末梢血遺伝子の発現特性からパーキンソン病の潜在的なバイオマーカーと治療標的候補が明らかに

Expression characteristics of peripheral blood genes reveal potential biomarkers and candidate therapeutic targets for Parkinson's disease.

• Weifeng Chen
• Dajin Zhou
• Na Zhu
• Xiumei Yan
• Guizhen Jiang
• Longyou Zhao

抄録

神経変性疾患では、パーキンソン病が2番目に多い。現在の人口動態の傾向は、2030年までに有病率のリスクは4％近くになり、発症率は2倍になると予想されていることを物語っている。パーキンソン病の詳細なプロセスを理解することで、PDの診断や進行のための新しいバイオマーカーや治療標的候補を明らかにすることができます。本研究は、パーキンソン病の分子過程を特定することを目的とした、パーキンソン病の病態における重要な遺伝子の詳細な解析と探索のためのモジュール化に基づいています。ハイパージオメトリック検定に基づき、差分解析、濃縮解析、共発現モジュール解析、ネットワーク接続性解析を行い、最終的にモジュールを制御するncRNA（ノンコーディングRNA）と転写因子を予測した。以上の方法に基づき、2180個の差分遺伝子を含む10個の共発現モジュールを得た。その中で、RB1、IL7などの遺伝子はPD患者で有意に異なる発現を示し、機能不全モジュールに既存の制御を有しており、PDにおけるKey遺伝子として同定された。モジュール遺伝子が関与する生物学的プロセスは、例えば、リンパ球の活性化、シグナル放出、細胞カルシウムの恒常性、炎症反応の調節、エキソサイトーシスの調節などを調節している。この挙動は、サイトカイン-サイトカイン受容体相互作用などのシグナル伝達経路を大きく制御している。さらに、miR-25-3pを含むncRNAのピボットを同定しました。また、RELA, STAT1などの転写因子ピボットが機能不全モジュールを有意に制御していることが明らかになりました。本研究は、パーキンソン病のコアとなる機能障害モジュールと潜在的な制御因子、必須遺伝子を明らかにし、パーキンソン病の病態解明の一助となるものである。また、この研究は、治療目標を決定し、予測バイオマーカーおよび治療標的候補を提供するための介入の有効性を測定するために使用することができる。

In neurodegenerative disease, Parkinson's disease is the second most common one. Current demographic trends tell that by 2030, the risk of prevalence is close to 4% and the incidence is expected to double. Understanding the detailed process of Parkinson's disease can help us to figure out new biomarkers and candidate therapeutic targets for the diagnosis and progression of PD. This study is based on modularity for in-depth analysis and exploration of critical genes in the pathogenesis of Parkinson's disease, intended to identify the molecular processes of Parkinson's disease. According to the hypergeometric test, by performing differential analysis, enrichment analysis, co-expression module analysis, network connectivity analysis and finally, the ncRNA (non-coding RNA) and transcription factor that regulate the module were predicted. Based on the above methods, we obtained ten co-expression modules, including 2180 differential genes. Among them, RB1, IL7, and other genes were significantly differentially expressed in PD patients, and they had existing regulation in dysfunction modules, which was identified as Key genes in PD. The biological processes involved in the modular genes, for example, regulate lymphocyte activation, signal release, cellular calcium homeostasis, regulation of inflammatory responses, and regulation of exocytosis. This behavior significantly regulates signaling pathways such as cytokine-cytokine receptor interactions. Further, we identified ncRNA pivot including miR-25-3p. Also, transcription Factors pivot such as RELA, STAT1 significantly regulate dysfunction modules. This study can help to reveal all Parkinson's core dysfunction modules and potential regulatory factors as well as essential genes and the study assists to improve our understanding of its pathogenesis. The study can also be used to determine treatment goals and measure the effectiveness of interventions to provide predictive biomarkers and candidate therapeutic targets.