本研究では、ベンゾ[a]ピレン曝露と関節リウマチの関連を体系的に調査するために、統合計算毒性学的アプローチを用いています。分析では5つのコアターゲット遺伝子が特定され、主要な免疫経路における富集が明らかになり、安定したBaPタンパク質結合が検証され、環境汚染物質誘発性関節リウマチ(RA)の分子メカニズムの可能性を明らかにしました。
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この記事について
サマリー
要約
多環芳香族炭化水素(PAHs)は、広く存在する環境汚染物質であり、RAの病因に寄与する重要な環境要因と考えられています。PAHの主要成分であるベンゾ[a]ピレン(BaP)はRA発症と関連している可能性があります。しかし、その根本的な毒性メカニズムはまだ完全に解明されていません。本研究では、ネットワーク毒性学、機械学習、分子ドッキングを統合したアプローチを用いて、この知識ギャップを体系的に解決しました。当初、BaPの分子構造に基づくネットワーク毒性学解析が行われました。複数のデータベースから標的情報を統合・スクリーニングすることで、最終的に15の潜在的なRA関連標的遺伝子が特定され、それらの相互作用ネットワークが構築されました。GOおよびKEGGの濃縮解析により、これらの遺伝子は白血球移動や免疫細胞シグナル伝達などの生物学的プロセスにおいて有意に富集しており、NF-κBおよびT細胞の受容体シグナル伝達経路などと関連していることが明らかになりました。その後、STRINGデータベースとCytoscapeソフトウェアを用いたトポロジー解析により、5つのコア遺伝子(LCK、ZAP70、ITK、GZMA、ITGAL)が選別され、その重要性は機械学習によってさらに検証されました。分子ドッキングおよび分子動力学シミュレーションの結果、BaPはこれらの標的遺伝子のタンパク質産物に対して強い結合親和性を示し、立体構造的に安定な複合体を形成することが示されました。まとめると、本研究は統合計算的アプローチを用いて、BaPがRA発症に寄与する可能性のあるメカニズムを明らかにし、環境汚染物質に関連するRAの予防と治療に関する将来の研究の理論的基盤を提供します。
概要
RAは慢性滑膜炎とパンヌスの形成を特徴とする一般的な自己免疫疾患であり、軟骨の進行性破壊と骨の侵食を引き起こします。これらの病理学的変化は関節機能障害、病理的骨折のリスク増加、最終的には障害を引き起こし、影響を受けた個人の生活の質を著しく損なう1.RAの病因は完全には解明されていませんが、その病因は一般的に遺伝的要因(例:HLA-DR4およびHLA-DR1遺伝子サブタイプ)と環境要因(例:喫煙、飲酒、エプスタイン・バーウイルス感染、大気汚染曝露)の複合的な影響に起因するとされています2。疫学的研究により、大気汚染によるPAHsとRA発症リスク3の増加との間に有意な関連があることが示されています。
PAHは石炭、石油、天然ガス、タバコなどの物質の不完全燃焼から発生する一般的な大気汚染物質であり、RAの病因の重要な環境媒介因子と考えられています。免疫細胞内のアリール炭化水素受容体(AHR)複合体に結合し、核局在シグナルの露呈と、その結果リガンド–AHR複合体の核への転座を引き起こします。RAの病因の文脈では、PAH結合したAHRは相互に連結した経路を通じて免疫調節障害を駆動する中央環境センサーとして機能します。活性化時にAHRはARNTと異質二体を形成し、CYP遺伝子発現....
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プロトコル
倫理声明
この研究は、直接的に人間の参加者や動物を対象としたものではありませんでした。
BaPターゲット取得
BaPは複数のデータベースからデータを統合することが特徴でした。PubChemデータベース(https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)は「Benzo[a]pyrene」というキーワードでクエリされ、その化学構造と標準的な2D構造が得られました(SMILES文字列:C1=CC=C2C3=C4C(=CC2=C1)C=CC5=C4C(=CC=C5)C=C3)14。潜在的なBaPターゲットはChEMBL(https://www.ebi.ac.uk/chembl/)、SEA(https://sea.bkslab.org/)、およびPharmMapper(http://lilab-ecust.cn/pharmmapper)データベース15、16、17から取得されました。予測されたすべての標的はホモ・サピエンスのプロテオームに限定されていました。予測されるBaPターゲット(n=474)の完全なリストは <....
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結果
BaPターゲット取得
BaPの分子構造に関するデータはPubChemデータベース(図2A)から取得されました。BaPの潜在的な生物学的標的は、ChEMBL、PharmMapper、SEAの3つの補完データベースからの情報を統合して体系的に予測され、474の潜在的標的が特定されました(図2B)。
図2。リウマチ性関節炎(RA)に関連するBaP標的タンパク質の同定。(A) BaPの化学構造、分子配置を示すこと。(B) CHEMBL、PharmMapper、SEAデータベースを.......
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ディスカッション
RAは遺伝的感受性と環境要因の相互作用により生じる複雑な自己免疫疾患です。多くの環境リスク要因の中で、最も一般的な大気汚染物質の一つであるPAHは、環境曝露とRA発症を結びつける重要な関連要因と考えられています。以前の研究では、PAHがAHR経路を通じて免疫細胞分化のバランスに影響を与え、酸化ストレスを引き起こすことが予備的に示されました。PAHの代表的な成分であるBaPは、その毒性と広範な環境的存在から大きな注目を集めています22。しかし、特定の細胞やシグナル伝達ネットワークにおける直接的な標的や作用機序は不明であり、RAリスク警告の提供や環境要因を対象とした早期介入の設計が制限されています。このギャップを埋めるために、本研究ではBaPが5つのコア免疫関連タンパク質(LCK、ZAP70、ITK、GZMA、ITGAL)に直接結合し、T細胞受容体、NF-κB、Th17シグナル伝達経路を破壊することでRAの病原を促進する可能性があると提案しています。ネットワーク毒性学、機械学習、分子ドッキングを統合することで、本研究は単一経路.......
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開示事項
著者らは本研究に利益相反はないと報告しています。
謝辞
この研究は中国国家自然科学基金(助成金番号82274435、82074223年)の支援を受けました。中央政府レベルの主要プロジェクト:価値ある中国医学資源の持続可能な利用の能力確立[助成番号2060302];2022年第5期中国医学臨床優秀国家研修プログラム(助成金番号2022178)を受賞しました。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント | |
|---|---|---|---|---|
| オートドック・ヴィナ | https://vina.scripps.edu | 1.2.5 (SCR_011958) | 分子ドッキングソフトウェア | |
| clusterProfiler (R パッケージ) | https://bioconductor.org/packages/clusterProfiler | 4.10.0 (SCR_016884) | 濃縮解析用のRパッケージ | |
| CytoHubba(Cytoscapeプラグイン) | https://apps.cytoscape.org/apps/cytohubba | 0.1 | ハブ遺伝子同定用のプラグイン(Degreeアルゴリズム) | |
| サイトスケープ | https://cytoscape.org | 3.10.1 (SCR_003032) | ネットワーク可視化ソフトウェア | |
| ディスカバリー・スタジオ | ダッソー・シス&グレイヴ;MES バイオビア | 2021 | 2Dインタラクション図生成用のソフトウェア | |
| enrichplot(Rパッケージ) | https://bioconductor.org/packages/enrichplot | 1.22.0 (SCR_021165) | リッチメント結果の可視化用Rパッケージ | |
| グロマックス | https://www.gromacs.org | 2025.3(SCR_014565年) | 分子動力学シミュレーションソフトウェア | |
| limma(Rパッケージ) | https://bioconductor.org/packages/limma | 3.58.1 (SCR_010943) | 微分式解析用のRパッケージ | |
| 組織。Hs.eg.db(Rパッケージ) | パイモル | シュルドゥムル;ディンガー社 | 2.5.7 (SCR_000305) | 分子可視化ソフトウェア |
| クトゥグレース | https://sourceforge.net/projects/grace/ | 0.2.6 | 軌道解析のためのプロットツール | |
| R(プログラミング環境) | https://www.r-project.org | 4.3.1 (SCR_001905) | 統計計算ソフトウェア | |
| STRINGデータベース | https://string-db.org | 12(SCR_005223) | タンパク質間相互作用データベース | |
| venn(Rパッケージ) | https://cran.r-project.org/package=venn | 1.11 | ベン図生成のためのRパッケージ | |
| WGCNA(Rパッケージ) | https://cran.r-project.org/package=WGCNA | 1.72(SCR_003302) | 加重共発現ネットワーク解析用の専用Rパッケージ |
参考文献
- Zhao, Y., Chen, G. Y., Fang, M. Research trends of rheumatoid arthritis and depression from 2019 to 2023: a bibliometric analysis. J Multidiscip Healthc. 17, 4465-4474 (2024).
- Venetsanopoulou, A. I., Alamanos, Y., Voulgari, P. V., Drosos, A. A.
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