I principi attivi di RD
Un totale di 71 ingredienti chimici grezzi è stato recuperato da TCMSP utilizzando "Rhizoma Drynariae" come parola chiave. È stata effettuata una seconda selezione in base ai criteri ADME (OB ≥ 30%, DL ≥ 0,18), ottenendo infine 18 ingredienti bioattivi con favorevole assorbimento orale e farmacologia. Tabella 1 riporta informazioni di base dettagliate relative a questi 18 ingredienti attivi. Questi 18 composti costituiscono la base materiale multicomponente di RD contro RCI.
Geni bersaglio rilevanti di RD
I database TCMSP, ETCM e SymMap sono stati ricercati per individuare geni bersaglio corrispondenti ai principi attivi della RD, raccogliendo complessivamente 327 voci di geni bersaglio originali. Dopo l'integrazione dei dati e la rimozione dei simboli genici ripetuti, sono stati ottenuti 213 geni bersaglio potenziali non ridondanti della RD per l'analisi successiva di intersezione.
Target genici rilevanti per RCI
I database Genecards e OMIM sono stati cercati utilizzando la parola chiave "lesione della cuffia dei rotatori", ottenendo 989 voci geniche grezze correlate a RCI. Dopo l'integrazione dei dati e la rimozione dei duplicati, sono stati ottenuti 870 geni patogeni umani unici strettamente correlati alla progressione di RCI.
Costruzione della rete di interazione proteina-proteina (PPI)
L'analisi di intersezione tra 213 geni bersaglio della RD e 870 geni patogeni della RCI ha identificato 71 geni sovrapposti, definiti come potenziali bersagli terapeutici della RD per il trattamento della RCI. Un diagramma di Venn che mostra la relazione di intersezione è stato generato mediante il software Venny 2.0 (Figura 2). I 71 bersagli sovrapposti sono stati importati in STRING per costruire la rete di interazione proteina-proteina (PPI) della RD nell'intervento sulla RCI (Figura 3). L'intero set di dati PPI è stato importato in Cytoscape, e cytoHubba ha selezionato i 10 geni hub principali con i punteggi MCC più elevati: TNF, IL6, VEGFA, PTGS2, CASP3, AKT1, CCL2, PPARG, MAPK3, HMOX1. Le informazioni topologiche relative al punteggio MCC sono riassunte in Tabella 2 e visualizzate in Figura 4. I 71 geni intersecanti rappresentano i bersagli principali che mediano l'effetto terapeutico della RD contro la RCI.
Analisi di arricchimento GO e KEGG
Per esplorare il meccanismo molecolare dei bersagli candidati di RD nel trattamento della RCI, il pacchetto clusterProfiler ha eseguito un'analisi di arricchimento GO e KEGG sui bersagli terapeutici sovrapposti. Sono state effettuate separatamente statistiche di arricchimento GO per BP, CC e MF. Figure 5A–B, 6A–B e 7A–B illustrano le 10 voci maggiormente arricchite in modo significativo per BP, CC e MF, e il sottografo B di ciascuna figura mostra la distribuzione genica di ciascun termine funzionale. È stata inoltre condotta un'analisi di arricchimento KEGG per individuare i percorsi chiave coinvolti nell'intervento di RD sulla RCI, e i 30 percorsi maggiormente arricchiti sono stati visualizzati in Figura 8.
Simulazione di docking molecolare
I primi 10 geni hub sono stati impostati come recettori proteici e tutti e 18 i principi attivi di RD sono stati utilizzati come ligandi per il calcolo del docking mediante AutoDock Vina e Open Babel. PyMOL ha visualizzato le conformazioni di legame tra ligandi e recettori. I risultati del docking hanno dimostrato che la maggior parte delle proteine bersaglio hub ha formato strutture di legame stabili con i principi attivi di RD. Tabella 3 e Figura 9 riportano i parametri completi del docking e i diagrammi tridimensionali di legame dei primi 20 complessi con affinità di legame ottimale.
Nell'attuale analisi di network-pharmacology, sono stati recuperati 18 ingredienti bioattivi di RD e 213 target non ridondanti associati al farmaco. Dopo l'intersezione con 870 geni associati a RCI, sono stati ottenuti 71 target terapeutici candidati condivisi. La costruzione della rete PPI e la selezione tramite cytoHubba-MCC hanno individuato dieci geni centrali: TNF, IL6, VEGFA, PTGS2, CASP3, AKT1, CCL2, PPARG, MAPK3 e HMOX1. L'arricchimento GO ha riguardato BP, CC e MF, mentre l'arricchimento KEGG ha identificato molteplici vie di segnalazione arricchite. La simulazione di docking molecolare ha confermato un'affinità di legame favorevole tra i principali costituenti attivi di RD e queste proteine target centrali.
DISPONIBILITÀ DEI DATI:
Tutti i dati grezzi e processati generati in questo studio, inclusi elenchi di target, file di reti di interazione proteina-proteina (PPI), risultati di arricchimento GO e KEGG e matrice di docking molecolare, sono depositati nella Science Data Bank. Il link per l'accesso ai dati grezzi è https://www.scidb.cn/anonymous/alVOVlJu.

Figura 1: Schema del flusso di lavoro che illustra la pipeline bioinformatica applicata in questo studio. A partire da sinistra, i composti bioattivi candidati e i loro corrispondenti bersagli RD sono stati recuperati dai database TCMSP, ETCM e SymMap. A destra, i geni associati all'RCI sono stati recuperati da GeneCards e OMIM. I geni bersaglio comuni a questi due insiemi di dati sono stati identificati mediante un diagramma di Venn e definiti come potenziali bersagli terapeutici. I bersagli condivisi sono stati quindi elaborati in due rami separati: un ramo ha costruito una rete di interazione proteina-proteina utilizzando STRING e Cytoscape; l'altro ramo ha effettuato analisi di arricchimento GO e KEGG utilizzando il pacchetto R clusterProfiler. I geni centrali estratti dalla rete PPI sono stati ulteriormente validati mediante docking molecolare, con preparazione strutturale e simulazione completate utilizzando PubChem, PDB, AutoDock Vina e PyMOL. Abbreviazioni: RD = Rhizoma Drynariae, RCI = rotator cuff injury, TCMSP = The Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform, ETCM = The Encyclopedia of Traditional Chinese Medicine, OMIM = The Online Mendelian Inheritance in Man, GO = gene ontology, KEGG = Kyoto encyclopedia of genes and genomes. Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 2: Diagramma di Venn degli obiettivi sovrapposti tra RD e RCI. Il cerchio blu rappresenta gli obiettivi associati a RCI. Il cerchio giallo rappresenta gli obiettivi terapeutici potenziali di RD. La regione sovrapposta di colore verde oliva indica gli obiettivi condivisi tra RD e RCI. I numeri e le percentuali all'interno di ciascuna regione indicano il numero e la proporzione di obiettivi unici o condivisi. Abbreviazioni: RD = Rhizoma Drynariae, RCI = lesione della cuffia dei rotatori. Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 3: Rete di interazioni proteina-proteina (PPI) generata a partire dai 71 geni sovrapposti che collegano RD e RCI. Ogni cerchio nella rete rappresenta un gene bersaglio, etichettato con il suo simbolo ufficiale. Le linee che collegano due cerchi indicano associazioni proteina-proteina ricavate da database bioinformatici pubblici. La dimensione dei nodi e l'intensità del colore riflettono il significato topologico dei singoli geni all'interno della rete. I geni rappresentati da cerchi più grandi e da tonalità di verde più intense presentano punteggi topologici più elevati e occupano posizioni più centrali; cerchi più piccoli e di colore giallo pallido indicano geni con minore importanza topologica. Abbreviazioni: RD = Rhizoma Drynariae, RCI = lesione della cuffia dei rotatori, PPI = interazione proteina-proteina. Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 4: I 10 principali geni hub identificati dalla rete PPI utilizzando il plugin cytoHubba. I riquadri rettangolari rappresentano i geni hub, ciascuno etichettato con il relativo simbolo genico ufficiale. Le linee nere che collegano i riquadri indicano le interazioni proteiche tra questi target principali. Il gradiente di colore che va dal rosso brillante, attraverso l'arancione, fino al giallo visualizza il posizionamento dei geni hub in base ai punteggi MCC calcolati dal plugin cytoHubba; i riquadri rossi brillanti indicano i geni con i punteggi MCC più alti e la maggiore importanza nella rete, mentre i riquadri gialli indicano geni con punteggi relativamente più bassi. Abbreviazioni: PPI = interazione proteina-proteina, MCC = Centralità della Cricca Massimale.Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 5: Analisi di arricchimento BP dei 71 geni target condivisi di RD rispetto a RCI. (A) Analisi di arricchimento GO dei potenziali target terapeutici per BP. Si tratta di un grafico a barre orizzontali che mostra i primi 10 termini del processo biologico GO significativamente arricchiti. L'asse orizzontale X rappresenta il numero di geni, corrispondente al numero di geni target annotati a ciascun termine GO. L'asse verticale Y elenca i singoli termini GO arricchiti. La barra di colore continua a destra codifica -log10(valore p); tonalità rosse più calde indicano valori più alti di -log10(valore p) e una significatività statistica maggiore, mentre tonalità viola e blu più fredde indicano una significatività inferiore. (B) Relazione tra potenziali target terapeutici e BP. Il pannello B è un diagramma a corde che illustra le associazioni a coppie tra i termini GO arricchiti e i corrispondenti geni target. I segmenti circolari esterni sono suddivisi in due categorie: blocchi colorati rappresentano distinti termini del processo biologico GO, e tacchetti rettangolari grigi indicano i simboli individuali dei geni target. Nastri curvi all'interno del cerchio collegano i termini GO ai geni target corrispondenti, con ciascun nastro che associa un gene al termine GO in cui partecipa. Il colore di ciascun nastro deriva dalla tonalità del corrispondente termine GO presente nell'anello esterno. Una legenda in basso associa ciascun colore al rispettivo termine GO. Abbreviazioni: RD = Rhizoma Drynariae, RCI = lesione della cuffia dei rotatori, BP = processo biologico, GO = ontologia genica. Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 6: Termini GO-CC derivati dai 71 bersagli candidati di RD nel trattamento della RCI. (A) Analisi di arricchimento GO dei potenziali bersagli terapeutici per CC. (B) Relazione tra potenziali bersagli terapeutici e CC. Il pannello A è un grafico a barre orizzontali che mostra le prime 10 voci significativamente arricchite dell'ontologia genica per componente cellulare (GO-CC). L'asse orizzontale X quantifica il numero di geni bersaglio assegnati a ciascun termine GO, indicato come "Counts". Le descrizioni dei componenti cellulari arricchiti sono disposte lungo l'asse verticale Y. La barra colorata a destra associa le variazioni cromatiche ai valori di -log10(pvalue); il rosso brillante corrisponde a valori più alti di -log10(pvalue) e a una maggiore significatività statistica, mentre le tonalità blu indicano livelli di significatività inferiori. Il pannello B presenta un diagramma a corde che visualizza le connessioni tra i termini arricchiti del componente cellulare GO e i geni bersaglio associati. I segmenti sull'anello esterno sono suddivisi in due gruppi: i blocchi colorati rappresentano distinti termini del componente cellulare GO, mentre i trattini grigi indicano i simboli individuali dei geni bersaglio. Nastri curvi all'interno del cerchio collegano ciascun gene al relativo termine GO, assumendo ogni nastro il colore del corrispondente termine GO presente sull'anello esterno. Una legenda in basso definisce la codifica cromatica per tutte le categorie del componente cellulare GO. Abbreviazioni: RD = Rhizoma Drynariae, RCI = lesione della cuffia dei rotatori, CC = componente cellulare, GO = ontologia genica Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 7: Analisi di arricchimento MF effettuata sui 71 geni sovrapposti bersaglio di RD per l'intervento RCI. (A) Analisi di arricchimento GO dei potenziali bersagli terapeutici per MF. (B) Relazione tra potenziali bersagli terapeutici e MF. Il pannello A è un grafico a barre orizzontali che classifica i primi 10 termini significativamente arricchiti della funzione molecolare GO. I valori sull'asse orizzontale X rappresentano il numero di geni, corrispondente al numero totale di geni bersaglio annotati per ciascuna voce di funzione molecolare. L'asse verticale Y elenca le singole descrizioni delle funzioni molecolari GO. La barra del gradiente di colore a destra traduce la variazione cromatica in metriche -log10(pvalue); il rosso brillante corrisponde a valori più alti di -log10(pvalue) e a una significatività statistica maggiore, mentre le tonalità blu indicano una significatività minore. Il pannello B è un diagramma a corde che rappresenta le relazioni tra le categorie arricchite di funzione molecolare GO e i relativi geni bersaglio. I segmenti sull'anello esterno contengono due tipi di etichette: blocchi colorati indicano distinti termini di funzione molecolare GO e piccoli trattini rettangolari grigi indicano i simboli individuali dei geni bersaglio. Nastri curvi che si estendono verso l'interno dall'anello esterno collegano ciascun gene al relativo termine funzionale, e ogni nastro eredita il colore assegnato al corrispondente termine GO. Una legenda in basso definisce la codifica cromatica per tutte le categorie di funzione molecolare GO mostrate nel grafico. Abbreviazioni: RD = Rhizoma Drynariae, RCI = lesione della cuffia dei rotatori, MF = funzione molecolare, GO = ontologia genica Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 8: Analisi di arricchimento dei percorsi KEGG dei 71 geni bersaglio condivisi di RD rispetto a RCI. Questo grafico a punti visualizza i principali percorsi KEGG arricchiti. L'asse verticale Y elenca i nomi dei singoli percorsi arricchiti. L'asse orizzontale X rappresenta il GeneRatio, definito come il rapporto tra i geni bersaglio mappati su un percorso e il numero totale di geni in quel percorso. Ogni punto circolare rappresenta un percorso arricchito. La dimensione del punto corrisponde al numero di geni, con cerchi più grandi che indicano un maggior numero di geni bersaglio annotati al percorso. Il colore del punto riflette il valore p: il rosso indica valori p più bassi e una maggiore significatività statistica, mentre il blu scuro indica valori p più alti e una minore significatività statistica. Due legende laterali definiscono separatamente la scala per il conteggio dei geni e la corrispondenza dei colori per il valore p. Abbreviazioni: RD = Rhizoma Drynariae, RCI = lesione della cuffia dei rotatori, KEGG = Enciclopedia di geni e genomi di Kyoto. Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 9: I complessi di docking meglio classificati. (A) (PTGS2, eriodittiofolo, -9,7 kcal/mol). (B) (PTGS2, luteolina, -9,6 kcal/mol). (C) (PTGS2, catechina, -9,5 kcal/mol). (D) (PTGS2, naringenina, -9,5 kcal/mol). (E) (PTGS2, aureusidina, -9,4 kcal/mol). (F) (PTGS2, kaempferolo, -9,2 kcal/mol). (G) (PTGS2, cromano, -9,1 kcal/mol). (H) (TNF, catechina, -9,1 kcal/mol). (I) (PTGS2, digallato, -9 kcal/mol). (J) (TNF, digallato, -9 kcal/mol). (K) (PPARG, cromano, -8,9 kcal/mol). (L) (PPARG, naringenina, -8,9 kcal/mol). (M) (TNF, aureusidina, -8,9 kcal/mol). (N) (TNF, kaempferolo, -8,8 kcal/mol). (O) (MAPK3, cromano, -8,7 kcal/mol). (P) (MAPK3, naringenina, -8,7 kcal/mol). (Q) (PPARG, aureusidina, -8,7 kcal/mol). (R) (PPARG, kaempferolo, -8,7 kcal/mol). (S) (PTGS2, 22_Stigmasten_3_one, -8,7 kcal/mol). (T) (MAPK3, luteolina, -8,6 kcal/mol). I pannelli da A a T mostrano separatamente la geometria di legame calcolata per singoli composti a basso peso molecolare all'interno della cavità di legame dei rispettivi bersagli proteici. I modelli a bastoncino in ciano rappresentano i residui amminoacidici che delimitano la cavità di legame della proteina. I ligandi a basso peso molecolare sono rappresentati con bastoncini magenta o verdi per distinguere diverse strutture chimiche. Le linee tratteggiate gialle indicano i legami a idrogeno intermolecolari tra i ligandi e i residui della tasca, con annotazioni numeriche che indicano le distanze dei legami a idrogeno in angstrom (Å). La superficie bianca traslucida delinea la topologia tridimensionale complessiva di ciascun recettore proteico. Tutti i calcoli delle conformazioni di legame sono stati eseguiti mediante docking molecolare con recettore rigido utilizzando il software AutoDock Vina. Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
| ID della molecola | Nome della molecola | Bio disponibilità orale (OB) (%) | Somiglianza a un farmaco (DL) |
| MOL001040 | (2R)-5,7-dihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)chroman-4-one | 42.36 | 0.21 |
| MOL001978 | Aureusidin | 53.42 | 0.24 |
| MOL002914 | Eriodyctiol (flavanone) | 41.35 | 0.24 |
| MOL000449 | Stigmasterol | 43.83 | 0.76 |
| MOL000358 | beta-sitosterol | 36.91 | 0.75 |
| MOL000422 | kaempferol | 41.88 | 0.24 |
| MOL004328 | naringenin | 59.29 | 0.21 |
| MOL000492 | (+)-catechin | 54.83 | 0.24 |
| MOL005190 | eriodictyol | 71.79 | 0.24 |
| MOL000569 | digallate | 61.85 | 0.26 |
| MOL000006 | luteolin | 36.16 | 0.25 |
| MOL009061 | 22-Stigmasten-3-one | 39.25 | 0.76 |
| MOL009063 | Cyclolaudenol acetate | 41.66 | 0.79 |
| MOL009075 | cycloartenone | 40.57 | 0.79 |
| MOL009076 | cyclolaudenol | 39.05 | 0.79 |
| MOL009078 | davallioside A_qt | 62.65 | 0.51 |
| MOL009087 | marioside_qt | 70.79 | 0.19 |
| MOL009091 | xanthogalenol | 41.08 | 0.32 |
Tabella 1: Profili farmacocinetici di diciotto costituenti bioattivi candidati derivati da RD. I composti sono stati recuperati dal database TCMSP e filtrati mediante due soglie relative all'ADME: OB ≥ 30% e DL ≥ 0,18. Le colonne riportano il numero di accesso TCMSP (Mol ID), il nome del composto, il valore calcolato di OB (%) e il punteggio DL per ciascun costituente selezionato. Abbreviazioni: RD = Rhizoma Drynariae, RCI = lesione della cuffia dei rotatori, ADME = assorbimento, distribuzione, metabolismo, escrezione, TCMSP = The Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform, OB = biodisponibilità orale, DL = somiglianza ai farmaci.
| Posizione | Gene | Nome | Punteggio |
| 1 | TNF | fattore di necrosi tumorale | 328291218366500 |
| 2 | IL6 | interleuchina 6 | 328291215913592 |
| 3 | VEGFA | fattore di crescita endoteliale vascolare A | 328291215896284 |
| 4 | PTGS2 | sintasi della prostaglandina-endoperossido 2 | 328288656326402 |
| 5 | CASP3 | Caspasi 3 | 328288180323600 |
| 6 | AKT1 | chinasi della serina/treonina AKT 1 | 328287745700516 |
| 7 | CCL2 | ligando 2 della chemochina con motivo C-C | 328161521686320 |
| 8 | PPARG | recettore gamma attivato da proliferatori di perossisomi | 325302724852296 |
| 9 | MAPK3 | chinasi 3 delle proteine attivate da mitogeni | 308779166166218 |
| 10 | HMOX1 | eme ossigenasi 1 | 299171945318400 |
Tabella 2: I 10 geni hub principali identificati dalla rete PPI. I geni sono stati ordinati in base ai punteggi MCC calcolati dal plugin cytoHubba all'interno di Cytoscape. MCC è una metrica topologica di cytoHubba in cui valori numerici più elevati indicano una maggiore importanza topologica all'interno della rete. Le colonne mostrano l'ordine di classificazione, il simbolo ufficiale del gene, il nome completo del gene e il corrispondente punteggio MCC grezzo per ciascun gene hub. Abbreviazioni: PPI = interazione proteina-proteina, MCC = Centralità della Cricca Massimale.
| Recettori | Ligandi | Energia libera (kcal/mol) | Numeri seriali corrispondenti nella Figura 9 |
| PTGS2 | eriodictyol | -9.7 | A |
| PTGS2 | luteolin | -9.6 | B |
| PTGS2 | catechin | -9.5 | C |
| PTGS2 | naringenin | -9.5 | D |
| PTGS2 | Aureusidin | -9.4 | E |
| PTGS2 | kaempferol | -9.2 | F |
| PTGS2 | chroman | -9.1 | G |
| TNF | catechin | -9.1 | H |
| PTGS2 | digallate | -9 | I |
| TNF | digallate | -9 | J |
| PPARG | chroman | -8.9 | K |
| PPARG | naringenin | -8.9 | L |
| TNF | Aureusidin | -8.9 | M |
| TNF | kaempferol | -8.8 | N |
| MAPK3 | chroman | -8.7 | O |
| MAPK3 | naringenin | -8.7 | P |
| PPARG | Aureusidin | -8.7 | Q |
| PPARG | kaempferol | -8.7 | R |
| PTGS2 | 22_Stigmasten_3_one | -8.7 | S |
| MAPK3 | luteolin | -8.6 | T |
Tabella 3: Risultati dell'affinità di legame ottenuti dal docking molecolare per i 20 complessi recettore-legante selezionati. Ogni riga riporta la proteina recettore, il legante di piccole dimensioni, l'energia libera di legame calcolata (kcal/mol) e l'etichetta del sottografico corrispondente nella Figura 9. Valori più negativi dell'energia libera indicano una maggiore stabilità del legame tra la tasca proteica e il composto legante. Abbreviazioni: PTGS2 = sintasi del prostaglandina-endoperossido 2, TNF = fattore di necrosi tumorale, PPARG = recettore gamma attivato da proliferatori di perossisomi, MAPK3 = chinasi mitogeno-attivata 3.