Биоинформационный анализ биологических путей при ишемической болезни сердца и болезни Альцгеймера
https://doi.org/10.20538/1682-0363-2022-4-193-204
Аннотация
Цель исследования – провести анализ обогащения биологических путей при болезни Альцгеймера и ишемической болезни сердца (ИБС) с помощью биоинформационных инструментов.
Гены предрасположенности к ИБС и гены предрасположенности к болезни Альцгеймера извлечены из публичной базы данных DisGeNET (база данных ассоциаций генов и заболеваний). Анализ обогащения биологических путей проведен в плагине ClueGO Cytoscape version 3.6.0 при помощи гипергеометрического теста с использованием баз данных KEGG и REACTOME.
Выявленные гены предрасположенности к болезни Альцгеймера и ИБС включены в 69 общих сигнальных путей, объединенных в следующие подгруппы: сигнальные пути, участвующие в гибели клеток (1); сигнальные пути, вовлеченные в процессы иммунной системы (2); сигнальные пути, ответственные за метаболизм жирных кислот (3); сигнальные пути, принимающие участие в функционировании нервной системы (4), сердечно-сосудистой системы (5), эндокринной системы (6).
В результате проведенного анализа выявлены возможные общие процессы, в которые вовлечены генетические факторы и их продукты при ишемической болезни сердца и болезни Альцгеймера. В частности, предполагается, что гены предрасположенности, участвующие в реализации данных путей, регулируют процессы апоптоза, наработки воспалительных цитокинов и хемокинов, метаболизма липидов, формирования β-амилоида, ангиогенеза.
Об авторах
Н. Ю. Часовских
Сибирский государственный медицинский университет (СибГМУ)
Россия
Россия
Часовских Наталия Юрьевна – доктор медицинских наук, профессор, исполняющий обязанности зав. кафедрой медицинской и биологической кибернетики
634050, г. Томск, Московский тракт, 2
Е. Е. Чижик
Сибирский государственный медицинский университет (СибГМУ)
Россия
Россия
Чижик Евгения Евгеньевна – ассистент, кафедра медицинской и биологической кибернетики
634050, г. Томск, Московский тракт, 2
Список литературы
1. Alzheimer's Disease International. The costs of dementia: advocacy, media and stigma. World Alzheimer Rep. 2019 Attitudes to Dement. 2019;100–101.
2. Naj A.C., Schellenberg G.D. (ADGC) for the ADGC. Genomic variants, genes, and pathways of Alzheimer's disease: An overview. Am. J. Med. Genet. Part B Neuropsychiatr. Genet. 2017;174(1):5–26. DOI: 10.1002/ajmg.b.32499.
3. Barber R.C. The genetics of Alzheimer's disease. Scientifica (Cairo). 2012;2012:246210. DOI: 10.6064/2012/246210.
4. Tini G., Scagliola R., Monacelli F., La Malfa G., Porto I., Brunelli C., Rosa G.M. Alzheimer's Disease and Cardiovascular Disease: A Particular Association. Cardiol. Res. Pract. 2020;2020:2617970. DOI: 10.1155/2020/2617970.
5. De Bruijn R.F., Ikram M.A. Cardiovascular risk factors and future risk of Alzheimer's disease. BMC Med. 2014;12:130. DOI: 10.1186/s12916-014-0130-5.
6. Aronson M.K., Ooi W.L., Morgenstern H., Hafner A., Masur D., Crystal H. et al. Women, myocardial infarction, and dementia in the very old. Neurology. 1990;40(7):1102 LP–1102. DOI: 10.1212/wnl.40.7.1102.
7. Левин O.С., Трусова Н.А. Сосудистые факторы риска болезни Альцгеймера. Журнал неврологии и психиатрии им. С. С. Корсакова. Спецвыпуски. 2013;113(7–2):3–12.
8. Wolf P.A. Contributions of the Framingham Heart Study to Stroke and Dementia Epidemiologic Research at 60 Years. Arch. Neurol. 2012;69(5):567–571. DOI: 10.1001/archneurol.2011.977.
9. Newman A.B., Fitzpatrick A.L., Lopez O., Jackson S., Lyketsos C., Jagust W. et al. Dementia and Alzheimer's disease incidence in relationship to cardiovascular disease in the Cardiovascular Health Study Cohort. J. Am. Geriatr. Soc. 2005;53(7):1101–1107. DOI: 10.1111/j.15325415.2005.53360.x.
10. Knopman D.S., Petersen R.C., Cha R.H., Edland S.D., Rocca W.A. Coronary artery bypass grafting is not a risk factor for dementia or Alzheimer disease. Neurology. 2005;65(7):986LP– 990. DOI: 10.1212/01.wnl.0000171954.92119.c7.
11. Ikram M.A., Brusselle G., Ghanbari M., Goedegebure A., Ikram M.K., Kavousi M. et al. Objectives, design and main findings until 2020 from the Rotterdam Study. Eur. J. Epidemiol. 2020;35(5):483–517. DOI: 10.1007/s10654-020-00640-5.
12. Liu G., Yao L., Liu J., Jiang Y., Ma G.; Genetic and Environmental Risk for Alzheimer's disease (GERAD1) Consortium et al. Cardiovascular disease contributes to Alzheimer's disease: evidence from large-scale genome-wide association studies. Neurobiol. Aging. 2014;35(4):786–792. DOI: 10.1016/j.neurobiolaging.2013.10.084.
13. Piñero J., Bravo À., Queralt-Rosinach N., Gutiérrez-Sacristán A., Deu-Pons J., Centeno E. et al. DisGeNET: a comprehensive platform integrating information on human disease-associated genes and variants. Nucleic Acids Res. 2017;45(D1):D833–839. DOI: 10.1093/nar/gkw943.
14. Bindea G., Mlecnik B., Hackl H., Charoentong P., Tosolini M., Kirilovsky A. et al. ClueGO: a Cytoscape plug-in to decipher functionally grouped gene ontology and pathway annotation networks. Bioinformatics. 2009;25(8):1091–1093. DOI: 10.1093/bioinformatics/btp101.
15. Kanehisa M., Goto S. KEGG: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes. Nucleic Acids Res. 2000;28(1):27–30. DOI: 10.1093/nar/28.1.27.
16. Fabregat A., Jupe S., Matthews L., Sidiropoulos K., Gillespie M., Garapati P. et al. The Reactome Pathway Knowledgebase. Nucleic Acids Res. 2018;46(D1):D649–655. DOI: 10.1093/nar/gkx1132.
17. Chu W.-M. Tumor necrosis factor. Cancer Lett. 2013;328(2):222–225. DOI: 10.1016/j.canlet.2012.10.014.
18. Jacobs S.B.R., Basak S., Murray J. I., Pathak N., Attardi L.D. Siva is an apoptosis-selective p53 target gene important for neuronal cell death. Cell Death DiJer. 2007;14(7):1374–1385. DOI: 10.1038/sj.cdd.4402128.
19. Vandenabeele P., Galluzzi L., Vanden Berghe T., Kroemer G. Molecular mechanisms of necroptosis: an ordered cellular explosion. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2010;11(10):700–714. DOI: 10.1038/nrm2970.
20. Guo H., Albrecht S., Bourdeau M., Petzke T., Bergeron C., LeBlanc A.C. Active caspase-6 and caspase-6-cleaved tau in neuropil threads, neuritic plaques, and neurofibrillary tangles of Alzheimer's disease. Am. J. Pathol. 2004;165(2):523–531. DOI: 10.1016/S0002-9440(10)63317-2.
21. Zhu X., Raina A.K., Perry G., Smith M.A. Apoptosis in Alzheimer disease: a mathematical improbability. Curr. Alzheimer Res. 2006;3(4):393–396. DOI: 10.2174/156720506778249470.
22. Dong Y., Chen H., Gao J., Liu Y., Li J., Wang J. Molecular machinery and interplay of apoptosis and autophagy in coronary heart disease. J. Mol. Cell Cardiol. 2019;136:27–41. DOI: 10.1016/j.yjmcc.2019.09.001.
23. Madjid M., Awan I., Willerson J.T., Casscells S.W. Leukocyte count and coronary heart disease: implications for risk assessment. J. Am. Coll. Cardiol. 2004;44(10):1945–1956. DOI: 10.1016/j.jacc.2004.07.056.
24. Духинова М.С., Пономарëв Е.Д. Роль тромбоцитов в нейровоспалительных заболеваниях. Обзор. Вестник Московского университета Серия 16 Биология. 2018;73(3):125–131.
25. Vosshenrich C.A.J., Di Santo J.P. Interleukin signaling. Curr. Biol. 2002;12(22):R760-763. DOI: 10.1016/s09609822(02)01286-1.
26. Симбирцев А.С. Интерлейкин-1: от эксперимента в клинику. Медицинская иммунология. 2001;3(3):431–438.
27. Ребров А.П., Воскобой И.В. Роль воспалительных и инфекционных факторов в развитии атеросклероза. Терапевтический архив. 2004;79(1):78–82.
28. Ng A., Tam W.W., Zhang M.W., Ho C.S., Husain S.F., McIntyre R S. et al. IL-1β, IL-6, TNF-a and CRP in Elderly Patients with Depression or Alzheimer's disease: Systematic Review and Meta-Analysis. Sci. Rep. 2018; 8(1):12050. DOI: 10.1038/s41598-018-30487-6.
29. Kawahara K., Suenobu M., Yoshida A., Koga K., Hyodo A., Ohtsuka H. et al. Intracerebral microinjection of interleukin-4/ interleukin-13 reduces β-amyloid accumulation in the ipsilateral side and improves cognitive deficits in young amyloid precursor protein 23 mice. Neuroscience. 2012;207:243–260. DOI: 10.1016/j.neuroscience.2012.01.049.
30. Song X., Qian Y. IL-17 family cytokines mediated signaling in the pathogenesis of inflammatory diseases. Cell Signal. 2013;25(12):2335–2347. DOI: 10.1016/j.cellsig.2013.07.021
31. Gaffen S.L. Structure and signalling in the IL-17 receptor family. Nat. Rev. Immunol. 2009;9(8):556–567. DOI: 10.1038/nri2586.
32. Joshi T., Butchar J.P., Tridandapani S. Fcγ receptor signaling in phagocytes. Int. J. Hematol. 2006;84(3):210–216. DOI: 10.1532/IJH97.06140.
33. Stuart L.M., Ezekowitz R.A.B. Phagocytosis: elegant complexity. Immunity. 2005;22(5):539–50. DOI: 10.1016/j.immuni.2005.05.002.
34. Nadler M.J., Matthews S.A., Turner H., Kinet J.P. Signal transduction by the high-affinity immunoglobulin E receptor Fc epsilon RI: coupling form to function. Adv. Immunol. 2000;76:325–355. DOI: 10.1016/s0065-2776(01)76022-1.
35. Siraganian R.P. Mast cell signal transduction from the high-affinity IgE receptor. Curr. Opin. Immunol. 2003;15(6):639– 646. DOI: 10.1016/j.coi.2003.09.010.
36. Geijtenbeek T.B.H., Gringhuis S.I. C-type lectin receptors in the control of T helper cell differentiation. Nat. Rev. Immunol. 2016;16(7):433–448. DOI: 10.1038/nri.2016.55.
37. Combs C.K. Inflammation and microglia actions in Alzheimer's disease. J. Neuroimmune Pharmacol. 2009;4(4):380– 388. DOI: 10.1007/s11481-009-9165-3.
38. Becher B., Spath S., Goverman J. Cytokine networks in neuroinflammation. Nat. Rev. Immunol. 2017;17(1):49–59. DOI: 10.1038/nri.2016.123.
39. Grammas P. Neurovascular dysfunction, inflammation and endothelial activation: implications for the pathogenesis of Alzheimer's disease. J. Neuroinflammation. 2011;8:26. DOI: 10.1186/1742-2094-8-26.
40. Fioranelli M., Bottaccioli A.G., Bottaccioli F., Bianchi M., Rovesti M., Roccia M.G. Stress and Inflammation in Coronary Artery Disease: A Review Psychoneuroendocrineimmunology-Based. Front. Immunol. 2018;9:2031. DOI: 10.3389/fimmu.2018.02031.
41. Field R., Campion S., Warren C., Murray C., Cunningham C.. Systemic challenge with the TLR3 agonist poly I:C induces amplified IFNalpha/beta and IL-1beta responses in the diseased brain and exacerbates chronic neurodegeneration. Brain Behav. Immun. 2010;24(6):996–1007. DOI: 10.1016/j.bbi.2010.04.004.
42. Pothineni N.V.K., Subramany S., Kuriakose K., Shirazi L.F., Romeo F., Shah P.K. et al. Infections, atherosclerosis, and coronary heart disease. Eur. Heart J. 2017;38(43):3195–3201. DOI: 10.1093/eurheartj/ehx362.
43. Vance J.E., Vance D.E. The assembly of lipids into lipoproteins during secretion. Experientia. 1990;46(6):560–569. DOI: 10.1007/BF01939694.
44. Gibbons G.F., Wiggins D., Brown A.-M., Hebbachi A.-M. Synthesis and function of hepatic very-low-density lipoprotein. Biochem. Soc. Trans. 2004;32(1):59–64. DOI: 10.1042/bst0320059.
45. Rye K.A., Clay M.A., Barter P.J. Remodelling of high density lipoproteins by plasma factors. Atherosclerosis. 1999;145(2):227–238. DOI: 10.1016/s0021-9150(99)00150-1.
46. Cortes V.A., Busso D., Maiz A., Arteaga A., Nervi F., Rigotti A. Physiological and pathological implications of cholesterol. Front Biosci. 2014;19(3):416–428. DOI: 10.2741/4216.
47. Дидигова Р.T., Инарокова А.М., Имагожева М.Я., Мамедов М.Н. Современные взгляды на этиологию и диагностику ишемической болезни сердца. Лечебное дело. 2011;4:11–17 .
48. Abramov A.Y., Ionov M., Pavlov E., Duchen M.R. Membrane cholesterol content plays a key role in the neurotoxicity of β-amyloid: implications for Alzheimer's disease. Aging Cell. 2011;10(4):595–603. DOI: 10.1111/j.14749726.2011.00685.x.
49. Chen X., Hui L., Geiger J.D. Role of LDL cholesterol and endolysosomes in amyloidogenesis and Alzheimer's disease. J. Neurol. Neurophysiol. 2014;5(5):236. DOI: 10.4172/21559562.1000236.
50. Liu C.C., Kanekiyo T., Xu H., Bu G. Apolipoprotein E and Alzheimer disease: risk, mechanisms and therapy. Nature Reviews. Neurology. 2013;9(2):106–118. DOI: 10.1038/nrneurol.2012.263.
51. Mullen T.D., Obeid L.M. Ceramide and apoptosis: exploring the enigmatic connections between sphingolipid metabolism and programmed cell death. Anticancer Agents Med. Chem. 2012;12(4):340–363. DOI: 10.2174/187152012800228661.
52. Skaper S.D. The neurotrophin family of neurotrophic factors: an overview. Methods Mol. Biol. 2012;846:1–12. DOI: 10.1007/978-1-61779-536-7_1.
53. Teplow D.B. Structural and kinetic features of amyloid beta-protein fibrillogenesis. Amyloid. 1998;5(2):121–142. DOI: 10.3109/13506129808995290.
54. Roychaudhuri R., Yang M., Hoshi M.M., Teplow D.B. Amyloid beta-protein assembly and Alzheimer disease. J. Biol. Chem. 2009;284(8):4749–4753. DOI: 10.1074/jbc.R800036200.
55. Ricciarelli R., Fedele E. The amyloid cascade hypothesis in Alzheimer's disease: it's time to change our mind. Curr. Neuropharmacol. 2017;15(6):926–935. DOI: 10.2174/1570159X15666170116143743.
56. Amidfar M., de Oliveira J., Kucharska E., Budni J., Kim Y.K. The role of CREB and BDNF in neurobiology and treatment of Alzheimer's disease. Life Sci. 2020;257:118020. DOI: 10.1016/j.lfs.2020.118020.
57. Troncone L., Luciani M., Coggins M., Wilker E.H., Ho C.Y., Codispoti K.E. et al. Aβ amyloid pathology affects the hearts of patients with Alzheimer's disease: mind the heart. J. Am. Coll. Cardiol. 2016;68(22):2395–2407. DOI: 10.1016/j.jacc.2016.08.073.
58. Janelidze S., Stomrud E., Palmqvist S., Zetterberg H., van Westen D., Jeromin A. et al. Plasma β-amyloid in Alzheimer's disease and vascular disease. Sci. Rep. 2016;6:26801. DOI: 10.1038/srep26801.
59. Lohela M., Bry M., Tammela T., Alitalo K. VEGFs and receptors involved in angiogenesis versus lymphangiogenesis. Curr. Opin. Cell Biol. 2009;21(2):154–165. DOI: 10.1016/j.ceb.2008.12.012.
60. Shibuya M., Claesson-Welsh L. Signal transduction by VEGF receptors in regulation of angiogenesis and lymphangiogenesis. Exp. Cell Res. 2006;312(5):549–560. DOI: 10.1016/j.yexcr.2005.11.012.
61. Matsumoto T., Mugishima H. Signal transduction via vascular endothelial growth factor (VEGF) receptors and their roles in atherogenesis. J. Atheroscler. Thromb. 2006;13(3):130–5. DOI: 10.5551/jat.13.130.
62. Mathern D.R., Heeger P.S. Molecules great and small: The complement system. Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 2015;10(9):1636–1650. DOI: 10.2215/CJN.06230614.
63. Phillips D.R., Charo I.F., Scarborough R.M. GPIIb-IIIa: The responsive integrin. Cell. 1991;65(3):359–362. DOI: 10.1016/0092-8674(91)90451-4.
64. Tallquist M., Kazlauskas A. PDGF signaling in cells and mice. Cytokine Growth Factor Rev. 2004;15(4):205–213. DOI: 10.1016/j.cytogfr.2004.03.003.
65. Kunapuli S.P., Dorsam R.T., Kim S., Quinton T.M. Platelet purinergic receptors. Curr. Opin. Pharmacol. 2003;3(2):175–180. DOI: 10.1016/s1471-4892(03)00007-9.
66. Steiner D.F. On the discovery of precursor processing. Methods Mol. Biol. 2011;768:3–11. DOI: 10.1007/978-1-61779204-5_1.
67. Rozansky D.J. The role of Aldosterone in Renal Sodium Transport. Semin. Nephrol. 2006;26(2):173–181. DOI: 10.1016/j.semnephrol.2005.09.008.
68. Beeri M.S., Rapp M., Silverman J.M., Schmeidler J., Grossman H.T., Fallon J.T. et al. Coronary artery disease is associated with Alzheimer disease neuropathology in APOE4 carriers. Neurology. 2006;66(9):1399 LP–1404. DOI: 10.1212/01.wnl.0000210447.19748.0b.
69. Martins I.J., Hone E., Foster J.K., Sünram-Lea S.I., Gnjec A., Fuller S.J. et al. Apolipoprotein E, cholesterol metabolism, diabetes, and the convergence of risk factors for Alzheimer's disease and cardiovascular disease. Mol. Psychiatry. 2006;11(8):721–736. DOI: 10.1038/sj.mp.4001854.
70. Licastro F., Chiappelli M., Caldarera C.M., Porcellini E., Carbone I., Caruso C. et al. Sharing pathogenetic mechanisms between acute myocardial infarction and Alzheimer's disease as shown by partially overlapping of gene variant profiles. J. Alzheimers Dis. 2011;23(3):421–431. DOI: 10.3233/JAD2010-090871.
Рецензия
Для цитирования:
Часовских Н.Ю., Чижик Е.Е. Биоинформационный анализ биологических путей при ишемической болезни сердца и болезни Альцгеймера. Бюллетень сибирской медицины. 2022;21(4):193-204. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2022-4-193-204
For citation:
Chasovskikh N.Y., Chizhik E.E. Bioinformatic analysis of biological pathways in coronary heart disease and Alzheimer’s disease. Bulletin of Siberian Medicine. 2022;21(4):193-204. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2022-4-193-204
Просмотров: 454
Послать статью по эл. почте 