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.2017年10月11日;12(10):e0185797。
doi:10.1371/journal.pone.0185797。 2017年电子收集。

一种新的网络分析方法揭示了额颞叶痴呆患者的DNA损伤、氧化应激和钙/cAMP稳态相关生物标志物

附属公司

一种新的网络分析方法揭示了额颞叶痴呆患者的DNA损伤、氧化应激和钙/cAMP稳态相关生物标志物

费尔南多·帕卢齐等。 公共科学图书馆一号. .

摘要

额颞叶痴呆(FTD)是一种神经退行性痴呆,在阿尔茨海默病之后发病率最高,在男性和女性中平均分布。它包括几个变体,通常以行为不稳定和语言障碍为特征。虽然很少有孟德尔基因(MAPT、GRN和C9orf72)与FTD表型相关,但在大多数情况下,只有证据表明存在多个风险位点,且影响大小相对较小。迄今为止,还没有在分子水平上描述FTD的全面研究,强调了FTD相关神经退行性变起源时可能的遗传相互作用和信号通路。在本研究中,我们通过基于疾病相关性和交互扰动概念的新型网络方法,结合Steiner树搜索和结构方程模型(SEM)分析,设计了意大利人群的广泛FTD遗传交互图。我们的结果表明,钙/cAMP代谢、氧化应激诱导的丝氨酸/苏氨酸激酶激活和突触后膜增强之间存在着强烈的联系,这表明可能存在神经元损伤和神经保护丧失的组合,从而导致细胞死亡。在我们的模型中,钙/cAMP稳态和能量代谢障碍分别是神经保护丧失和神经细胞损伤的主要原因。其次,由于应激诱导的丝氨酸/苏氨酸激酶的激活,突触后膜电位发生改变,导致神经退行性变。我们的研究调查了这些过程的分子基础,证明关键基因和基因相互作用可能是不明FTD病因的重要组成部分。我们强调了这些过程中的关键分子因素,并将其作为新的FTD生物标志物,这可能对进一步的流行病学和分子研究至关重要。

PubMed免责声明

利益冲突声明

竞争利益:提交人声明,不存在相互竞争的利益。

数字

图1
图1。数据分析工作流。
我们基于网络的数据分析方法包括三个输入:(i)用作基因交互空间的参考交互组;(ii)一组种子节点,表示通过交互组传播的信息的终端(源和目标);以及(iii)用于构建网络权重的定量数据。然后使用加权启发式最短路径算法,通过最大化边缘扰动的路径生成连接种子基因的Steiner树。然后将生成的斯坦纳树转换为结构方程模型(SEM)并进行拟合,以评估其有效性。在基于SEM的过程中,使用潜在变量(LV)模型测试和拟合叶基因对(即祖先无弓节点)之间的协方差。组变量C类={0,1}影响LV,模拟作用于两个靶基因的未观察原因。扩展网络中保留了显著的协方差,代表最终的疾病网络。
图2
图2。斯坦纳树。
Steiner树应用最短路径启发式(SPH)算法获得。该树有167个节点和166条边。每个节点(即基因)的大小与其程度(即传入和传出连接的数量)成正比。节点颜色表示:扰动种子(绿色)、非扰动种子(红色)、扰动连接器(蓝色)和非扰动连接器(黄色)。红边对应于受扰动的相互作用,而边厚度与它们的权重成比例(即它们的扰动水平)。受扰相互作用具有权重w个<0.33(即p<0.05阈值高于标称p值)。整个网络的特点是有一个主干网CAMK2A-TCF7L2-CTNNB1-六月-MAK8-PRKACG,其中凸轮k2aMAPK8-PRKACG地图是主要的扰动轮毂,CTNNB1公司6月表示整个系统的汇,以及TCF7L2型是连接它们的瓶颈。
图3
图3。重要节点子网络。
节点重要性是通过考虑节点在上四分位上同时具有度中心性和加权中间中心性来确定的。基本节点被放置在网络的非冗余部分,因此如果不对网络连接产生深刻影响,就无法删除这些节点。这些基因截获由轴表示的网络主干TCF7L2-六月-MAK8-PRKACG,携带最高扰动水平,尤其是在震源附近。节点和边缘根据图2中遵循的约定进行标记。
图4
图4。ncWNT子网络。
该子网络侧重于以一系列调节钙/cAMP稳态的受体和酶为特征的模块,并参与非规范钙+2/WNT信号通路。其中,最令人不安的是表皮生长因子受体受体及其靶向磷脂酶可编程逻辑控制器3和路线ITPR1-CAMK2A-CALM2-PPP3CCITPR1-CAMK2A-EP300-TCF7L2.6月是此模块和MAPK-JNK模块之间的大型接收器。节点和边缘根据图2中遵循的约定进行标记。
图5
图5。MAPK-JNK子网络。
该子网络侧重于以参与MAPK-JNK信号通路的系列丝氨酸/苏氨酸激酶为特征的模块。其中,地图8是整个网络中传出连通性最高的一个,也是所承载的干扰传入交互最多的一个PRKACG公司另一个FTD网络中心。其他令人深感不安的相互作用包括MAPK8-TNF地图,地图8-CRK.6月是该模块中的一个大汇,是非规范WNT途径(ncWNT)汇。节点和边根据图2中遵循的约定进行标记。

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引用人

工具书类

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赠款和资金

这项工作得到了欧盟的支持【授予FP7-HEALTH-F4-2007-201550,HYPER-GENES】;InterOmics【PB05 MIUR-CNR意大利旗舰项目】;由国家神经疾病和中风研究所(NINDS)和国家老龄研究所(NIA)提供的校内资助。资助者在研究设计、数据收集和分析、决定出版或编写手稿方面没有任何作用。