システムゲノミクス法による低出生体重児の造血関連遺伝子の同定

Identification of Differentially Expressed Hematopoiesis-associated Genes in Term Low Birth Weight Newborns by Systems Genomics Approach.

• Sakshi Singh
• Vinay K Singh
• Geeta Rai

抄録

背景:

低出生体重児（LBW）（出生体重2.5 Kg未満）の新生児は、周産期における感染症、罹患率、死亡率のリスクが高い。低出生体重児では自然免疫反応が低下しており、造血分化が非効率的であることから、造血の遺伝子発現状況を評価することを目的とした。

Background: Low Birth Weight (LBW) (birth weight <2.5 Kg) newborns are associated with a high risk of infection, morbidity and mortality during their perinatal period. Compromised innate immune responses and inefficient hematopoietic differentiation in term LBW newborns led us to evaluate the gene expression status of hematopoiesis.

材料と方法:

本研究では、LBW-正常出生体重(NBW)新生児のマイクロアレイデータセットを2つの参照データセットと比較し、造血幹細胞遺伝子とその発現の違いを、RのgplotsとRcolorBrewerパッケージを用いた階層的クラスタリングアルゴリズムにより同定した。

Materials and Methods: In this study, we compared our microarray datasets of LBW-Normal Birth Weight (NBW) newborns with two reference datasets to identify hematopoietic stem cells genes, and their differential expression in the LBW newborns, by hierarchical clustering algorithm using gplots and RcolorBrewer package in R.

結果:

本研究では、低出生体重児の血液生産関連遺伝子（DEHG）を108個同定し、そのうち79個の遺伝子がアップレギュレーションされ、29個の遺伝子がダウンレギュレーションされていることを明らかにした。さらに、タンパク質-タンパク質相互作用、機能アノテーション、パスウェイ解析の結果、アップレギュレーション遺伝子は主に細胞増殖・分化、MAPKシグナル伝達、Rho GTPasesシグナル伝達に関与し、ダウンレギュレーション遺伝子は細胞増殖・制御、免疫系制御、造血細胞系列、JAK-STATパスウェイに関与していることが明らかになった。その結果、ダウンレギュレーションされた遺伝子(LYZ, GBP1)と成長因子GM-CSFとの結合をドッキング及びMDシミュレーションにより検討した結果、GM-CSFが新生児の造血抑制を緩和する可能性があることを明らかにした。

Results: Comparative analysis revealed 108 differentially expressed hematopoiesis genes (DEHGs), of which 79 genes were up-regulated, and 29 genes were down-regulated in LBW newborns compared to their NBW counterparts. Moreover, protein-protein interactions, functional annotation and pathway analysis demonstrated that the up-regulated genes were mainly involved in cell proliferation and differentiation, MAPK signaling and Rho GTPases signaling, and the down-regulated genes were engaged in cell proliferation and regulation, immune system regulation, hematopoietic cell lineage and JAK-STAT pathway. The binding of down-regulated genes (LYZ and GBP1) with growth factor GM-CSF using docking and MD simulation techniques, indicated that GM-CSF has the potential to alleviate the repressed hematopoiesis in the term LBW newborns.

結論:

本研究の結果、DEHGは赤血球および骨髄特異的な系統に属しており、新生児の造血を改善し、生命を脅かす感染症に対する弱い免疫防御を構築するための潜在的なターゲットとなる可能性があることが明らかになりました。

Conclusion: Our study revealed that DEHGs belonged to erythroid and myeloid-specific lineages and may serve as potential targets for improving hematopoiesis in term LBW newborns to help build up their weak immune defense against life-threatening infections.

© 2019 Bentham Science Publishers.