静脈血栓塞栓症と歯周病とのクロストーク。バイオインフォマティクスによる解析

Crosstalk between Venous Thromboembolism and Periodontal Diseases: A Bioinformatics Analysis.

抄録

背景:

本研究では、バイオインフォマティクス解析を用いて、静脈血栓塞栓症（VTE）と歯周炎とのクロストーク、およびこの状況における免疫関連遺伝子の潜在的役割を明らかにした。

BACKGROUND: This current study applied bioinformatics analysis to reveal the crosstalk between venous thromboembolism (VTE) and periodontitis, as well as the potential role of immune-related genes in this context.

方法:

発現データは、GEOデータベースからダウンロードした。静脈血栓塞栓症（VTE）については血液サンプル（GSE19151）を、歯周病については歯肉組織サンプル（GSE10334、GSE16134、GSE23586）を使用した。バッチ補正後、R言語の「limma」パッケージを使用して、差分発現解析を行った( value < 0.05, ∣logFC | ≥0.5 )。Venn Diagram を用いて、VTE と歯周炎に共通する発現量の異なる遺伝子をクロストーク候補遺伝子として抽出し、機能濃縮解析 （GO biological process と KEGG pathway）を適用した。クロストーク遺伝子のタンパク質間相互作用（PPI）ネットワークは、Cytoscapeソフトウェアで構築した。免疫関連遺伝子は文献からダウンロードした。免疫浸潤細胞のスコアの検定には、Wilcoxon検定を用いた。クロストーク遺伝子は、LASSO Logistic Regressionによってさらにスクリーニングされた。

METHODS: Expression data were downloaded from the GEO database. Blood samples from venous thromboembolism (VTE) were used (GSE19151), while for periodontal disease, we used gingival tissue samples (GSE10334, GSE16134, and GSE23586). After batch correction, we used "limma" packages of R language for differential expression analysis ( value < 0.05, ∣logFC | ≥0.5). We used Venn diagrams to extract the differentially expressed genes common to VTE and periodontitis as potential crosstalk genes and applied functional enrichment analysis (GO biological process and KEGG pathway). The protein-protein interaction (PPI) network of crosstalk genes was constructed by Cytoscape software. The immune-related genes were downloaded from the literature. The Wilcoxon test was used to test the scores of immune infiltrating cells. The crosstalk genes were further screened by LASSO Logistic Regression.

結果:

歯周炎については、427の症例と136の対照試料、VTEについては、70の症例と63の対照試料が含まれた。得られたPPIネットワークは、1879のノードと2257のエッジを有していた。さらに、782の免疫遺伝子と28の細胞種が解析に含まれた。VTEと歯周炎では、90%以上の免疫細胞が異なる発現をしていた。クロストーク遺伝子に対応する12の有意なパスウェイを得た。CD3D、CSF3R、CXCR4は免疫遺伝子として、またクロストーク遺伝子として機能していた。合計 12 の共有バイオマーカーが得られた。そのうち4つが免疫遺伝子（LGALS1、LSP1、SAMSN1、WIPF1）であった。

RESULTS: For periodontitis, 427 case and 136 control samples, and for VTE, 70 case and 63 control samples were included. The obtained PPI network had 1879 nodes and 2257 edges. Moreover, 782 immune genes and 28 cell types were included in the analysis. Over 90% of immune cells had different expressions in VTE and periodontitis. We obtained 12 significant pathways corresponding to crosstalk genes. CD3D, CSF3R, and CXCR4 acted as an immune gene and a crosstalk gene. We obtained a total of 12 shared biomarker crosstalk genes. Among those 12 biomarker crosstalk genes, 4 were immune genes (LGALS1, LSP1, SAMSN1, and WIPF1).

結論:

歯周炎と VTE の間の 4 つのバイオマーカー・クロストーク遺伝子は、免疫遺伝子でもあった（LGALS1、LSP1、SAMSN1、 WIPF1）。本研究で得られた知見は、さらなる検証が必要であり、バイオマーカー開発の基礎となるものである。

CONCLUSION: Four biomarker crosstalk genes between periodontitis and VTE were also immune genes, i.e., LGALS1, LSP1, SAMSN1, and WIPF1. The findings of the current study need further validation and are a basis for development of biomarkers.