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.2012年2月24日;4(2):16.
doi:10.1186/gm315。

年龄相关性黄斑变性的系统级分析揭示了全球生物标志物和表型特异性功能网络

附属公司

年龄相关性黄斑变性的系统水平分析揭示了全球生物标记物和表型特异性功能网络

亚伦·M·纽曼等。 基因组医学. .

摘要

请参阅相关评论:http://www.biomedcentral.com/1741-7015/10/21/摘要

背景:老年性黄斑变性(AMD)是致盲的主要原因,它影响视网膜色素上皮(RPE)、脉络膜和神经视网膜的中央区域。AMD最初的特征是RPE以下沉积物的积累,导致进行性视网膜变性,在晚期病例中,会导致不可逆转的视力丧失。尽管遗传分析、动物模型和细胞培养系统对AMD产生了重要的见解,但AMD发病和进展的分子途径仍不清楚。我们通过对AMD和正常人类捐赠者的眼睛进行首次比较转录组分析,试图更好地了解这种毁灭性疾病的分子基础。

方法:RPE脉络膜和视网膜组织样本取自31只正常、26只AMD和11只潜在的AMD前人类供体眼的共同队列。生成黄斑和黄斑外区域的转录组图谱,并采用统计和生物信息学方法来识别疾病相关的基因特征和功能丰富的蛋白质关联网络。使用独立的供体队列验证了选定的高显著性基因。

结果:我们鉴定了50多个富含细胞介导免疫应答的注释基因,这些基因在RPE-脉络膜AMD表型中普遍过度表达。使用机器学习模型和第二个供体队列,我们表明前20个全球基因可以预测AMD临床诊断。我们还发现RPE脉络膜中功能丰富的基因集,描述了晚期AMD表型、新生血管AMD和地理萎缩。此外,我们发现视网膜转录水平的分级增加与创伤反应、补体级联和神经发生有关,这与光转导转录水平的降低和AMD严重程度的增加密切相关。基于我们的发现,我们组装了蛋白-蛋白质相互作用组,突出了可能参与AMD发病机制的功能网络。

结论:我们发现了新的AMD全球生物标记物和基因表达特征。这些结果与基于细胞的炎症反应代表AMD病因学的中心特征的模型一致,并且取决于遗传、环境或随机因素,可能导致以血管生成和/或细胞死亡为特征的高级AMD表型。调节这些免疫活性的基因,以及这里发现的许多其他基因,代表了AMD导向治疗和诊断的有希望的新靶点。

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数字

图1
图1
AMD患者RPE-脉络膜基因转录水平显著升高.年龄匹配的正常和AMD(包括AMD前期)供体样本的方框图黄斑和黄斑外RPE脉络膜。所有基因的q值均≤0.1(错误发现率≤10%)。黄斑和黄斑外P(P)-值采用单侧Wilcoxon秩和检验进行计算。”表达式“表示净强度,如材料和方法中所定义。正常黄斑,n个=30; AMD黄斑,n个= 35; 正常的黄斑外,n个= 29; AMD公司黄斑外,n个= 32.
图2
图2
全球和表型特异性AMD疾病模块.(a、b)疾病相关基因置换P(P)-值<0.1和折叠差异≥1.5根据其显著性得分进行聚类(参见材料和方法),结果显示为的热图RPE-脉络膜(a)和视网膜(b)。列表示每种疾病表型,黄斑(Mac)和/或黄斑外(XMac),行代表独特的基因/探针(基因符号/Agilent ID)。全球包括所有AMD/AMD前表型MD由MD1和MD2供者样本组成。GA和CNV疾病类别包括GA/CNV供体样本。疾病模块分开用水平线标记,并用一个或多个中较高或较低的表达式标记AMD/AMD前表型(例如,“MD2 Up”、“GA Down”)与年龄匹配的正常供者样本。全球上升*/全球下降*疾病模块右侧放大显示具有显著差异的单个基因黄斑和黄斑外供体样本中的表达;对于整个列表全局向上/向下基因,参见附加文件1中的图S7和S8以及附加文件5中的表S3。平均免疫球蛋白探针以节省空间材料和方法中描述。
图3
图3
用独立队列验证全球AMD特征基因.使用支持向量机(SVM)和RPE-脉络膜全局向上模块(图2a),用于预测的分类模型AMD状态已确定。(a)表达式热图(log2缩放,以中位数为中心)的爱荷华州供体组使用的基因/探针以生成分类模型。所有供体年龄都在热量下绘制地图(黄线表示捐赠者年龄匹配的点)。(b)使用包含表达数据的AMD SVM模型获得的结果确定AMD捐赠者的年龄:爱荷华州未使用的数据子集对于培训(即“测试集”),俄勒冈州数据集(即“验证和一个随机俄勒冈州数据集(即“随机基因和年龄”)。这些结果与“SVM模型2(+年龄)”相对应,该模型与附加文件1中图S9和S10中的其他SVM模型。统计显著性的确定如材料和方法。
图4
图4
RPE-脉络膜AMD相互作用组:全球保守和表型特异子网.(a)AMD交互组显示直接和间接RPE-脉络膜Global Up、CNV-Up和GA Up中的蛋白质相互作用疾病模块由三个数据源组成:STRING[49]、Ingenuity Pathway Analyzer(IPA)和Bossi and Lehner[50]人类蛋白质相互作用数据集(PPI)(参见材料和方法)。基因产物由节点表示,其中大多数是彩色编码的根据疾病模块。黄色节点代表IPA预测的基因,除了VEGFA(血管内皮生长因子),这是手动预测的在我们的RPE脉络膜表达数据中高度表达。平行四边形节点表示先前与AMD相关的基因(附加文件中的表S23). 个体免疫球蛋白基因/探针全球向上模块被合并(参见材料和方法)并被表示作为单个节点(“Ig”)。Exp、Db和Text表示实验,STRING交互分数的知识/数据库和文本元素,分别是。(b)热图描述了网络的微分表达式AMD/AMD前表型黄斑中的基因(另请参见图S12附加文件1)。差异表达为计算为每个基因归一化为年龄匹配正常值的几何平均值供体样本(≥60岁)。仅代表纯GA和CNV。(适用于数据包括GA/CNV供体样本,参见附加文件1中的图S12)。(c)描述表达式数据平均值的条形图在(b)中,显示为AMD/前AMD表型的功能。误差条表示平均值的标准误差。
图5
图5
视网膜AMD相互作用组显示AMD表型的分级表达.(a)AMD相互作用组由视网膜Global Up、CNV Up和CNV组装而成Down疾病模块由三个数据源组成:STRING[49]、Ingenuity Pathway Analyzer(IPA)、Bossi和Lehner[50]人类蛋白质相互作用数据集(PPI)(参见材料和方法)。平行四边形节点表示先前与AMD(附加文件3中的表S2)。Exp、Db和文本表示的实验、知识/数据库和文本管理组件STRING交互得分。(b)热图描绘黄斑表达水平与AMD和AMD前表型的关系(另见附加文件1中的图S13)。表达式级别计算结果如图4所示。(c)平均微分(b)中每个子网络的表达,由AMD/前AMD表型组织。误差条表示平均值的标准误差。

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工具书类

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