alta (0,900) y, a continuación, haga clic en Actualizar.
  4. Haga clic en Exportaciones para descargar el texto de la red de interacción proteína-proteína (PPI) en formato .png y .tsv.

4. Construcción de una red fármaco-componente-enfermedad-diana

  1. Abra Cytoscape 3.9.1 e importe el archivo .tsv mencionado en el paso 3.4. Haga clic en la barra de estilo en el panel de control para optimizar el color, la fuente y el lado de los nodos de red.
  2. Para el análisis de la topología de red, emplee la función Analizar red . Para obtener genes hub, use CytoHubba en el software Cytoscape. Establecer la red fármaco-componente-enfermedad-diana.

5. Análisis de enriquecimiento de GO y KEGG

  1. Acceda al sitio web de Metascape (https://metascape.org/). Seleccione un archivo o pegue una lista de genes en el cuadro de diálogo y haga clic en el botón Enviar . A continuación, seleccione H. sapiens tanto en Entrada como especie como en Análisis como especie; después de eso, habilite la función Análisis personalizado .
  2. En la opción de enriquecimiento, seleccione Funciones moleculares GO, Procesos biológicos GO, Componentes celulares GO y la base de datos KEGG Pathway. Marque Seleccionar clústeres selectivos de GO y, a continuación, haga clic en el botón Análisis de enriquecimiento . Una vez completada la barra de progreso, inicie un clic en la página del informe de análisis para recuperar los resultados del enriquecimiento.

6. Análisis del conjunto de datos de chips genéticos GEO

  1. Busque y analice el conjunto de datos de chips genéticos GEO (GDS3806) utilizando la herramienta GEO2R (https://ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/) para investigar la expresión de genes centrales en diferentes grupos de datos (grupo de control-dermatitis no atópica; grupo experimental-dermatitis atópica).
  2. Ingrese al sitio web de la base de datos GEO (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/). Ingrese la palabra clave o GEO Accession, y haga clic en el botón Buscar . Seleccione el mejor resultado coincidente. Busque la serie de referencia (GSE26952).
  3. Ingrese al sitio web de la herramienta GEO2R (https://ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/), ingrese la serie de referencia en el cuadro de acceso GEO y haga clic en el botón Establecer . Seleccione Dermatitis atópica como grupo experimental, seleccione Control no atópico como grupo de control y haga clic en el botón Analizar . Una vez completado el cálculo, aparecerá el resultado.

7. Acoplamiento molecular

  1. Abra la base de datos TCMSP y descargue la estructura 3D de los ingredientes seleccionados. Utilice el cuadro de búsqueda Nombre químico y busque los nombres de los ingredientes seleccionados para descargar los archivos de estructura 3D correspondientes en formato mol2.
  2. Abra la base de datos de proteínas RCSB (http://www.pdb.org/) y descargue las estructuras cristalinas de las dianas clave. En el cuadro de búsqueda, busque los nombres de destino y descargue los archivos de estructura cristalina correspondientes en formato pdb.
  3. Importe los ingredientes y los archivos de estructura de destino en el software de análisis. Elimine las moléculas de agua haciendo clic en Editar > Eliminar agua. Agregue hidrógenos haciendo clic en Editar > Hidrógenos > Agregar. Establezca los ingredientes como ligando, seleccione objetivos completos como receptor y realice un acoplamiento ciego.
  4. Determinar el rango de acoplamiento molecular.
    1. Seleccione el receptor y el ligando en secuencia. Haga clic en Cuadrícula > Cuadro de cuadrícula para ajustar el cuadro de cuadrícula para incluir todo el modelo. Haga clic en Archivo > Cerrar guardando corriente para guardar el estado del cuadro de cuadrícula. Guarde los archivos en formato gpf.
    2. Haga clic en Ejecutar > Ejecutar Autogrid4 > Nombre de archivo de parámetro > Examinar, seleccione el archivo gpf y, a continuación, haga clic en el botón Iniciar .
  5. Utilice AutoDock 4 para realizar el acoplamiento molecular.
    1. Haga clic en Acoplamiento > macromolécula > Establecer nombre de archivo rígido para seleccionar el receptor. Haga clic en Acoplamiento > ligando > Abrir/ Elija seleccionar el ligando.
    2. Haga clic en Acoplamiento > Parámetros de búsqueda para establecer los algoritmos de operación y Acoplamiento > Parámetros de acoplamiento para establecer los parámetros de acoplamiento. Seleccione el archivo dpf y, a continuación, haga clic en el botón Iniciar. Guarde los archivos en formato dpf.
    3. Haga clic en Analizar > acoplamiento > Abrir, seleccione el archivo dlg, haga clic en Analizar > macromolécula para abrir el receptor, haga clic en Analizar conformaciones > > reproducir, clasificadas por energía para analizar los resultados. Haga clic en Establecer Reproducir > Escribir complejo para guardar los resultados en formato pdbqt.
  6. Importe los archivos de acoplamiento en el software PyMOL para construir una mayor visualización.
    1. Seleccione el ligando y haga clic en Acción > Buscar contactos polares > > a otros átomos en el objeto para mostrar los enlaces de hidrógeno entre los ligandos y el entorno externo. Haga clic en c para cambiar el color.
    2. Haga clic en Acción > Extraer objeto. Haga clic en Mostrar > palos para mostrar la estructura del palo del receptor. Identifique los residuos conectados a los ligandos y muestre la estructura del palo.
    3. Haga clic en Ocultar > palos para ocultar la estructura del palo del receptor. Haga clic en Asistente > medición y haga clic en dos átomos en secuencia. Haga clic en Etiquetar > residuo para mostrar la etiqueta de los residuos. Ajuste el color de fondo y la transparencia si es necesario. Haga clic en Archivo > Exportar imagen como para guardar la imagen.

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Resultados

Genes relacionados con el eccema ano, genes diana de los ODS y dianas comunes
Un total de 958 posibles candidatos genéticos fueron seleccionados en Genecards y 634 en las bases de datos OMIM, mientras que los duplicados fueron excluidos. Para obtener una comprensión completa de los genes relacionados con el eccema anal, se fusionaron los hallazgos de múltiples bases de datos, lo que produjo un total de 958 genes distintos. En consecuencia, se formuló meticulosamente una red de interacción proteína-pro...

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Discusión

La dermatitis atópica es una forma específica de eccema que comparte mecanismos subyacentes con el eccema. Los genes centrales que se cree que están relacionados con esta afección son TNF, MAPK14 y CASP3. Los efectos terapéuticos de SDG sobre el eczema anal se atribuyen principalmente a su acción sobre las vías de señalización TNF y MAPK a través de estos tres genes centrales17.

SDG incluye cinco medicamentos distintos: índigo naturalis, ciprés dorado, yeso calcinado, c...

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Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
AutoDockToolsAutoDockhttps://autodocksuite.scripps.edu/adt/
Cytoscape 3.9.1 Cytoscapehttps://cytoscape.org/
base de datos GeneCards GeneCardshttps://www.genecards.org
base de datos GEONacional de Información Biotecnológicahttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/
herramienta GEO2R Centro Nacional de InformaciónBiotecnológica https://ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/
MetascapeMetascape https://metascape.org/
Herencia mendeliana en línea en la base de datos del hombreOMIMhttps://www.omim.org
base de datos de proteínas RCSB Banco de Datos de Proteínas RCSB (RCSB PDB) http://www.pdb.org/
Base de datos STRING STRINGhttps://string-db.org/
Base de datos suiza ADME Instituto Suizo de Bioinformáticahttp://www.swissadme.ch/index.php
Base de datos de farmacología del sistema de Medicina Tradicional China (TCMSP)Base de datos y plataforma de análisis de farmacología de sistemas de medicina tradicional chinahttp://tcmspw.com/tcmsp.php
Venny2.1BioinfoGPhttps://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html
Centro

Referencias

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