拡張型心筋症の潜在的なバイオマーカーと治療標的を同定するための統合的マイクロアレイ解析

Integrated microarray analysis to identify potential biomarkers and therapeutic targets in dilated cardiomyopathy.

• Hao Zhang
• Junyu Huo
• Wanying Jiang
• Qijun Shan

抄録

拡張型心筋症（DCM）は、死亡率の高い原発性心筋症である。本研究の目的は、DCMに関連する遺伝子を同定することであった。Gene Expression Omnibus (GEO)データベースからダウンロードした4つの発現プロファイル（GSE17800、GSE21610、GSE42955、GSE79962）をRankProdとmetaMA Rパッケージを用いて解析し、異なる発現を持つ遺伝子（DEG）を同定した。また、DEGはアノテーション・可視化・統合ディスカバリーデータベース(DAVID)にアップロードされ、Gene Ontology (GO)とKyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG)のパスウェイエンリッチメント解析のために利用された。また、DEGのタンパク質-タンパク質相互作用（PPI）ネットワークをSTRINGデータベースを用いて構築した。また、ハブ遺伝子をCytoscapeプラグインcytoHubbaを用いて同定した。ハブ遺伝子の検証には、ドキソルビシン（DOX）を腹腔内注射して樹立したマウスDCMモデルを用いた。4つのマイクロアレイで合計898個のDEGが同定された。さらに、GO解析の結果、これらのDEGは主に細胞接着、細胞増殖の負の制御、アポトーシスプロセスの負の制御、およびカリウムイオン輸送に濃縮されていることが明らかになった。さらに、KEGG解析により、これらのDEGは主にECM受容体相互作用、p53シグナル伝達経路、心筋収縮、低酸素誘導因子シグナル伝達経路に濃縮されていることが明らかになった。その結果、PPIネットワークのハブ遺伝子として、プロエンケファリン（PENK）、chordin like 1（CHRDL1）、カルメニン（CALU）、アポリポ蛋白質L1、インスリン様成長因子結合蛋白質3（IGFBP3）、セルロプラスミン（CP）が同定されました。さらに、マウスモデルを用いて、DCMを発症した心臓におけるPENK、CHRDL1、IGFBP3、CP、CALUの発現レベルを検証した。以上のことから、本研究ではDCMに関連する6つのハブ遺伝子を同定した。本研究の結果は、これらのハブ遺伝子が関与するDCMのメカニズムを示唆するものであり、臨床におけるスクリーニングや診断のためのバイオマーカーとなる可能性がある。

Dilated cardiomyopathy (DCM) is a primary cardiomyopathy with high mortality. The aim of the present study was to identify the related genes in DCM. The four expression profiles (GSE17800, GSE21610, GSE42955 and GSE79962) downloaded from the Gene Expression Omnibus (GEO) database were analyzed using RankProd and metaMA R packages to identify differentially expressed genes (DEGs). DEGs were uploaded to the Database for Annotation, Visualization and Integrated Discovery (DAVID), for Gene Ontology (GO) and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway enrichment analysis. A protein‑protein interaction (PPI) network of the DEGs was constructed using the STRING database. In addition, hub genes were identified using the Cytoscape plugin cytoHubba. A mouse DCM model, which established via intraperitoneal injection with doxorubicin (DOX), was used to validate the hub genes. A total of 898 DEGs were identified across the four microarrays. Furthermore, GO analysis demonstrated that these DEGs were mainly enriched in cell adhesion, negative regulation of cell proliferation, negative regulation of apoptotic process and potassium ion transport. In addition, KEGG analysis revealed that DEGs were mainly enriched in the ECM‑receptor interaction, the p53 signaling pathway, cardiac muscle contraction and the hypoxia‑inducible factor signaling pathway. Proenkephalin (PENK), chordin like 1 (CHRDL1), calumenin (CALU), apolipoprotein L1, insulin‑like growth factor binding protein 3 (IGFBP3) and ceruloplasmin (CP) were identified as hub genes in the PPI network. Furthermore, the expression levels of PENK, CHRDL1, IGFBP3, CP and CALU in hearts with DCM were validated using a mouse model. In conclusion, the present study identified six hub genes related to DCM. Therefore, the present results may provide a potential mechanism for DCM involving these hub genes, which may serve as biomarkers for screening and diagnosis in the clinic.