日本語AIでPubMedを検索
比較トキシコゲノミクスデータベースを活用して、環境衛生に関する知識のギャップを埋める：大気汚染に起因する心血管疾患のテストケース
Leveraging the Comparative Toxicogenomics Database to fill in knowledge gaps for environmental health: a test case for air pollution-induced cardiovascular disease.
PMID: 32663284 DOI: 10.1093/toxsci/kfaa113.
抄録
環境保健研究では、曝露（化学物質など）が人の健康や病気にどのように影響を与えるかを研究しているが、ほとんどの場合、曝露と病気を結びつける分子的・生物学的メカニズムは不明のままである。このような知識のギャップを埋めるために、私たちは、公開されている比較トキシコゲノミクスデータベース（CTD）のコンテンツを活用して、潜在的な中間段階を特定しようとしました。概念実証研究では、テストケースとして、大気汚染有害物質と2つの心血管疾患（心筋梗塞と高血圧）を関連付ける環境健康関連の遺伝子、分子メカニズム、生物学的イベントを系統的に計算した。我々のアプローチは、CTDの5種類のキュレーションされた相互作用を統合して「CGPD-テトラマー」のセットを構築し、化学-遺伝子相互作用と表現型および疾患に関連する情報ブロックを計算的に構築するものである。このバイオインフォマティクス戦略は、大気汚染に関連した心筋梗塞（汚染物質5種、遺伝子58種、表現型117種が関与）については653個のCGPD-テトラマーを、大気汚染に関連した高血圧（汚染物質3種、遺伝子96種、表現型142種が関与）については701個のCGPD-テトラマーを生成した。これら2つの大気汚染物質誘発結果に共通する19の遺伝子と96の表現型を同定し、酸化ストレス、炎症、免疫応答、細胞死、循環系プロセスに重要な役割があることを示唆した。さらに、CGPD-四量体は、複数の遺伝子産物と連続的な生物学的事象を含む広範な化学物質誘発性疾患経路に組み立てることができ、これらの計算された中間的なステップの多くは文献で検証されている。この方法は、毒性物質、相互作用遺伝子、生物学的システムに関する事前知識を必要とせず、パブリックCTDの枠組みの中で管理されているあらゆる環境化学物質誘発性疾患の解析に使用することができる。
Environmental health studies relate how exposures (e.g., chemicals) affect human health and disease; however, in most cases, the molecular and biological mechanisms connecting an exposure with a disease remain unknown. To help fill in these knowledge gaps, we sought to leverage content from the public Comparative Toxicogenomics Database (CTD) to identify potential intermediary steps. In a proof-of-concept study, we systematically compute the genes, molecular mechanisms, and biological events for the environmental health association linking air pollution toxicants with two cardiovascular diseases (myocardial infarction and hypertension) as a test case. Our approach integrates five types of curated interactions in CTD to build sets of "CGPD-tetramers", computationally constructed information blocks relating a Chemical-Gene interaction with a Phenotype and Disease. This bioinformatics strategy generates 653 CGPD-tetramers for air pollution-associated myocardial infarction (involving 5 pollutants, 58 genes, and 117 phenotypes) and 701 CGPD-tetramers for air pollution-associated hypertension (involving 3 pollutants, 96 genes, and 142 phenotypes). Collectively, we identify 19 genes and 96 phenotypes shared between these two air pollutant-induced outcomes, and suggest important roles for oxidative stress, inflammation, immune responses, cell death, and circulatory system processes. Moreover, CGPD-tetramers can be assembled into extensive chemical-induced disease pathways involving multiple gene products and sequential biological events, and many of these computed intermediary steps are validated in the literature. Our method does not require a priori knowledge of the toxicant, interacting gene, or biological system, and can be used to analyze any environmental chemical-induced disease curated within the public CTD framework.
© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of the Society of Toxicology. All rights reserved. For permissions, please email: journals.permissions@oup.com.