Zusammenfassung
Hintergrund
Ziel dieser Studie war charakteristisch repräsentative Gene durch eine vergleichende Analyse von Genexpressionsprofilen im Blut und Speichel von chronischer Parodontitis zu identifizieren ( CP) und feuerfeste Parodontitis (RP) Patienten neue Behandlungsstrategien zu schaffen, die bei der Behandlung von verschiedenen Formen der Parodontitis kann hilfreich sein.
Methoden
GSE43525 von Gene Expression Omnibus heruntergeladen wurde. In dem Datensatz, waren dreizehn Proben von Blut, einschließlich 4 steuert, 4 LP und 5 RP Proben und zehn Proben von Speichel, darunter 3 Kontrollen, 4 LP und 3 RP Proben. Nach Vergleich der CP und RP Proben differentiell exprimierte Gene (DEGS) zwischen diesen beiden Arten von Periodontitis in den Blut- und Speichelproben wurden von einem Limma Paket identifiziert. Dann, funktional und Weg Anreicherung Analysen wurden von David und KOBAS ausgeführt sind. Die deutlich assoziierten miRNAs in CP und RP von WebGestalt gesucht wurden.
Ergebnisse Insgesamt
, 213 DegS in CP und 45 DegS in RP identifiziert wurden. Funktions Anreicherung zeigte, dass die DEGS von CP wurden in Ribosomen und Regulation der Apoptose-verwandten Wege in Blut sowie Speichel hauptsächlich angereichert, während die DEGS von RP signifikant in Immunreaktionen und die Reaktion auf organischen substanzbezogenen Wege angereichert wurden. Mehrere miRNAs, wie miR-381 und miR-494, wurden als eng verbunden sind mit CP identifiziert. Darüber hinaus CD24
, EST1
, MTSS1
, ING3
, CCND2
und SYNE2 könnte
potenzielle Ziele für die Diagnose und Behandlung von CP sein.
Fazit
die identifizierten DegS und miRNAs könnten mögliche Ziele für die Behandlung von chronischen und feuerfesten Parodontitis sein.
Schlüsselwörter chronische Parodontitis Refractory Parodontitis Blut Saliva Funktionelle und Pathway-Anreicherung Analyse miRNA-Highlights
1. Insgesamt 213 DegS CP und 45 DegS in der RP wurden in Blut und Speichel Geweben identifiziert.
2. Die DEGS wurden in Ribosom Antigenverarbeitung und Präsentationswegen beteiligt. 3
. CD24 EST1, MTSS1, ING3, CCND2 und SYNE2 könnte für CP mögliche Ziele sein.
Hintergrund
In den letzten Jahren haben Parodontalerkrankungen werden ein großes Gesundheitsproblem weltweit. Parodontalerkrankungen sind infektiös durch Bakterien in der Zahnplaque verursachte Krankheiten [1]. Chronische Parodontitis (CP) ist eine entzündliche Zerstörung von Zahnhaltestrukturen, die, wenn sie unbehandelt, zum Zahnverlust führen kann [2, 3]. CP wirkt sich auf fast 50% der erwachsenen Bevölkerung und 60% der Bevölkerung im Alter von weltweit [4]. CP ist die häufigste und destruktive Krankheit bei Erwachsenen [5]. In den meisten Fällen Periodontitis, den Therapieerfolg wird für lange Zeiträume erhalten [6]; aber ein kleiner Teil der behandelten Patienten, die als feuerfeste Parodontitis (RP) Patienten nicht gut reagieren, um richtig durchgeführt konventionelle Therapie und weiterhin Verlust der parodontalen Attachments zu zeigen [7, 8]. Das Vorhandensein von spezifischen pathogenen microbiotas kann RP [9] beitragen. RP-Patienten sehr heterogen sind hinsichtlich ihrer klinischen, mikrobiologischen und immunologischen Eigenschaften [10].
CP wird in Gegenwart von subgingivalen Zahnstein und lokale Faktoren [11] gefunden. Die Pathogenese der CP ist multifaktoriell in der Natur und resultiert aus Wechselwirkungen zwischen bakteriellen, ökologischen, immunologisches und genetische Faktoren [12]. Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass Polymorphismen in Interleukin 1 (IL1), IL-6, IL-10, usw. können mit CP in bestimmten Bevölkerungsgruppen zugeordnet werden. Mehrere Zytokine, einschließlich Tumor-Nekrose-Faktor-α (TNF-α), IL1, IL6, IL8, interzelluläres Adhäsionsmolekül-1 (ICAM-1), monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) und Granulozyten-Makrophagen-Kolonie- eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Parodontitis-stimulierenden Faktor (GM-CSF), spielen. Die nuclear factor & kgr; B (NF & kgr; B)-Signalweg ist in Teilen der Immunantwort, wie beispielsweise die Antigen-Präsentation, Immunbalance und Lymphozyten-Aktivierung beteiligt sind, und ist signifikant in Periodontitis [13]. CP initiiert wird und in der ersten Zeile durch komplexe poly-mikrobielle Infektion und die angeborene Empfänglichkeit des Patienten ist jetzt ein akzeptiertes kritischer Faktor behauptet, dass die destruktive Charakter der Erkrankung bestimmen [14]. Eine intraradikulären Infektion in der komplexen apikal Wurzelkanalsystems und extraradicular Infektion in Form von periapikalen actinomycosis präsentiert persistierenden kann RP führen [15]. Mit hohen Inzidenz und vorherrschenden Merkmale, die Diagnose und Behandlung von CP und RP ist zweifellos eine Herausforderung für beide klinischen Forschern und Klinikern.
Das Ziel der vorliegenden Studie war es, zu vergleichen und diese beiden Arten von Parodontitis auf der genetischen Ebene analysieren Blut- und Speichelproben und den möglichen Mechanismus der Parodontitis zu erkunden. Biologische Mikroarray-Analyse wurde verwendet, um das Genexpressionsprofil von CP und RP in verschiedenen biologischen Flüssigkeiten mit dem Ziel, zusätzliche Behandlungen und die Fähigkeit, zu analysieren, um besser Parodontitis unterscheiden.
Methoden
Microarray-Daten
Die Forschungsanalyseprozess ist in Fig. 1 Das Genexpressionsprofil von GSE43525 [16] wurde von Gene Expression Omnibus (GEO) heruntergeladen, die auf der Plattform des HumanHT-12 V4.0 Ausdruck BeadChip beruhte. Jeder Satz von Expressionsprofildaten, die der GEO-Datenbank eingereicht wird vor allem von Laboratorien auf der ganzen Welt umfasst Plattform Informationen, die Serieninformationen und Probeninformationen [17]. Insgesamt 13 Proben (einschließlich 4 Kontrollproben, 4 LP Proben und 5 RP-Proben) wurden aus dem Blut gewonnen, und 10 Proben (einschließlich 3 Kontrollproben, 4 LP Proben und 3 RP-Proben) wurden aus dem Speichel laut der Webseite Informationen (http:.....? //www ncbi NLM nih gov /geo /query /acc cgi acc = GSE43525). Diese Proben wurden von Patienten unterschiedlichen Geschlechts und Alters ausgewählt. Alle Patienten waren von der Fakultät für Zahnmedizin, University of Toronto, Toronto, ON und informierte Zustimmung zur Verfügung gestellt. In additon wurde GSE43525 von Lakschevitz et al abgeschieden. deren Studie des Office of Research Ethics (ORE) an der University of Toronto (Protokoll # 25698) [16] genehmigt wurde. Feige. 1 Die Forschung Analyseprozess von Blut und Speichel Gewebe
Vergleichende Analyse von chronischen und feuerfesten Parodontitis Proben aus Blut und Speichel
In Übereinstimmung mit den Beschreibungen und Eigenschaften der ursprünglichen Proben, die Blut- und Speichelproben aus dem CP und RP Patienten wurden für Genexpressionsprofil-Analyse verwendet.
Datenvorverarbeitung und Identifizierung von differentiell exprimierten Genen (DEGS)
die Sonde-Level-Daten wurden in den Expressions Maßnahmen umgesetzt. Für jede Probe wurden die Expressionswerte aller Sonden für ein bestimmtes Gen auf einen einzelnen Wert reduziert, indem die durchschnittliche Expressionswert genommen wird und dann log2-Transformation wurde durchgeführt [18]. Das lineare Modell von Microarray-Daten (Limma) Paket in R [19] wurde verwendet, um die DegS von CP und RP im Blut und Speichel im Vergleich zu normalen Kontrollen zu identifizieren. Die p
-Wert & lt; 0,05 und | log-fache Veränderung (FC) | & Gt; 1 wurden als die Abschneidekriterien verwendet.
Funktionelle Anreicherung Analyse von DegS
Gene Anreicherungsanalyse ist eine analytische Strategie eine Reihe von ähnlichen oder verwandten Genen als Ganzes unter Verwendung von der Gesamt Bedeutung von Veränderungen in der Genexpression Berechnen festzustellen, ob die biologische Funktion oder Eigenschaften ändern. Diese Strategie könnte erheblich die Dimension der Datenanalyse zu reduzieren und macht den Analyseprozess näher biologische Probleme, weshalb diese Verfahren weit verbreitet in der Microarray-Technologie verwendet wird [20]. Derzeit gibt es viele Werkzeuge, die Anreicherung Analyse der Genfunktion bereitstellen kann. Unter ihnen Datenbank für Annotation, Visualisierung und integrierten Entdeckung (DAVID) ist die beliebteste [21]. DAVID bietet eine umfassende Reihe von funktionalen Annotation-Tools für die Ermittler, die biologische Bedeutung hinter einer großen Liste von Genen zu verstehen. Wir führten eine Gene Ontology (GO) Anreicherung Analyse in Bezug auf die biologische Fortschritt (BP). Die falsche Entdeckung Rate (FDR) & lt; 0,05 wurde als Abschneidekriterium verwendet.
Pathway-Analyse von DegS die biologischen Funktionen besser zu verstehen und weiter zu untersuchen
, die KEGG Orthologie Based Annotation-System (KOBAS) [22] verwendet wurde, den Weg Anmerkung zu leiten und Anreicherung Analyse basiert auf einer hypergeometric Verteilung. Die p
-Wert & lt; 0,05 wurde als Abschneidekriterium verwendet.
Für deutlich zugehörigen microRNAs
MicroRNA (miRNA) Suche in vielen biologischen Prozessen im Großen und Ganzen teilnehmen und können als Biomarker für die Diagnose einer Vielzahl von Krankheiten [23, 24 verwendet werden, ]. Wir haben das WEB-basierte Gene Set Analysis Toolkit (WebGestalt) den Zusammenhang zwischen DegS und miRNAs in CP und RP [25, 26] zu berechnen. Die p
-Wert & lt; 0,05 wurde als Abschneidekriterium verwendet.
Ergebnisse | Identifizierung von DegS
die Microarray-Daten nach der Vorverarbeitung wurde die Limma Paket verwendet, um die DegS zu screenen. Insgesamt 213 DegS in CP (einschließlich 76 hochreguliert und 14 nach unten reguliert Gene im Blut sowie 94 hochreguliert und 29 nach unten reguliert Gene im Speichel) und 45 DegS in RP (darunter 13 hochreguliert und 7 herunterregulierten Gene im Blut, sowie 10 hochreguliert und 15 nach unten reguliert Gene im Speichel) wurden identifiziert (Fig. 2). Feige. 2 a: heraufreguliert und nach unten reguliert Gene im Blut und Speichel von Patienten mit chronischer Periodontitis; b: hochreguliert und Down-regulierte Gene im Blut und Speichel von Patienten mit refraktären Parodontitis. schwarze Farbe
: nach unten reguliert Gene; graue Farbe
: up-regulierte Gene Funktionelle Anreicherung Analyse von DegS
Zum Funktionen von DegS in CP und RP im Blut und Speichel, die funktionale Anreicherung Analyse all dieser DegS Studie wurden von DAVID durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass DegS im Blut von CP-Patienten in übersetzungsbezogenen BP Bedingungen (Tabelle 1a) beteiligt waren. Inzwischen wurden die DEGS im Blut von Patienten RP hauptsächlich in Immunantwort Prozesse (Tabelle 1b) angereichert. Darüber hinaus wurden die DEGS im Speichel von CP Patienten hauptsächlich beteiligt an der Regulation der Apoptose und Zelltod (Tabelle 1c). Darüber hinaus wurden die DEGS in Speichel von RP Patienten hauptsächlich in Genen, die auf organischen Stoffen und Bakterien (Tabelle 1d) Anreicherung Gene Ontology .Tabelle 1 Analyse angereichert differentiell exprimierter Gene von chronischen und refraktären in Blut und Speichel
a) Blut-chronische
Begriff
Graf
P
-Wertes
GO: 0006414 ~ Translationselongation
11
8.07E-11
GO: 0006412 ~ Übersetzung
13
9.52E- 08
GO: 0006968 ~ zelluläre Abwehrreaktion
6
1.42E-05
b) Blut-refraktären
Begriff
Graf
P
-Wertes
GO: 0006955 ~ Immunantwort
4
3.16E-02
c) Saliva-chronische
Begriff
P
-Wertes
GO: 0042981 ~ Regulation der Apoptose
12
2.64E-03
GO: 0043067 ~ Regulation des programmierten Zelltods
12
2.85E-03
GO: 0010941 ~ Regulation des Zelltods
12
2.93E-03
GO: 0008202 ~ Steroidstoffwechselprozess
6
3.90E-03
d) Saliva-refraktären
Begriff
Graf
P
-Wertes
GO: 0010033 ~ Reaktion auf organische Substanz
5
8.71E-03
GO: 0009617 ~ Antwort auf Bakterium
3
2.13E-02
GO: 0019439 ~ aromatische Verbindung katabolen Prozess
2
2.34E-02
GO: 0008286 ~ Insulin-Rezeptor-Signalweg
2
4.29E-02
GO: 0045787 ~ positive Regulation der Zell Zyklus
2
6.54E-02
Pathway-Analyse von DegS die beteiligten Bahnen eines jeden Satzes von DegS Um weiter zu verstehen
, ein Weg Anreicherung Analyse wurde weiter ausgeführt. Insgesamt 10 Bahnen wurden für die DEGS (Tabelle 2) angereichert. Die DegS des Blutes von CP-Patienten wurden in zwei Wege angereichert, das bedeutendste sein Ribosom (p
= 2.24E-10), die 11 DegS beteiligt. Die DegS im Blut von RP-Patienten waren vor allem in fünf Wegen beteiligt, die bedeutendste davon Zelladhesionsmoleküle waren (CAMs). Inzwischen hat die DEGS im Speichel von CP-Patienten wurden in den Stoffwechselweg der Antigen-Prozessierung und Präsentation angereichert. Die DegS im Speichel von RP-Patienten wurden in Tryptophanstoffwechsel und Aldosteron-regulierte Natrium reabsorption.Table 2 Die significanlty angereicherte Pfade durch differentiell exprimierte Gene beteiligt
a) Blut chronische
Pathway
P
-Wertes
hsa03010: Ribosom
2.24E-10
hsa05332: Graft-versus- Host-Erkrankung
3.06E-02
b) Blut-refraktären
Pathway
P
- Wert
hsa04514: Zelladhäsionsmoleküle (CAMs)
6.35E-03
hsa05330: Allograft Ablehnung
3.49E- 02
hsa05332: Graft-versus-Host-Krankheit
3.78E-02
hsa04940: Diabetes mellitus Typ I
4,06 E-02
hsa05320: autoimmune Schilddrüsenerkrankung
4.92E-02
c) Saliva-chronische
Pathway
P
-Wertes
hsa04612: Antigen Verarbeitung und Präsentation
1.24E-02
d) Saliva-refraktären
Pathway
P
-Wertes
hsa00380: Tryptophan Stoffwechsel
4,63 E-02
hsa04960: Aldosteron-regulierten Natriumresorption
4.74E-02
miRNA-Target-Gen-Analyse
WebGestalt wurde verwendet, um analysieren die entsprechenden miRNAs in CP und RP. Tabelle 3 zeigt die Beziehung zwischen miRNAs und DEGS. Keine Zielgene wurden in den RP-Proben gefunden; jedoch gab es 4 und 5 DegS auf die miRNAs im Blut und Speichel von CP-Patienten bezogen sind. Wir fanden heraus, dass Cluster der Differenzierung 24 (CD24
), Esterase 1 (EST1
) und Metastasierung Suppressor 1 (MTSS1
) waren Zielgene für CP im Blut, während, Inhibitor des Wachstums Familienmitglied 3 ( ING3
), Cyclin D2 (CCND2
) und synaptische Kernhülle Protein 2 (SYNE2
) waren Zielgene für CP im Speichel. Die am deutlichsten im Zusammenhang mit miRNAs waren miR-381 (die ETS1
und MTSS1
Ziele) und miR-494 (die ING3
Ziele, CCND2
und SYNE2
) Gene .Tabelle 3 Ziel und ihre entsprechenden miRNAs in verschiedenen Gruppen aus a) Blut chronisch
miRNA
ID
P
- Wert Bei
Zielgene
hsa_CTTGTAT, MIR-381
DB_ID: 731
4.20E-02
ETS1, MTSS1
hsa_TGTGTGA, MIR-377
DB_ID: 845
4.07E-02
CD24, ETS1
hsa_CAGCAGG, MIR-370
DB_ID: 682
2.73E-02
SLAMF6, MTSS1
hsa_ATACTGT, MIR-144
DB_ID: 702
4.47E-02
ETS1, ALDH1A3
b) Saliva chronische
miRNA
ID
P
-Wertes
Zielgene
hsa_ATGTTTC, MIR-494
DB_ID: 782
4.80E-03
ING3, CCND2, SYNE2
hsa_ACCATTT, MIR-522
DB_ID: 749
4.80E-03
ING3, YWHAZ, CCND2
hsa_AGGTGCA, MIR-500
DB_ID: 827
1.64e-02
CREB-1, POFUT1
hsa_AGGGCAG, MIR-18A
DB_ID: 668
3.35E-02
YWHAZ, CREB-1
hsa_TAATGTG, MIR-323
DB_ID: 724
4.38E-02
CREB-1, TGFA
Diskussion
Periodontitis ist eine multifaktorielle infektiös durch eine destruktive Entzündungsprozess der das Stützgewebe des Zahnes zu beeinflussen und zu einer Wiederaufnahme des Alveolarknochens, parodontale Taschenbildung und schließlich Zahnverlust gekennzeichnet entzündliche Erkrankung [27] . CP ist eine typische Krankheit, die einen relativ milden Phänotyp und eine langsame Fortschritte und chronischer Natur hat [28]. Funktionelle Anreicherung zeigte, dass DegS von RP wurden in Immunreaktionen deutlich angereichert. Darüber hinaus persistent Wirt entzündliche Immunantworten gegen Pathogene führt zur Zerstörung von weichen und mineralisierten parodontalen Gewebe [29]. Nach unseren Ergebnissen zeigten Funktionsebene Analyse, dass diese beiden Arten von Parodontitis in der Immunabwehr im Zusammenhang mit Genen im Blut und Speichel signifikante Expression Veränderungen verursachen könnte. Sobald die Erreger das periodontale Gewebe, das Immunsystem verwendet eine Vielzahl von Verfahren, einschließlich humeral Immunität und zelluläre Immunität einzufallen, das Auftreten von Parodontitis [30] zu vermeiden. In unserer Studie erhielten wir DegS und ihre entsprechenden miRNAs im Blut und Speichel von CP-Patienten. Durch den DegS für deutlich im Zusammenhang microRNAs der Suche, einschließlich der Zielgene CD24
, EST1
, MTSS1
und ING3
, CCND2
und SYNE2
gefunden wurden. MiR-381 (die ETS1
und MTSS1
Ziele) und miR-494 (die ING3
Ziele, CCND2
und SYNE2
) waren die am deutlichsten im Zusammenhang mit miRNA im Blut und Speichel. Diese miRNAs könnte in CP funktionieren durch ihre Zielgene reguliert.
CD24
gefunden wurde, stark in Periodontitis exprimiert wird. Die gleichbleibend hohe Expression von CD24
im Epithelansatz auf den Zahn und in der Migration von Epithel der Parodontitis Läsion berichtet wurde, und Titer von Serum-Antikörper autoreaktive mit CD24
Peptid korreliert mit dem Erlass von Parodontalerkrankungen [31]. Funktionsanalyse ergab, dass MTSS1
, die zunächst als ein Gen beschrieben wurde in invasiven Blasenkrebszelllinien fehlen, ein Actin-bindendes Protein in der Regulation des Actin-Zytoskeletts Dynamik beteiligt war. MTSS1
gezeigt sonic hedgehog (Shh) Signalisierungsabhängig und synergistisch mit der Wirkung von Gli Transkriptionsfaktoren [32] zu sein. ING3
ist eine Untereinheit des Nukleosom acetyltransferase von Histon 4 (NuA4) -Komplex, der die Genexpression aktiviert. ING3
wird in Säugetiergewebe ubiquitär exprimiert und regelt das Transkriptionsregulation und Zellzykluskontrolle [33]. Obwohl Berichte über ihre Rolle in der Progression der Parodontitis sind selten, spekulierten wir, dass diese Gene eine Schlüsselrolle bei Parodontitis spielen könnten. EST1
, MTSS1
, ING3
, CCND2
und SYNE2
sowie ihre entsprechenden miRNAs könnte für Parodontitis potentielle therapeutische Targets sein. Die Serum-Antikörper-Titer wurden zu einem gewissen Grad mit Periodontitis bei allen Patienten erhöht [34]. Die genetische Anfälligkeit Faktoren der Parodontitis und schnelle Identifizierung von anfälligen Parodontitis-Patienten zur Prävention und Behandlung von Parodontitis beitragen.
Schlussfolgerungen
Zusammengefasst unsere Daten bietet eine umfassende bioinformatische Analyse von DegS im Blut und Speichel von CP und RP-Patienten. Insgesamt 213 DegS in CP und 45 DegS in RP identifiziert wurden. CD24
, EST1
, MTSS1
, ING3
, CCND2
und SYNE2 kann
das Potential als Ziele verwendet werden müssen für Parodontitis Diagnose und Behandlung .; jedoch ist mehr Forschung noch unsere Ergebnisse zu validieren benötigt.
Hinweise
Höhepunkte
1. Insgesamt 213 DegS CP und 45 DegS in der RP wurden in Blut und Speichel Geweben identifiziert.
2. Die DEGS wurden in Ribosom Antigenverarbeitung und Präsentationswegen beteiligt. 3
. CD24 EST1, MTSS1, ING3, CCND2 und SYNE2 könnte für CP mögliche Ziele sein
Abkürzungen
BP:.
Biologischen Fortschritt
CAMs:
Zelladhesionsmoleküle
CP:
chronischer Parodontitis
DegS: CONTACT differentiell exprimierte Gene
FC:
Änderung falten
FDR:
False Discovery
GEO:
Gene Expression Omnibus
GO:
Gene Ontology
KOBAS:
KEGG Orthologie Based Annotation-System
NuA4:
Nukleosomen Acetyltransferase von Histon 4
RP:
feuerfeste Parodontitis
Shh:
sonic hedgehog
Erklärungen
Bestätigung
Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse aus dem National Natural Science Foundation of China (NO unterstützt. . 81170991)
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