Identificatie van kandidaat-biomarkers geassocieerd met mitochondriale disfunctie en SUMOylatie bij hartfalen op basis van bio-informatica-benaderingen

Samenvatting

Met behulp van bio-informatica, machine learning en qPCR-validatie identificeerde deze studie vijf kandidaat-biomarkers die geassocieerd zijn met SUMOylatie en mitochondriale disfunctie bij hartfalen. Deze bevindingen verbeteren het begrip van de mechanismen van hartfalen en suggereren mogelijke richtingen voor toekomstig diagnostisch onderzoek.

Samenvatting

Hartfalen (HF) vormt een aanhoudende klinische uitdaging. Hoewel SUMOylatie en mitochondriale functie essentieel zijn voor de gezondheid van cardiomyocyten, blijft hun gezamenlijke invloed op HF ongrijpbaar. Twee HF-gerelateerde datasets werden gedownload van GEO. De overlappende genen werden verkregen uit alle genen in de trainingsset, SUMO-gerelateerde genen en mitochondriale genen. Drie machine learning-algoritmen werden toegepast om diagnostische sleutelgenen te identificeren. Vervolgens werden diagnostische modellen opgebouwd en geëvalueerd op basis van deze genen. Daarnaast werd de immuunmicro-omgeving in HF versus gezonde controles beoordeeld met behulp van CIBERSORT, MCP-counter en ssGSEA. De verschillen in immuuninfiltratie tussen HF en gezonde controles werden geanalyseerd. Geneesmiddelvoorspelling en moleculaire koppeling werden uitgevoerd om potentiële geneesmiddelkandidaten te identificeren die zich op deze genen richten. Ten slotte werd qPCR gebruikt om genexpressieniveaus in klinische monsters te valideren. In totaal werden 113 gemeenschappelijke genen geïdentificeerd met een aanzienlijke verrijking in mitochondriale regulatie. Vijf belangrijke genen, namelijk NFKB1, MYEF2, NSUN2, SQSTM1 en FKBP4, werden geïdentificeerd door drie machine learning-algoritmen. Functionele verrijkingsanalyses koppelden deze genen aan de immuunrespons, RNA-verwerking en celcyclusregulatie. Bovendien toonde immunoinfiltratieprofilering aan dat neutrofieleninfiltratie bijdraagt aan gestoorde immuunresponsen bij HF. Moleculaire koppeling toonde aan dat het kleinmolecuulmedicijn IMX-942 een gunstige bindingsaffiniteit heeft met SQSTM1 (-5,8 kcal/mol). qPCR-validatie ondersteunde de bio-informatica-resultaten. NFKB1, MYEF2, NSUN2, SQSTM1 en FKBP4 werden geïdentificeerd als sleutelgenen die SUMOylatie en mitochondriale functie in HF verbinden. Deze bevindingen bieden nieuwe inzichten in de pathofysiologie van het harteweefsel en kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe diagnostische en therapeutische strategieën.

Inleiding

Hartfalen (HF), het eindstadium van verschillende hart- en vaatziekten, wordt gekenmerkt door een verminderde hartfunctie die niet voldoet aan de metabole behoeften van het lichaam¹. Deze slopende aandoening vormt aanzienlijke bedreigingen voor de gezondheid van patiënten, wat leidt tot een verminderde levenskwaliteit en verhoogde sterftecijfers². Huidige diagnostische methoden voor HF omvatten voornamelijk biochemische markerdetectie ^3,4, echocardiografie en radiologische beeldvorming⁵. Hoewel beschikbare....

Protocol

De studie werd uitgevoerd in overeenstemming met de Verklaring van Helsinki en het protocol werd in november 2024 goedgekeurd door de Ethische Commissie van het Derde Ziekenhuis van de Hebei Medische Universiteit (W2025-065-1). Geïnformeerde toestemming werd verkregen van alle betrokken proefpersonen.

Gegevensbron en preprocessing

RNA-seq-gegevens die met HF geassocieerd zijn, werden verkregen, waaronder twee microarray-datasets uit de Gene Expression Omnibus (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/). Twee perifere bloedmicroarray-datasets werden geselecteerd: GSE59867 (....

Resultaten

Identificatie en functionele verrijking van elkaar kruisende genen

Om genen te identificeren die betrokken zijn bij SUMOylatie en mitochondriale functie bij HF, werd eerst kwaliteitscontrole uitgevoerd op de trainingsset GSE59867 (Aanvullende Figuur 1A). Er werd een drievoudige intersectieanalyse uitgevoerd onder alle genen in de trainingsset, SRG's en MRG's, waarbij 113 overlappende genen werden geïdentificeerd (

Discussie

HF, een progressieve en terminale fase van diverse hart- en vaatziekten, wordt gekenmerkt door zeer complexe en multifactoriele pathofysiologische mechanismen^17,34. Hoewel zowel SUMOylatie als mitochondriale disfunctie individueel zijn geïnspecteerd bij HF, blijven hun potentiële synergetische rollen onvoldoende onderzocht, vooral op genniveau. In de huidige studie identificeerden we vijf belangrijke genen—NFKB1, MYEF2, NSUN2, SQ.......

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Chloroform-vervanger	Servicebio	G3014-02	qPCR-reagens
DEPC-behandeld water	Biosharp	BL510A	qPCR-reagens
Fast First-Strand cDNA-synthesemix voor RT (met dsDNase)	Albatross Biology	500-101	qPCR-reagens
Fast Taq qPCR SYBR Green Mix	Albatross Biology	500-102	qPCR-reagens
FKBP4-primers	Tsingke	N/A	Forward: 5’-GAAGGCGTGCTGAAGGTCAT-3’ Reverse: 5’-TGCCATCTAATAGCCAGCCAG-3’
Isopropanol	Hushi	80109218	qPCR-reagens
MYEF2-primers	Tsingke	N/A	Forward: 5’-CAGCTCCAATGGCGTTAAAATG-3’ Reverse: 5’-TGGCCTTCTTACTTCCTGTAGAT-3’
NanoDrop-spectrofotometer	Thermo Fisher Scientific	NanoDrop 2000C	qPCR-reagens
NFKB1-primers	Tsingke	N/A	Forward: 5’-AACAGAGAGGATTTCGTTTCCG-3’ Reverse: 5’-TTTGACCTGAGGGTAAGACTTCT-3’
NSUN2-primers	Tsingke	N/A	Forward: 5’-GAACTTGCCTGGCACACAAAT-3’ Reverse: 5’-TGCTAACAGCTTCTTGACGACTA-3’
SQSTM1-primers	Tsingke	N/A	Forward: 5’-GCACCCCAATGTGATCTGC-3’ Reverse: 5’-CGCTACACAAGTCGTAGTCTGG-3’
TRIzol-reagens	Vazyme	R401-01	qPCR-reagens
β-actineprimers	Tsingke	N/A	Forward: 5’-CATGTACGTTGCTATCCAGGC-3’ Reverse: 5’-CTCCTTAATGTCACGCACGAT-3’