バイオインフォマティクス解析に基づく、ヒト心房細動に関与する新規の潜在的バイオマーカーと治療標的の同定

Identification of novel potential biomarkers and therapeutic targets involved in human atrial fibrillation based on bioinformatics analysis.

• Gang Fan
• Jin Wei

抄録

背景:

心房細動は最も一般的な不整脈である。しかし、心房細動の正確な分子機構は不明である。

BACKGROUND: Atrial fibrillation (AF) is the most common arrhythmia. However, exact molecular mechanism of AF remains unclear.

エーアイエムズ:

本研究では、バイオインフォマティクス解析に基づいて、心房細動に関与するバイオマーカーや経路を明らかにすることを目的としている。

AIMS: Our study aims to identify underlying biomarkers and pathways involved in AF on the basis of bioinformatics analysis.

方法:

ヒト心臓組織データセットGSE79768をGEOデータベースから取得した。異なる発現を示す遺伝子(DEG)の同定には、心房心筋組織14サンプル、洞調律(SR)心臓組織12サンプルを含む合計26の心臓組織を使用した。機能富化解析、タンパク質-タンパク質相互作用（PPI）ネットワーク、マイクロRNAを標的とした遺伝子制御ネットワーク解析を行った。

METHODS: Human heart tissue dataset GSE79768 was obtained from GEO database. A total of 26 heart tissues including 14 AF atrium heart tissue samples and 12 sinus rhythm (SR) heart tissue samples were used to identify the differentially expressed genes (DEGs). The functional enrichment analysis, protein-protein interaction (PPI) network and microRNA targeted gene regulatory network analysis were performed.

結果:

心房細動群とSR群では260個のDEGが同定された。その結果、DEGは主に炎症反応、免疫反応、受容体介在性エンドサイトーシスに関与していることが示唆された。また、CXCR4、CXCR2、C3、CXCL11、CCR2、AGTR2、CXCL1などはPPIネットワークのハブノードであり、これらのハブノードは炎症反応、サイトカイン-サイトカイン受容体相互作用、ケモカインシグナル伝達、神経活性リガンド-受容体相互作用の生物学的プロセスにも有意に濃縮されていることがモジュール解析により明らかになった。さらに、miRNAを標的とした制御ネットワーク解析の結果、58のmiRNAが61の制御関係に関与していることが明らかになりました。

RESULTS: 260 DEGs were identified in the AF and SR groups, including 150 up-regulated and 110 down-regulated genes. Functional and pathway enrichment analyses of DEGs indicated that DEGs mainly involved in inflammatory response, immune response and receptor-mediated endocytosis. In addition, CXCR4, CXCR2, C3, CXCL11, CCR2, AGTR2, CXCL1 and others were the hub nodes in PPI network and module analysis revealed that these hub nodes also significantly enriched in the inflammatory response, cytokine-cytokine receptor interaction, chemokine signaling and neuro-active ligand-receptor interaction biological processes. Furthermore, miRNA-targeted regulatory network analysis showed that 58 miRNA involved in 61 regulatory relationships，including 9 up-regulated and 5 down-regulated genes.

結論:

本研究では、CXCR4, CXCR2, CXCL11, CCR2, LRRK2, IL1B, C3, CXCL1などの重要な遺伝子と、miR-3123, miR-548g-3p, miR-9-5pなどの重要なマイクロRNAを同定し、ヒトの心房細動と最も密接に関連している経路を明らかにしました。これらの結果は、心房細動の新たな分子機構と治療標的となる可能性を示唆するものである。

CONCLUSIONS: This study identified a series of key genes, including CXCR4, CXCR2, CXCL11, CCR2, LRRK2, IL1B, C3, CXCL1 and important microRNAs such as, miR-3123, miR-548g-3p and miR-9-5p, along with the pathways that were most closely related with human AF. Our results may provide a novel molecular mechanism and potential therapeutic targets for atrial fibrillation.