Гены эндотелиального апоптоза как кандидаты для исследования их связи с лимфедемой

Автор: Сайк О.В., Нимаев В.В., Усмонов Д.Б., Деменков П.С., Лаврик И.Н., Иванисенко В.А.

Журнал: Международный журнал гуманитарных и естественных наук @intjournal

Рубрика: Биологические науки

Статья в выпуске: 10-1 (25), 2018 года.

Бесплатный доступ

В настоящее время от лимфедемы в мире страдает более 150 млн человек. Данное заболевание характеризуется высокобелковым отеком различных частей тела, вызванным нарушениями лимфатического оттока. Молекулярно-генетические основы патогенеза лимфедемы в настоящее время изучены не полностью. Нарушение эндотелиального апоптоза называют в числе факторов, вовлеченных в развитие лимфедемы. В данной работе с помощью программы ToppGene был проведен поиск генов кандидатов для генотипирования при поиске ассоциаций с лимфедемой из числа участников эндотелиального апоптоза. В качестве наиболее приоритетных генов были выявлены KDR, TEK, MAP3K5, ABL1, PLCG1, CCL2, FASLG, DAB2IP, ICAM1 и SERPINE1.

Еще

Эндотелиальный апоптоз, лимфедема, приоритизация генов, кандидаты для генотипирования

Короткий адрес: https://sciup.org/170190356

IDR: 170190356   |   DOI: 10.24411/2500-1000-2018-10056

Текст научной статьи Гены эндотелиального апоптоза как кандидаты для исследования их связи с лимфедемой

Лимфедема - хроническое прогрессирующее заболевание, приводящее к значительной потере трудоспособности, которым страдают более 150 млн чел. во всем мире [1]. В основе патогенеза лимфедемы лежит появление хронического высокобелкового отека, характеризующегося патологическим накоплением межклеточной жидкости с крупномолекулярными белками в интерстициальном пространстве вследствие дефекта лимфатического дренажа, вызванного врожденным пороком (первичная лимфедема), лимфатической обструкцией или разрушением лимфатических сосудов (вторичная лимфедема). Длительное существование высокобелкового отека вызывает хроническое воспаление, ведущее к замещению жировой ткани соединительной, увеличению объема соединительнотканного матрикса, что впоследствии приводит не только к увеличению объема частей тела, но и к вторичному нарушению лимфатического транспорта и дренажа [2]. Одной из вероятных причин клинической манифестации первичной лимфедемы в среднем возрасте и развития вторичной лимфедемы после лечения рака молочной железы может являться апоптоз эндотелия, роль которого обсуждается в ряде публикаций о патогенезе лимфедемы [3, 4].

Апоптоз является одной из форм клеточной гибели и характеризуется рядом морфологических и молекулярных особенностей, в том числе: экспозиция на клеточной мембране фосфатидилсерина, блэббинг плазматической мембраны, сжатие клеток, перегруппировка цитоскелета, коллапс ядра, конденсация хроматина, фрагментация ДНК и образование «апоп-тотических телец» [5]. Апоптоз необходим для устранения поврежденных, старых, вредных, раковых или инфицированных клеток. Апоптоз также играет важную роль в поддержании тканевого гомеостаза и в эмбриональном развитии [6]. Апоптоз может вызываться внешними воздействиями (например, лигандами смерти, ультрафиолетом и γ-излучением) и/или внутренними факторами (например, окислительным стрессом, повреждением ДНК, повышенным содержанием Ca2 +). Известны два основных пути апоптоза: внешний, опосредованный рецепторами клеточной смерти, и внутренний митохондриальный путь [7, 8]. Нарушения апоптоза связаны со многими заболеваниями, включая раковые, нейродегенеративные, аутоиммунные, воспалительные и другие [9]. В ряде работ обсуждается роль апоптоза эндотелия в патогенезе лимфедемы [3, 4], однако, анализ связи между генами, во- влеченными в эндотелиальный апоптоз, и генами, ассоциированными с лимфедемой, ранее не проводился.

В данной работе проведена приоритизация генов эндотелиального апоптоза как кандидатов для генотипирования при поиске генов, ассоциированных с лимфедемой.

Результаты и обсуждение. Одним из эффективных и часто используемых методов установления потенциальных ассоциаций генов с заболеваниями является приоритизация [10]. Учитывая важную роль апоптоза клеток эндотелия в патогенезе лимфедемы [3, 4], нами в данной работе была проведена приоритезация генов, вовлеченных в Gene Ontology биологический процесс «endothelial cell apoptotic pro-cess» (GO:0072577) с использованием обучающей выборки, включающей гены, ассоциированные с лимфедемой.

Для приоритизации использовалась программа ToppGene [10]. Программа ToppGene позволяет на основе обучающего набора генов отранжировать тестовый набор генов, согласно определенным критериям, характеризующим близость генов из тестового набора к генам из обучающей выборки. Методы данных ресурсов используют как свойства вершин графа сетей белок-белок взаимодействий, генетическую информацию (ко-локализация в геноме), функциональные свойства генов (участие в одних и тех же GO категориях) и др. В качестве обучающего набора для каждого из этих методов подавался список генов, ассоциированных с лимфедемой. Список генов, ассоциированных с лимфедемой, был составлен на основе анализа информации из баз данных CTD , Malacards , KEGG , HPO , DisGeNET и ANDSystem [11] и включал 69 генов. В качестве тестового набора использовался список генов, вовлеченных в эндотелиальный апоптоз. Список из 64 генов человека, вовлеченных в эндотелиальный апоптоз (Gene Ontology биологический процесс «endothelial cell apoptotic process»), был получен с помо- щью системы AmiGO [12] по запросу «GO:0072577» с фильтром Organism: «Homo sapiens». При использовании ToppGene в разделе «Training parameters» были выбраны все «Feature». Для ранжирования генов использовался показатель «Rank» выдачи программы ToppGene.

Оказалось, что два гена GATA2 и KDR одновременно присутствуют в списке генов «endothelial cell apoptotic process», а также генов, ассоциированных с лимфедемой [13, 14]. При приоритизации эти два гена были исключены из числа генов обучающего набора и считались контрольными генами. Таким образом, приоритизация проводилась для 64 генов из тестового набора и 67 генов из обучающей выборки, ассоциированных с лимфедемой. Десять наиболее приоритетных генов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Десять наиболее приоритетных генов, вовлеченных в эндотелиальный апоптоз, которые являются перспективными кандидатами для изучения их связи с лимфедемой

Ранг

Символ гена

Название гена

Идентификатор

Gene ID

Статистическая значимость (p-value)

1

KDR

Киназный инертный доменный рецептор

3791

3,63E-07

2

TEK

Ангиопоэтин-1 рецептор

7010

1,42E-06

3

MAP3K5

Митоген-активируемая белковая киназа киназы киназы 5

4217

1,62E-06

4

ABL1

Онкоген ABL1

25

2,27E-06

5

PLCG1

Фосфолипаза С гамма 1

5335

7,58E-06

6

CCL2

Моноцитарный хемотаксический белок 1

6347

1,35E-05

7

FASLG

Fas-лиганд

356

1,59E-05

8

DAB2IP

ASK1-взаимодействующий белок 1

153090

1,97E-05

9

ICAM1

Межклеточная молекула адгезии 1

3383

2,29E-05

10

SERPINE1

Ингибитор активатора плазминогена 1

5054

2,50E-05

Наиболее приоритетным геном оказался контрольный ген KDR, кодирующий киназный инертный доменный рецептор (таблица 1). KDR является одним из главных регуляторов роста эндотелиальных клеток [15], который обеспечивает их выживаемость [16], пролиферацию, миграцию [17], рост [18] и морфогенез [19]. Известно, что ряд полиморфизмов в этом гене ассоциирован с повышенным риском развития лимфедемы – отношение шансов составляет больше 2 при p-value<0.05 [14]. В модели на хвостах мышей было показано, что при низкоуровневой лазерной терапии экспрессия гена KDR была повышена по сравнению с контрольной группой [20].

Второе место занял ангиопоэтин-1 рецептор TEK, связанный с развитием эмбриональных сосудов [21]. На третьем месте оказалась митоген-активируемая белковая киназа киназы киназы 5 (MAP3K5). Четвертое место было у про-тонкогена ABL1, кодирующего протеин- тирозинкиназу важную для клеточного деления и дифференцировки, а также адгезии и реакции на окислительный стресс [22]. На пятой строчке в таблице стоит ген фосфолипазы С гамма 1 (PLCG1). Мутации в гене PLCG1 могут приводить к нарушению эндотелиального апоптоза [23], а также ассоциированы с ангиосаркомой, которая может возникнуть вторично, как осложнение хронической лимфедемы [24]. На шестом месте оказался ген CCL2 (моноцитарный хемотаксический белок 1), кодирующий цитокин, обладающий хемотаксической активностью для моноцитов [25] и базофилов [26]. Седьмую строчку занял ген FASLG - член надсемейства фактора некроза опухоли, участвующий в активации апоптоза через связывание с FAS [27]. На восьмой позиции стоит ASK1-взаимодействующий белок 1 (DAB2IP), который является опухолевым супрессором. На девятом месте оказался ген межклеточной молекулы адгезии 1 (ICAM1), который кодирует гликопротеин клеточ- ной поверхности, широко экспрессирующийся в эндотелиальных клетках и клетках иммунной системы. Последнюю строчку в таблице 1 занял SERPINE1 - ингибитор тканевого активатора плазминогена и урокиназы [28], вовлеченный в фибринолиз [29].

Заключение. Таким образом, в данной работе осуществлен поиск новых потенциальных участников молекулярногенетических механизмов лимфедемы на в эндотелиальный апоптоз. Выявленные приоритетные гены (KDR, TEK, MAP3K5, ABL1, PLCG1, CCL2, FASLG, DAB2IP, ICAM1 и SERPINE1) из числа генов, вовлеченных в эндотелиальный апоптоз, могут быть использованы при планировании экспериментов по установлению их ассоциаций с лимфедемой. Кроме того, анализ функции данных генов может помочь в понимании молекулярно-генетической роли эндотелиального апоптоза в лимфеде- основе приоритизации генов, вовлеченных ме.

Список литературы Гены эндотелиального апоптоза как кандидаты для исследования их связи с лимфедемой

  • Farinola N., Piller N. B. CYP2A6 polymorphisms: is there a role for Pharmacogenomics in preventing coumarin-induced hepatotoxicity in lymphedema patients? // Pharmacogenomics. - 2007. - 8. №12. - С. 151-158.
  • Повещенко А.Ф., Нимаев В.В., Любарский М.С., Коненков В.И. Медицинские и генетические аспекты лимфедемы // Медицинская генетика. - 2010. - Т. 9. - №9 (99). - С. 3-9.
  • Olszewski W. L. Pathophysiological aspects of lymphedema of human limbs: I. Lymph protein composition // Lymphatic research and biology. - 2003. - Т. 1. - №. 3. - С. 235-243.
  • Tian W, Rockson SG, Jiang X, Kim J, Begaye A, Shuffle EM, Tu AB, Cribb M, Nepiyushchikh Z, Feroze AH, Zamanian RT. Leukotriene B4 antagonism ameliorates experimental lymphedema // Science translational medicine. - 2017. - Т. 9. - №. 389. - С. eaal3920.
  • Kerr J. F. R., Wyllie A. H., Currie A. R. Apoptosis: a basic biological phenomenon with wideranging implications in tissue kinetics // British journal of cancer. - 1972. - Т. 26. - №. 4. - С. 239.
Статья научная