肺腺癌に関連する原発性シェーグレン症候群:潜在的な一般的な病原性メカニズムの調査と実験的検証
2024年9月20日
この原稿では、バイオインフォマティクス分析と実験的検証を通じて、原発性シェーグレン症候群と肺腺がんを結びつける可能性のある一般的な病原性メカニズムを調査するための運用手順と予防措置について説明します。
私の研究は、バイオインフォマティクスの洞察と実験的検証を通じて、原発性シェーグレン症候群と腺癌を結びつける可能性のある一般的な病因メカニズムを探求しています。私は、これらの条件がどのように介入し、その関係に寄与する根本的な要因を理解することを目指しています。私の研究は、原発性シェーグレン症候群と腺癌との関連を理解する際のギャップに対処し、それらの共通の病原性メカニズムを強調しています。
この洞察は、罹患した患者に対する将来の診断および治療戦略から得られたものです。今後の研究では、胸部外科と連携してpSS患者から肺手術サンプルを取得し、リンパ球浸潤から腫瘍性近位部位への進行を示すことから始め、Gene Expression OmnibusまたはGEOデータベースを開き、原発性シェーグレン症候群と肺腺癌をキーワードに遺伝子発現プロファイルを検索します。GEO DataSets データベースの結果をクリックし、Top Organisms の Homo sapiens を選択します。
目的のデータセットとそれに対応するプラットフォーム情報を選択してダウンロードします。次に、GeneCardデータベースを開き、原発性シェーグレン症候群と肺腺癌をキーワードとして、pSSおよびLUADに関連する遺伝子を取得します。疾患遺伝子のスプレッドシートをダウンロードしてください。
Rソフトウェアを使用して、調整されたP値が0.05未満で、倍率変化が1.2より大きいまたは0.83未満の差次的に発現する遺伝子またはDEGを特定し、視覚化します。これらのデータセット間で遺伝子発現を比較および解析します。GeneCardデータベースから、pSSおよびLUADに関連する発現レベルが20以上の遺伝子を選択します。
pSS と LUAD に関連付けられた DEG を、GEO データベースと GeneCard データベースの両方からマージします。RソフトウェアにVenn Diagramパッケージをインストールした後、pSSおよびLUADに関連付けられたDEGを取得して可視化します。MetascapeのWebサイトで、[ファイルの選択]をクリックし、pSS-LUAD-DEGsのxlsx形式のファイルをアップロードします。
[Input as species] と [Analysis as species] の両方で [Homo sapiens] を選択します。「Custom Analysis」をクリックし、「Enrichment」をクリックして「KEGG pathway」を選択します。他のオプションのチェックを外します。
「エンリッチメント分析」をクリックし、完了したら「分析レポート・ページ」をクリックします。「All in One Zip File」をクリックして、結果をダウンロードします。_FINAL_GOにアクセスします。
CSV ファイルをダウンロードして、結果を表示しますEnrichment_GO。Rソフトウェアのggplot2パッケージを使用して、KEGG視覚化プログラムを実行します。遺伝子オントロジーまたは GO エンリッチメント解析の場合は、pSS-LUAD-DEG のテキスト形式リストを R.Run the Cluster Profiler and Enrich Plot パッケージにインポートして、GO エンリッチメント解析と結果の可視化を行います。
分析の統計的有意性を0.05未満の調整済みP値に設定します。STRING データベースにアクセスして [参照] をクリックし、pSS-LUAD-DEG のファイルをアップロードします。「Homo sapiens in Organisms」を選択し、「Search」をクリックします。
[続行]をクリックした後、結果が利用可能になったら、[設定]をクリックします。[基本設定と最小必要インタラクションスコア] で、[高信頼度 0.7] を選択します。[詳細設定]でネットワーク内の切断されたノードを非表示にするにチェックを入れ、[更新]をクリックします。
タイトルバーの「Exports」をクリックして、タンパク質間相互作用またはPPI関係のテキストをTSV形式でダウンロードします。Cytoscape 3.7.1ソフトウェアで、[File]をクリックし、[Import and Network from File]をクリックして、PPIネットワークを構築するためのTSV形式のファイルをインポートします。NetworkAnalyzerツールを使用して、ネットワーク内のトポロジパラメータを分析し、コントロールパネルのスタイルバーを使用してノードのサイズと色を最適化します。
メニューバーで、[ツール]と[ネットワークの分析]を選択します。テーブルパネルで、Degreeをクリックして、コンポーネントを次数で降順に並べ替えます。ハブ遺伝子の同定と検証のために、ハブ遺伝子のテキスト形式リストをPROCパッケージでロードされたRにインポートします。
ハブ遺伝子の受信者動作特性またはROC曲線をプロットし、ROC曲線値の下の面積を計算します。解析後、pSS DEGとLUAD DEGの間で共有される合計233のDEGをベン図を用いて可視化しました。pSS LUAD DEGの上位10の重要なKEGG経路が同定され、主にPI3K-Akt、MAPK、サイトカイン-サイトカイン受容体相互作用などの代謝経路と関連していました。
pSS LUAD DEGのGO濃縮分析により、ウイルスへの応答や自然免疫応答、細胞成分カテゴリー、サイトカイン受容体の結合や活性などの分子機能など、重要な生物学的プロセスが明らかになりました。PPIネットワークは99のノードと466のエッジで構成され、STAT3、STAT1、およびTP53をトップハブ遺伝子として特定しました。TPIネットワークで学位が高い上位20の遺伝子(TNF、IL6、EGFRなど)を可視化しました。
まず、バイオインフォマティクス解析を行い、原発性シェーグレン症候群と肺腺がんの同時発症における炎症経路を特定します。動物モデルを開発するには、麻酔をかけたマウスを小動物の拘束具に乗せ、腹部を上向きにし、頭を上げ、尾を45度の角度で下げます。細い糸を使ってマウスの上顎切歯を巻き付け、上向きに引っ張り、糸を動物ホルダーのネジに固定してマウスの口腔を完全に露出させます。
コールドライトランプをオンにした後、鉗子を使用してマウスの舌をそっと引き出し、声門を完全に露出させます。マウスの気管に18ゲージの静脈留置針を挿入し、針芯を引き出します。針の外側の端に綿糸を置き、マウスの胸の動きに合わせて糸が動くときに挿入が成功したことを確認します。
1ミリリットルの注射器を使用して、0.2ミリリットルの空気を吸引し、次に0.1ミリリットルのPM2.5懸濁液を吸引し、最後にさらに0.2ミリリットルの空気を吸引します。混合物を18ゲージの静脈留置針を通して気管に注入します。.留置針を引き抜いた後、アニマルホルダーを直立させて時計回りと反時計回りに30回回転させ、PM2.5懸濁液を肺に均等に分散させます。
マウスの首をまっすぐ伸ばし、窒息を防ぐために横向きに置き、回復させます。29日後、安楽死させたマウスを清潔な解剖ボードの上に仰臥位に置きます。ハサミと鉗子を使用して、腹側、胸部、首の領域を覆っている皮膚と筋肉を取り除きます。
胸腔の両側にある肋骨の端に沿って切開を行い、胸腔を露出させます。鎖骨を切って、肺たぶの検査に十分な幅の開口部を作ります。胸骨と肋骨から顎まで伸びる首の筋肉を切除します。
肋骨の前縁の下にハサミを挿入し、両側に切開をして気管を覆っている骨部分を取り除きます。鉗子で顎の近くの気管をつかみ、鉗子の上に置かれたはさみを使用して完全な横切開を行います。次に、鉗子で気管をそっと引き上げ、胸部組織全体が体から取り除かれるまで、はさみで腹側組織の接続を切断します。
肺を平らに置き、生理食塩水で表面をすすぎます。ブロッティングして乾燥させた後、組織をクライオチューブに分注して、将来の生化学的使用のために摂氏マイナス80度で保存します。
概要
本稿では、バイオインフォマティクス解析と実験的検証を通じて、原発性シェーグレン症候群と肺腺がんを繋ぐ共通の病原性メカニズムを探索します。本研究は、これら2つの疾患の関係性に関する理解のギャップを埋めることを目的としています。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 腫瘍学
- バイオインフォマティクス
背景
- 原発性シェーグレン症候群は自己免疫疾患である。
- 肺腺がんの一種の肺がんである。
- 両者の関連性を理解することで、患者の転帰を改善できる可能性がある。
- 研究により、共通の病原性メカニズムが明らかになっている。
研究目的
- 原発性シェーグレン症候群と肺腺癌との関係を調査すること。
- 共通の病原性メカニズムを特定すること。
- 今後の診断および治療戦略に役立てること。
使用方法
- 遺伝子発現プロファイルのバイオインフォマティクス解析。
- 得られた知見の実験的検証。
- 検体収集のための呼吸器外科との連携。
- Gene Expression Omnibus (GEO) データベースの活用。
主な結果
- 両方の病態を関連付ける遺伝子発現プロファイルの特定。
- リンパ球浸潤から腫瘍形成に至る進行過程への洞察。
- 将来的な研究協力の可能性。
- 患者の診断および治療への影響。
結論
- 原発性シェーグレン症候群と肺腺癌の間には、共通の病原性メカニズムが存在する。
- 研究結果により、患者管理の向上が期待できる。
- これらの関連性をさらに探求するためには、今後の研究が必要である。
よくある質問
産業界における重要性
バイオインフォマティクスと実験的検証を統合し、本研究では炎症主導の癌化に焦点を当て、原発性シェーグレン症候群（pSS）と肺腺癌（LUAD）の間のメカニズム上の重複を明らかにします。共通の分子経路とハブ遺伝子の特定は、早期発見とターゲット検証に寄与し、免疫腫瘍学および自己免疫疾患のパイプラインにおけるリスク調整後のポートフォリオ決定を支援します。これらの知見により、仮説生成から、二疾患リスク軽減のための前臨床モデル開発に至るトランスレーショナルな連続性が可能となります。
バイオ製薬R&Dにおける戦略的応用
初期探索および標的バリデーション
- バイオインフォマティクスを用いた共通のDEGの同定により、自己免疫疾患および腫瘍学の両ターゲットにおけるメカニズム的なリスク低減が可能になります。
- PPIネットワーク解析によってパスウェイの収束が明確になり、機能的なターゲットバリデーションが裏付けられます。
- ハブ遺伝子のROC解析により、候補ターゲットの優先順位付けに対する予測の信頼性が得られます。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 検証済みの動物モデルおよび分子アッセイ（qPCR、ELISA、ウェスタンブロット）により、ダウンストリームスクリーニングのための再現性のあるシステムを構築します。
- サイトカインおよび遺伝子発現の定量的出力により、アッセイの標準化と研究間での比較可能性が可能になります。
- パスウェイ活性化マーカー（例：JAK2/STAT3）により、パスウェイ調節化合物のスクリーニング準備をサポートします。
トランスレーショナル・前臨床研究
- in vivoでの炎症性微小環境のモデリングは、トランスレーショナルなバイオマーカー探索に向けた疾患関連システムと整合します。
- 遺伝子およびタンパク質の発現データは、自己免疫疾患と腫瘍学の重複領域における発見事項を前臨床検証へと橋渡しします。
- リスク調整済みの推進決定は、慢性炎症と腫瘍形成の間のメカニズム的な関連性に基づいて行われます。
パイプラインおよびワークフローの統合
このワークフローは、バイオインフォマティクス、分子プロファイリング、およびin vivo試験を統合し、初期段階の発見から前臨床モデルでの検証まで、2つの疾患のリスク評価を包括的に行います。
- 探索生物学： 共通の炎症性および腫瘍性経路の仮説検証により、生物学的なリスク低減が裏付けられます。
- スクリーニング： 定量的な分子アウトプットにより、経路標的介入のための再現性のあるアッセイ開発が可能になります。
- 分析： 統計的濃縮、PPIネットワークメトリクス、およびROC解析により、堅牢な比較リードアウトが得られます。
- トランスレーショナル研究： 生体内炎症モデルにより、バイオマーカーの整合性とトランスレーショナルな連続性が促進されます。
- 企業内再利用： 統合されたワークフローは、他の自己免疫疾患とがんの併存症研究にも適応可能です。
運用および企業への影響
- 科学的価値：複雑な疾患の交差領域における標的バリデーションに対し、予測の信頼性とメカニズムの明確性を向上させます。
- 運用の価値：標準化され拡張可能なバイオインフォマティクスおよび実験プロトコルにより、再現性とチーム間の連携が改善されます。
- 戦略的価値：二重適応症プログラムにおける、情報に基づいたGo/No-go判断および資本配分を可能にします。
- ポートフォリオへの影響：炎症主導の腫瘍形成を標的とするアセットの、リスク調整後の優先順位付けを支援します。
実施上の考慮事項
- バイオインフォマティクス、分子生物学、およびin vivoモデル開発における専門知識が必要です。
- ハイスループット遺伝子発現プラットフォームおよび解析ソフトウェア（R、Cytoscape、Metascape）へのアクセスが不可欠です。
- データの統合と再現性を確保するためには、部門横断的な標準化が不可欠です。
- 他の自己免疫疾患や癌のコンテキストに合わせて、モデルの適応が必要になる場合があります。
- パスウェイ活性化およびバイオマーカーデータの解釈にあたっては、疾患の不均一性を考慮しなければなりません。
バイオファーマ FAQ
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:09
Bioinformatics Analysis of Shared Inflammatory Mechanisms in Primary Sjogren's Syndrome and Lung Adenocarcinoma
7:07
Developing an Animal Model for Verifying Common Pathogenic Mechanisms Linking Primary Sjogren's Syndrome and Lung Adenocarcinoma Identified Through Bioinformatics
