parodontite cronica e refrattaria
Abstract
sfondo
Questo studio ha lo scopo di identificare i geni rappresentativi caratteristici attraverso un'analisi comparativa dei profili di espressione genica nel sangue e nella saliva di parodontite cronica ( pazienti parodontite refrattaria (RP) CP) e per fornire nuove strategie di trattamento che possono essere utili nel trattamento di diverse forme di parodontite.
Metodi
GSE43525 è stato scaricato da Gene Expression Omnibus. Nel set di dati, tredici campioni erano da sangue di cui 4 controlli, 4 CP e 5 campioni di RP, e dieci campioni sono stati da saliva tra cui 3 controlli, 4 CP e 3 campioni RP. Dopo aver confrontato i campioni CP e RP, i geni espressi in modo differenziale (degs) tra questi due tipi di parodontite nei campioni di sangue e saliva sono stati identificati da un pacchetto limma. Poi, analisi funzionali e pathway di arricchimento sono stati eseguiti da David e Kobas, rispettivamente. I miRNA significativamente associati CP e RP sono stati cercati da WebGestalt.
Risultati
In totale, sono stati identificati 213 degs in CP e 45 degs in RP. arricchimento funzionale ha dimostrato che i degs di CP sono stati arricchiti principalmente nel ribosoma e regolazione delle vie apoptosi legati nel sangue così come la saliva, mentre i degs di RP sono stati significativamente arricchite nella risposta immunitaria e la risposta a percorsi organici sostanze. Diversi miRNA, come miR-381 e miR-494, sono stati identificati come strettamente associato con CP. Inoltre, CD24
, EST1
, MTSS1
, ING3
, CCND2
e SYNE2
potrebbero essere potenziali bersagli per la diagnosi e il trattamento di CP.
Conclusione
le degs e miRNA identificati potrebbero essere potenziali obiettivi per il trattamento della parodontite cronica e refrattaria.
Parole
parodontite cronica refrattaria parodontite saliva sangue analisi funzionale e di arricchimento percorso Mirna evidenza
1. In totale 213 degs in CP e 45 degs in RP sono stati identificati nei tessuti di sangue e saliva.
2. Le degs sono stati coinvolti in percorsi di elaborazione e presentazione dell'antigene ribosoma.
3. CD24 EST1, MTSS1, ING3, CCND2 e SYNE2 potrebbero essere potenziali bersagli per CP.
Sfondo
Negli ultimi anni, le malattie parodontali sono diventati un grave problema di salute in tutto il mondo. malattie parodontali sono malattie infettive causate da batteri nella placca dentale [1]. parodontite cronica (CP) è una distruzione infiammatoria delle strutture di sostegno dei denti che, se non trattata, può portare alla perdita dei denti [2, 3]. CP colpisce quasi il 50% della popolazione adulta e il 60% della popolazione di età a livello mondiale [4]. CP è la malattia più diffusa e distruttiva in adulti [5]. Nella maggior parte dei casi parodontite, successo terapeutico è ottenuto per lunghi periodi di tempo [6]; tuttavia, una piccola percentuale di pazienti trattati, denominato refrattaria periodontite pazienti (RP), non rispondono bene alla corretta esecuzione della terapia convenzionale e continuano a mostrare perdita di attacco parodontale [7, 8]. L'esistenza di specifiche microbiotas patogeni può contribuire a RP [9]. pazienti RP sono molto eterogenee in termini di clinica, microbiologica e le caratteristiche immunologiche [10].
CP si trova in presenza di tartaro sottogengivale e fattori locali [11]. La patogenesi della CP è multifattoriale in natura e il risultato di interazioni tra fattori batterici, ambientali, immunologici e genetici [12]. Vi è una crescente evidenza che i polimorfismi in interleuchina 1 (IL1), IL-6, IL10, ecc possono essere associati con il CP in alcune popolazioni. Diverse citochine, tra cui tumore necrosis factor-α (TNF-α), IL1, IL6, IL8, molecola di adesione intercellulare-1 (ICAM-1), monociti chemoattractant protein-1 (MCP-1), e granulociti-macrofagi Formanti Colonie fattore stimolante (GM-CSF), gioca un ruolo importante nel processo di sviluppo della parodontite. Il fattore nucleare-kB (NF-kB) via di segnalazione è coinvolta in alcune parti della risposta immunitaria, come la presentazione dell'antigene, l'equilibrio immunitario e l'attivazione dei linfociti, ed è significativo in parodontite [13]. CP è avviato e mantenuto nella prima linea da infezione poli-microbica complessa, e la suscettibilità innata del paziente è ora un fattore critico accettato che determinerà il carattere distruttivo della malattia [14]. Un'infezione intraradicular persistendo nel complesso sistema canalare apicale e l'infezione extraradicular presenta in forma di actinomicosi periapicale può portare a RP [15]. Con l'alta incidenza e le caratteristiche prevalenti, la diagnosi e il trattamento di CP e RP è stata senza dubbio una sfida sia per i ricercatori clinici e medici.
Lo scopo di questo studio è stato quello di confrontare e analizzare questi due tipi di parodontite a livello genetico in sangue e campioni di saliva e di esplorare il possibile meccanismo di parodontite. microarray analisi biologica è stato utilizzato per analizzare il profilo di espressione genica di CP e RP in diversi liquidi biologici con l'obiettivo di fornire trattamenti supplementari e la capacità di distinguere meglio parodontite
. Metodi
dati di microarray
Il processo di analisi di ricerca è mostrato in Fig. 1 Il profilo di espressione genica di GSE43525 [16] è stato scaricato da Gene Expression Omnibus (GEO), che era basato sulla piattaforma del HumanHT-12 V4.0 espressione beadchip. Ogni set di dati di profili di espressione, che viene presentato al database GEO principalmente dai laboratori di tutto il mondo, include informazioni sulla piattaforma, le informazioni serie e le informazioni campione [17]. Un totale di 13 campioni (di cui 4 campioni di controllo, 4 campioni CP e 5 campioni RP) sono stati ottenuti dal sangue, e 10 campioni (di cui 3 campioni di controllo, 4 campioni CP e 3 campioni RP) proveniva dalla saliva secondo il sito web informazioni (http:.....? //www NCBI nlm NIH gov /geo /interrogazione /aCC cgi acc = GSE43525). Questi campioni sono stati scelti tra pazienti di sesso diverso ed età. Tutti i pazienti sono stati presso la Facoltà di Odontoiatria, Università di Toronto, Toronto, ON e ha fornito il consenso informato. In additon, GSE43525 è stato depositato da Lakschevitz et al. il cui studio è stato approvato dall'Ufficio di Etica della Ricerca (ORE) presso l'Università di Toronto (protocollo # 25698) [16]. Figura. 1 Il processo di analisi di ricerca dei tessuti di sangue e saliva
Analisi comparata dei campioni croniche e refrattarie parodontite dal sangue e saliva
In accordo con le descrizioni e le caratteristiche dei campioni originali, i campioni di sangue e saliva dal CP e RP i pazienti sono stati utilizzati per l'analisi del profilo di espressione genica.
dati pre-elaborazione e l'identificazione di geni espressi in modo differenziale (degs)
i dati a livello di sonda sono stati convertiti in misure di espressione. Per ciascun campione, i valori di espressione di tutte le sonde per un dato gene sono stati ridotti a un singolo valore prendendo il valore medio espressione e quindi log2-trasformazione è stata condotta [18]. Il modello lineare del pacchetto di microarray dati (limma) in R [19] è stato utilizzato per identificare i degs di CP e RP nel sangue e nella saliva rispetto ai controlli normali. Il p
-value & lt; 0.05 e | registro delle modifiche volte (FC) | & Gt; 1 sono stati utilizzati come criteri di cut-off. Analisi di arricchimento
funzionale dei degs
analisi del gene di arricchimento è una strategia analitica utilizzando un set di geni simili o correlati nel suo complesso calcolando la complessiva significatività cambiamenti nell'espressione genica per identificare se la funzione o proprietà biologiche cambiano. Questa strategia potrebbe ridurre notevolmente la dimensione di analisi dei dati e rende il processo di analisi più vicino a problemi biologici, pertanto questo metodo è ampiamente utilizzato nella tecnologia microarray [20]. Attualmente, ci sono molti strumenti che possono fornire analisi arricchimento della funzione del gene. Tra questi, database per l'annotazione, la visualizzazione e Discovery integrato (David) è il più popolare [21]. DAVID fornisce un set completo di strumenti di annotazione funzionale per gli investigatori di comprendere il significato biologico dietro una lunga lista di geni. Abbiamo eseguito un'analisi Gene Ontology (GO) arricchimento in termini di progresso biologico (BP). Il tasso di scoperta di false (FDR) & lt; 0.05 è stato utilizzato come criterio di cut-off.
Analisi Percorso di degs
Per capire meglio e approfondire le funzioni biologiche, la Based annotazione sistema KEGG ortologia (Kobas) [22] è stato utilizzato per condurre l'annotazione percorso e analisi di arricchimento sulla base di una distribuzione ipergeometrica. Il p
-value & lt; 0.05 è stato utilizzato come criterio di cut-off.
Ricerca di microRNA significativamente associata
MicroRNA (miRNA) ampiamente partecipare a molti processi biologici e può essere utilizzato come biomarker per la diagnosi di una varietà di malattie [23, 24 ]. Abbiamo usato il WEB-based gene Set Analysis Toolkit (WebGestalt) per calcolare l'associazione tra degs e miRNA nel CP e RP [25, 26]. Il p
-value & lt; 0.05 è stato utilizzato come criterio di cut-off
. Risultati
Identificazione degs
Dopo pre-elaborazione dei dati di microarray, il pacchetto limma è stato utilizzato per lo screening dei degs. Un totale di 213 degs a CP (tra cui 76 up-regolati e 14 geni down-regolati nel sangue, nonché 94 up-regolati e 29 geni down-regolati nella saliva) e 45 degs in RP (di cui 13 up-regolati e 7 geni down-regolati nel sangue, e 10 up-regolata e 15 geni down-regolati nella saliva) sono stati identificati (Fig. 2). Figura. 2 a: Up-regolato e geni down-regolati nel sangue e nella saliva dei pazienti affetti da parodontite cronica; B: Up-regolata e geni nel sangue e nella saliva dei pazienti affetti da parodontite refrattaria down-regolato. colore nero
: geni down-regolato; colore grigio
: geni up-regolati
analisi di arricchimento funzionale dei degs
Per studiare le funzioni dei degs in CP e RP nel sangue e saliva, l'analisi di arricchimento funzionale di tutti questi degs sono state eseguite da DAVID. I risultati hanno mostrato che degs nel sangue dei pazienti CP sono stati coinvolti in termini di traduzione BP legati (Tabella 1a). Nel frattempo, le degs nel sangue di pazienti RP sono stati arricchiti principalmente nei processi di risposta immunitaria (Tabella 1b). Inoltre, le degs nella saliva dei pazienti in CP sono principalmente coinvolti nella regolazione dell'apoptosi e la morte cellulare (1c tabella). Inoltre, le degs nella saliva di pazienti RP sono stati arricchiti principalmente nei geni rispondenti alle sostanze organiche e batterio (Tabella 1d) .table 1 Gene Ontology analisi arricchimento di geni differenzialmente espressi di cronica e refrattaria nel sangue e nella saliva
a) Blood-cronica
Term
Conte
P
-value
GO: 0006414 ~ traslazionale allungamento
11
8.07E-11
GO: 0.006.412 ~ traduzione
13
9.52E- 08
GO: 0.006.968 ~ risposta di difesa cellulare
6
1.42E-05
b) Sangue-refrattario
Term
Conte
P
-value
GO: 0006955 ~ risposta immunitaria
Pagina 4
3.16E-02
c) saliva-cronica
Term
Conte
P
-value
GO: 0042981 ~ regolazione dell'apoptosi
12
2.64E-03
GO: 0.043.067 ~ regolazione della morte cellulare programmata
12
2.85E-03
GO: 0.010.941 ~ regolazione della morte cellulare
12
2.93E-03
GO: 0.008.202 ~ processo metabolico di steroidi
6
3.90E-03
d) saliva-refrattario
Term
Conte
P
-value
GO: 0010033 ~ risposta alla sostanza organica
5
8.71E-03
GO: 0.009.617 ~ risposta al batterio
Pagina 3
2.13e-02
GO: 0.019.439 ~ aromatico composto processo catabolico
2
2.34E-02
GO: 0008286 ~ recettore dell'insulina via di segnalazione
2
4.29E-02
GO: 0.045.787 ~ regolazione positiva delle cellule ciclo
2
analisi 6.54E-02
percorso di degs
Per capire meglio i meccanismi coinvolti di ogni serie di degs, un'analisi percorso di arricchimento è stata ulteriormente eseguita. Un totale di 10 percorsi sono stati arricchiti per i degs (Tabella 2). I degs del sangue dei pazienti CP sono stati arricchiti in due percorsi, il più significativo è ribosoma (p =
2.24E-10), che ha coinvolto 11 degs. I degs nel sangue dei pazienti RP sono principalmente coinvolti in cinque percorsi, il più significativo dei quali erano molecole di adesione cellulare (CAM). Nel frattempo, i degs nella saliva dei pazienti CP sono stati arricchiti nel percorso di elaborazione e presentazione dell'antigene. I degs nella saliva dei pazienti RP sono stati coinvolti nel metabolismo del triptofano e aldosterone regolata sodio reabsorption.Table 2 vie Il significanlty arricchiti da geni espressi in modo differenziale
a) Sangue-cronica
pathway
P
-value
hsa03010: Ribosoma
2.24E-10
hsa05332: Graft-versus host disease
3.06E-02
b) Sangue-refrattario
Pathway
P
- valore
hsa04514: molecole di adesione cellulare (CAM)
6.35E-03
hsa05330: rifiuto Alloinnesto
3.49E- 02
hsa05332: Graft-versus-host disease
3.78E-02
hsa04940: di tipo I diabete mellito
4.06 E-02
hsa05320: tiroide malattia autoimmune
4.92E-02
c) saliva-cronica
Pathway
P
-value
hsa04612: l'elaborazione e la presentazione dell'antigene
1.24E-02
d) saliva-refrattario
Pathway
P
-value
hsa00380: metabolismo del triptofano
4.63 E-02
hsa04960: aldosterone-regolati sodio riassorbimento
analisi 4.74E-02
gene miRNA bersaglio
WebGestalt è stato utilizzato per analizzare i miRNA relativi a CP e RP. La tabella 3 mostra la relazione tra miRNA e degs. Non geni bersaglio sono stati trovati nei campioni RP; tuttavia, c'erano 4 e 5 degs relativi alle miRNA nel sangue e nella saliva di pazienti CP, rispettivamente. Abbiamo scoperto che cluster di differenziazione 24 (CD24
), esterasi 1 (EST1
), e metastasi soppressore 1 (MTSS1
) erano geni bersaglio per CP nel sangue, mentre, inibitore di crescita membro della famiglia 3 ( ING3
), ciclina D2 (CCND2
) e sinaptica proteine dell'involucro nucleare 2 (SYNE2
) erano geni bersaglio per CP nella saliva. I miRNA più significativamente correlata erano miR-381 (che si rivolge ETS1
e MTSS1
) e miR-494 (che colpisce ING3
, CCND2
e SYNE2
) .table 3 geni bersaglio e loro miRNA corrispondenti a diversi gruppi in a) il sangue cronica
Mirna
ID
P
- valore
geni bersaglio
hsa_CTTGTAT, MIR-381
DB_ID: 731
4.20E-02
ETS1, MTSS1
hsa_TGTGTGA, MIR-377
DB_ID: 845
4.07E-02
CD24, ETS1
hsa_CAGCAGG, MIR-370
DB_ID: 682
2.73E-02
SLAMF6, MTSS1
hsa_ATACTGT, MIR-144
DB_ID: 702
4.47E-02
ETS1, ALDH1A3
b) saliva cronica
Mirna
ID
P
geni -value
target
hsa_ATGTTTC, MIR-494
DB_ID: 782
4.80E-03
ING3, CCND2, SYNE2
hsa_ACCATTT, MIR-522
DB_ID: 749
4.80E-03
ING3, YWHAZ, CCND2
hsa_AGGTGCA, MIR-500
DB_ID: 827
1.64E-02
CREB1, POFUT1
hsa_AGGGCAG, MIR-18A
DB_ID: 668
3.35E-02
YWHAZ, CREB1
hsa_TAATGTG, MIR-323
DB_ID: 724
4.38E-02
CREB1, TGFA
Discussione
parodontite è una malattia infiammatoria infettiva multifattoriale caratterizzata da un processo infiammatorio distruttivo che colpisce i tessuti di sostegno del dente e conseguente ripresa osso alveolare, la formazione di tasche parodontali e, infine, la perdita dei denti [27] . CP è una malattia tipica che ha un fenotipo relativamente mite e una lenta progressione e la natura cronica [28]. arricchimento funzionale ha dimostrato che degs di RP sono stati significativamente arricchite in risposte immunitarie. Inoltre, ospitanti persistente infiammatorie risposta immunitaria contro i patogeni provoca la distruzione dei tessuti parodontali molli e mineralizzate [29]. Secondo i nostri risultati, l'analisi a livello funzionale ha dimostrato che questi due tipi di parodontite possono causare notevoli cambiamenti di espressione dei geni legati alla difesa del sistema immunitario nel sangue e nella saliva. Non appena i patogeni invadono il tessuto parodontale, il sistema immunitario utilizza una varietà di metodi tra immunità umorale e immunità cellulare per evitare il verificarsi di periodontite [30]. Nel nostro studio, abbiamo ottenuto degs e le loro miRNA corrispondenti nel sangue e nella saliva dei pazienti CP. Attraverso la ricerca di microRNA significativamente associati per le degs, i geni bersaglio tra cui CD24 e
, EST1
, MTSS1
ING3
, CCND2
, e SYNE2
sono stati trovati. Mir-381 (che si rivolge ETS1
e MTSS1
) e miR-494 (che colpisce ING3
, CCND2
e SYNE2
) sono stati i più significativamente correlata miRNA nel sangue e nella saliva. Questi miRNA potrebbero funzionare in CP regolando i loro geni bersaglio.
CD24
è risultato essere altamente espresso in parodontite. L'elevata espressione coerente di CD24
è stata riportata in allegato epiteliale al dente e nell'epitelio migrazione della lesione parodontite, e titoli di siero anticorpi auto-reattivi con CD24
peptide correlato con la remissione della malattia parodontale [31]. L'analisi funzionale ha rivelato che MTSS1
, che è stato inizialmente descritto come un gene mancante in linee cellulari di cancro della vescica invasive, era un legame con le proteine actina coinvolta nella regolazione della dinamica del citoscheletro di actina. MTSS1
è dimostrato di essere sonic hedgehog (Shh) di segnalazione dipendente e sinergizza con gli effetti di fattori di trascrizione di Gli [32]. ING3
è una subunità della acetiltransferasi nucleosoma dell'istone complesso a 4 (NuA4), che attiva l'espressione genica. ING3
è ubiquitariamente espresso in tessuti di mammiferi e regola la regolazione trascrizionale e controllo del ciclo cellulare [33]. Anche se i rapporti sul loro ruolo nella progressione della parodontite sono rari, abbiamo ipotizzato che questi geni potrebbero svolgere un ruolo chiave in parodontite. EST1
, MTSS1
, ING3
, CCND2
e SYNE2
, così come i loro corrispondenti miRNA, potrebbero essere potenziali bersagli terapeutici per la parodontite. I titoli anticorpali nel siero sono stati aumentati in tutti i pazienti con parodontite in una certa misura [34]. I fattori di suscettibilità genetica di parodontite e rapida identificazione dei pazienti affetti da parodontite suscettibili contribuiranno alla prevenzione e il trattamento della malattia parodontale
. Conclusioni
In sintesi, i nostri dati fornisce un'analisi completa bioinformatica del degs nel sangue e nella saliva di CP e pazienti RP. Un totale di 213 degs in CP e 45 degs in RP sono stati identificati. CD24
, EST1
, MTSS1
, ING3
, CCND2
e SYNE2
può avere il potenziale per essere utilizzati come bersagli per la diagnosi e il trattamento della parodontite .; tuttavia, più ricerca è ancora necessaria per convalidare i nostri risultati.
Note
evidenza
1. In totale 213 degs in CP e 45 degs in RP sono stati identificati nei tessuti di sangue e saliva.
2. Le degs sono stati coinvolti in percorsi di elaborazione e presentazione dell'antigene ribosoma.
3. CD24 EST1, MTSS1, ING3, CCND2 e SYNE2 potrebbero essere potenziali bersagli per CP
Abbreviazioni
BP:.
Progresso biologico
CAM:
molecole di adesione cellulare
CP:
parodontite cronica
degs:
geni differenzialmente espressi
FC:
piegare cambiamento
FDR:
false discovery rate
GEO:
Gene Expression Omnibus
GO:
Gene Ontology
Kobas:
KEGG ortologia Based annotazione sistema
NuA4:
acetiltransferasi nucleosomi dell'istone 4
RP:
parodontite refrattaria
Shh:
sonic hedgehog
dichiarazioni
Riconoscimento
Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni dal National Science Foundation naturale della Cina (NO. . 81170991)
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contributi degli autori
BZ partecipato alla progettazione di questo studio. TL eseguita l'analisi statistica. HH effettuato lo studio insieme a TL, e ha raccolto importanti informazioni. BZ redatto il manoscritto. HH concepito questo studio, ha partecipato alla progettazione e ha contribuito alla redazione del manoscritto. Tutti gli autori hanno letto e approvato il manoscritto finale.
