نوع مقاله : علمی - پژوهشی
نویسندگان
دانشگاه زابل، دانشکده علوم پایه، گروه زیست شناسی، سیستان و بلوچستان، زابل، ایران
چکیده
هدف: در این پژوهش تغییرات بیان ژن و تاثیر آن بر شبکههای پروتئینی، عوامل رونویسی، مسیرهای سلولی و RNAهای کوچک در مدلهای موشی تراژن بیماری آلزایمر (آمیلوئید بتا و تائو) بررسی شد.
مواد و روش‌ها: نتایج دادههای ریز آرایه ژنهای بافت مغز در پایگاه داده GEO تجزیه و تحلیل، پیش بینی شبکهها بهکمک پایگاه داده String انجام و توسط نرم افزار Cytoscape آنالیز شد. پیشبینی فاکتورهای رونویسی و مسیرهای سلولی ژنها در سرویس تحت وب Enrichr انجام گرفت. همچنین از درواره ToppGene برای شناسایی نقش RNAهای کوچک دخیل در این مدلها استفاده شد.
نتایج: تجزیه و تحلیل شبکههای پروتئینی نشان داد ژن CTSS (کد کننده پروتئین کاتپسین اس) که یک سیستئین پروتئاز لیزوزومی است در هر دو مدل ژن کلیدی و رابط شبکهای میباشد. ژنهای IRF8 (کد کننده پروتئین عامل 8 تنظیم کننده اینترفرون) و NFE2L2 (کد کننده پروتئین عامل 2 مرتبط با عامل هستهای اریتروئیدی 2) که بهترتیب ژنهای دخیل در سیستم ایمنی و استرس اکسیداتیو هستند، بهعنوان عوامل رونویسی تاثیرگذار تعیین شدند. بهعلاوه مشخص شد RNA کوچک let-7 (دخیل در سیستم ایمنی) میتواند بهعنوان تنظیم کننده مهم بیان ژنها در مسیرهای ژنی هر دو مدل بیماری عمل نماید.
نتیجهگیری: سیستم ایمنی نقش بسیار مهمی در روند بیماری آلزایمر در هر دو مدل داشته و احتمالا کاهش فعالیت ژنهای این سیستم (IRF8 و let-7) بههمراه افزایش ژنهای دخیل در کاهش استرس اکسیداتیو (CTSS و NFE2L2) در هر دو مدل یک هدف درمانی مناسب خواهد بود.
واژگان کلیدی:
تازه های تحقیق
-
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Evaluation of Microarray-derived Gene Expression Patterns in Transgenic Mouse Models of Alzheimer’s Disease (Tau and Amyloid beta) Using Bioinformatics Tools
نویسندگان [English]
- J Amini
- N Sanchooli
- N Sanadgol
Department of Biology, Faculty of Basic Sciences, University of Zabol, Zabol, Iran
چکیده [English]
Aim: The aim of this study was to compare the gene expression changes and their effects on protein networks, transcription factors prediction, cellular pathways and small RNAs in the transgenic mouse models of Alzheimer’s disease (Tau and Amyloid beta).
Material and Methods: The results of the brain tissue microarray data from two models of Alzheimer’s disease were analyzed in GEO database. Protein networks prediction performed using String database and analyzed by Cytoscape software. The changed genes were used for prediction of transcription factors (TFs) and cellular pathways via Enrichr web service. Moreover, the ToppGene portal was used for prediction of the role of small RNAs involved in these models.
Results:Analysis of protein networks have showed that the CTSS gene (encode Cathepsin S), a lysosomal cysteine protease, was the key gene and the main inter-network linker in the both models. Also, the data from evaluation of TFs resulting to introduce of IRF8 genes (encode Interferon Regulatory Factor 8) and NFE2L2 (encode Nuclear Factor, Erythroid 2 Like 2) that are involved in the immune system and oxidative stress respectively. On the other hand, we have shown that let-7 small RNA, which is involved in the immune system, could act as a major regulator in these gene pathways.
Conclusions: The immune system has a critical role in the both models of Alzheimer’s disease and seems that the control of the immune-related genes (IRF8 and let-7) activity besides decrease of oxidative stress (CTSS and NFE2L2) in both models is a plausible therapeutic target.
کلیدواژه‌ها [English]
- Alzheimer’s disease# Beta amyloid#Tau#Microarray#Transgene#Gene expression
مقدمه
تعداد افراد بالای شصت سال در دنیا بهسرعت در حال افزایش است، بهطوری که در دهه آینده نزدیک به 22 درصد افراد جهان دارای سن شصت سال خواهد بود بیماریهای مرتبط با سن از اهمیت بسیاری برخوردار خواهند بود. یکی از بیماریهای مهم مرتبط با پیری، آلزایمر است (1). بیش از 44 میلیون نفر در سراسر دنیا به آلزایمر مبتلا هستند که این میزان در سال 2030 دو برابر و در 2050 سه برابر خواهد شد (2). بیماری آلزایمر یک اختلال مغزی است که عامل اصلی ایجاد جنون میباشد (3).
در آلزایمر بهدلیل ناشناخته بودن مکانیسم بیماری، پزشک فقط میتواند پیشنهاداتی برای کنترل و کاهش روند بیماری ارائه دهد. از طرف دیگر روند شروع بیماری بدون علامت بوده و زمانی تشخیص داده میشود که ضایعات مغزی گسترش یافتهاند (4). دو عامل بسیار مهم در ایجاد آلزایمر پلاکهای خارج سلولی آمیلوئید بتا (beta amyloid) و تجمع داخل سلولی پروتئین تائو (Tau) میباشند (3).
جهشهای ژنتیکی در پروتئین تائو باعث تا خوردگیهای نامناسب در این پروتئین کلیدی میشود. نتیجهی این تا خوردگیها، تجمع پروتئینها و ایجاد پلاکهای پروتئینی است که این تجمعات برای نورونها ایجاد سمیت کرده و باعث مرگ نورونی میشوند (5). ارتباط پروتئین جهش یافتهی تائو با مسیرهای پاسخ به پروتئینهای تانخورده یا UPR (6)، اتوفاژی (7)، آپوپتوزیس (8)، استرس اکسیداتیو (9) و التهاب (10) به اثبات رسیده،از طرف دیگرتجمعات قطعات آمیلوئید بتا باعث ایجاد پلاکهای آمیلوئید بتا شده و نهایتا سبب مرگ نورونها میشوند (11). پپتیدهای آمیلوئید بتا میتوانند از طریق دو مسیر پردازش شوند. مسیر اول مرحلهی غیر آمیلوئیدی است که برش ایجاد شده توسط آنزیم آلفا سکرتاز یک بخش محلول (sAPPα) و یک بخش درون غشایی(CTF83) از پروتئین پیش ساز آمیلوئید (APP) را ایجاد میکند و در نهایت تحت اثر آنزیم گاما سکرتاز دو مولکول انتقال دهنده پیام (P3 و AICD) که در عملکرد سلول نقش دارند ایجاد میگردد. مسیر دوم مرحلهی آمیلوئیدی است که ایجاد برش توسط آنزیم بتا سکرتاز یک بخش غیر محلول (sAPPβ) و یک بخش درون غشایی (CTF99) از APP را ایجاد میکند و و در نهایت تحت اثر آنزیم گاما سکرتاز دو مولکول AICD و آمیلوئید بتا تولید میگردند. آنزیم برشی ناحیه بتا BACE1 نام داشته و بهخانواده آسپارتیک پروتئازها تعلق دارد (12).
برش ثانویه C99 با فعالیت گاما سکرتاز منجر بهتولید پپتید آمیلوئیدبتا با 42-40 اسید آمینه میشود باقیماندهی آن تولید قطعهی کوچک دورن سلولی APP بهنام AICD میکند. گاما سکرتاز عضوی از یک کمپلکس چند پروتئینی که شامل پرسیلین 1 (PS1) یا پرسینلین 2، نیکاسترین و افزایشدهنده پرسینلین 2 میباشد (13). جهش در APP یا ژنهای پرسینلین در شروع آلزایمر نقش داشته برخی از این جهش ها همانند جهش PS1 اثر شدیدی بر نسبت Aβ40/Aβ42 با افزایش محصول Aβ42 دارند (14).
با این حال این دو پروتیئن (آمیلوئیدبتا و تائو) بیارتباط و مستقل از هم نیستند و برای مثال در مطالعات in vitro دیده شده که پروتئین تانخوردهی آمیلوئیدبتا میتواند تاخوردگی نامناسب پروتئین Tau را القا کند. از طرف دیگر در بعضی از پژوهشها نشان داده شده است که سمیت آمیلوئیدبتا بهوسیلهی تائو وساطت شده و همچنین فسفوریلاسیون تائو میتواند از طریق آمیلوئید بتا انجام گیرد (15). همانطور که دیده میشود پروتئین تائو و آمیلوئید بتا اثرات بسیار گستردهای را بر نورون میگذارند و مسیرهایی مانند اتوفاژی، آپوپتوزیس، UPR و دیگر مسیرهای مربوطه را درگیر میکند. از اینرو با استفاده از ابزاری مانند ریزآرایه با مطالعه همزمان چندین هزار ژن میتوان اطلاعات ارزشمندی در مورد رابطه علت و معلولی این دو مولکول بهدست آورد.
مواد و روش‌ها
بررسی دادههای ریزآرایه:در این پژوهش از امکانات پایگاه داده (Gene Expression Omnibus) GEO (16) استفاده شد و نتایج بیان ژن حاصل از دو مطالعهی GSE53480 (17) و GSE92926 (18) در این پایگاه مورد بررسی قرار گرفت. برای آنالیز این دادهها از نرم افزار آنلاین GEO2R که معیار آماری آن Benjamin & Hochberg استفاده شد. میزان معنیداری، برای تغییرات بیان 05/0 در نظر گرفته شد.
شبکههای پروتئینی:برای ترسیم شبکههای پروتئینی و اثرمتقابل پروتئینها بر هم از وب سرویس String (19) و نرم افزار Cytoscape (20) نسخهی 3.6.1 کمک گرفته شد بهطوریکه ژنهای بهدست آمده وارد پایگاه دادهی String شده و سپس شبکهی حاصله بهوسیلهی نرم افزار Cytoscape مورد آنالیز قرار گرفت و در آن فاکتورهای توپولوژی مانند میزان مرکزیت بینابینی و محدودهی مرکزیت بررسی شدند.
بررسی عملکردهای ژنی:عملکردهای ژنی بهوسیلهی نرم افزار آنلاین Topgene (21) مورد بررسی قرار گرفت. بدینترتیب که پیش بینی ریز RNA (miRNA) برای ژنهای بهدست آمده انجام شد و همچنین از نرم افزار آنلاین Enrichr (22) برای پشبینی فاکتورهای رونویسی و مسیر سلولی استفاده گردید.
نتایج
دو کلید واژه تائو در بیماری آلزایمر(Tau in Alzheimer’s disease) و آمیلوئید بتا در بیماری آلزایمر (beta amyloid in Alzheimer’s disease) در پایگاه داده GEO جست و جو شدند که بهترتیب 57 نتیجه برای تائو و 101 نتجه برای آمیلوئید بتا بهدست آمد. برای بررسی بهتر مسیرهای آمیلوئیدبتا وتائو تنها مدلهای ترانس ژنیک موش انتخاب شدند. از این رو از این تعداد نتایج بهدست آمده به 16 مطالعه برای آمیلوئید بتا و 9 مطالعه برای تائو تقلیل یافت. سپس تنها مطالعاتی که مدل آلزایمر را با نمونه وحشی مقایسه کردند در نظر گرفته شدند (بررسیهای دارویی حذف شدند) که در نتیجه تنها مطالعه GSE53480 (13) برای مدل تائو و مطالعه GSE92926 (14) برای مدل آمیلوئید بتا انتخاب شدند. سپس دادههای این دو مطالعه با نرم افزار آنلاین GEO2R مورد آنالیز قرار گرفته و ژنهایی با تغییرات بیان 1 و بیشتر از 1 که از نظر آماری معنیدار بودند انتخاب شدند. بعد از آنالیز دادههای ریزآرایه 145 ژن مشخص شدند که در مدل تائو با تغییربیان حداقل 1 بودند. برای مدل آمیلوئید بتا نیز 149 ژن مشخص شد (نمودار 1).
نمودار 1: نمودار مراحل انجام مطالعه
شبکهی پروتئینی
شبکهی پروتئینی ساخته شده برپایهی پایگاه دادهی String بهوسیلهی نرم افزار Cytoscape آنالیز و به تصویرکشیده شد (شکل 1).
شکل 1. الف. شبکهی پروتئینی مربوط به مدل تائو. ب. شبکهی پروتئینی مربوط به مدل آمیلوئیدبتا.
در این شبکهها هرچه اندازهی گرهها بزرگتر باشد میزان مرکزیت بینابینی (Betweenness centrality) بیشتر و هرچقدر آبیتر شود میزان محدودهی مرکزیت (Closeness centrality) افزایش مییابد. با آنالیز شبکه پروتئینی، پروتئین Ctss (کاتپسین اس) با درجهی 26، بالاترین میزان درجه ارتباط در مدل آمیلوئیدبتا را نشان داد (جدول 1).
ژن Ctss در انسان پروتئین کادپسین اس (Ctss) را کد میکند و جزیی از خانوادهی پپتیداز C1 میباشد که یک سیستئین پروتئاز لیزوزومی است. این پروتئین میتواند در برش آنتیژنها به پپتید و ارائهی آن به کمپلکس MHC کلاس 2 نقش داشته باشد و همچنین میتواند بهعنوان یک الاستاز در ماکروفاژها عمل کند (23). پروتئین تیروزین فسفاتاز گیرندهی نوع C (Ptprc) با درجهی 22 در رتبهی بعدی قرار گرفت. این پروتئین از خانوادهی تیروزین فسفاتاز است و بهعنوان مولکول پیامرسان در تنظیم رشد سلول، تمایز و میتوز نقش دارد. همچنین تیروزین فسفاتازها برای مسیرهای انتقال پیام در رسپتورهای سلولهای T و B ضروری هستند (23). پروتئین Cd68 (Cd68) با درجهی 22 بعد از Ptprc قرار گرفت. این پروتئین میتواند در فعالیت فاگوسیتیک ماکروفاژهای بافتی و همچنین در متابولیسم لیزوزومی و ارتباطات سلولی (سلول به سلول و سلول به پاتوژن) نقش داشته باشد (23). پروتئین بعدی Complement C1q subcomponent subunit A (C1qa) با درجهی 21 میباشد. این پروتئین با پروآنزیم گیرنده کمپلمان نوع 1 (C1r) و زیرواحد C1s کمپلمان (C1s) همراهی میکند تا بازده C1 که اولین جزء سیستم کمپلمان سرم میباشد را بالا ببرد. مناطق شبه کلاژنی پروتئین C1q با قسمت وابسته به Ca2+ کمپلکس پروآنزیمی C1r2C1s2 ارتباط دارد. این ارتباط اتصال سرهای کروی C1q به قسمت Fc ایمونو گلوبول G (IgG) یا ایمونو گلوبول M (IgM) در کمپلکس ایمنی را بهبود میبخشد (23).
پروتئین پنجم با درجهی 21، پروتئین آنتی ژن لنفوسیت 86 (Ly86) می باشد. Ly86 میتواند با پروتئینهای، (TLR4) toll-like receptor 4 و CD180 همکاری کند تا در ایمنی ذاتی در پاسخ به لیپوپلی ساکارید باکتری و تولید سیتوکین کمک کند (23).
از طرف دیگر در مدل تائو، پروتئین اینتگرین بتا 2 (Itgb2) با درجهی 50 بالاترین میزان درجه ارتباط را نشان داد. این پروتئین یک رسپتور برای مولکولهای چسبان سلولی 1، 2، 3 و 4 (ICAM4-ICAM1) است که در سیستم ایمنی و حرکت نوتروفیلها نیز نقش دارد (23). سپس پروتئینهای Cd68 و پروتئین Tyrobp با درجهی 43، Ptprc با درجهی 46 و Ctss با درجهی 49 بهترتیب بالاترین میزان درجه ارتباط را داشتند. پروتئینTyrobp protein tyrosine kinase-binding protein)) در فعالسازی نوتروفیلها بهوسیلهی اینتگرین نقش دارد (23).
از طرف دیگر درمدل آمیلوئید بتا پروتئینهای Osal2، Ctss، Ptprc، Cd68 و Ly86بهترتیب با ارزشهای 66/0، 16/0، 16/0، 12/0 و 08/0 بالاترین میزان را برای مرکزیت بینابینی بهدست آوردند (جدول 1). همچنین در مدل تائو پروتئینهای Ctss، Ltgb2 و پروتئین TLR2 بهترتیب با ارزشهای 10/0، 09/0 و 09/0 بالاترین میزان را بهدست آوردند. پروتئین TLR2 با همکاری Ly96 پاسخ ایمنی ذاتی لیپو پروتئین باکتری و دیگر اجزای باکتریایی را وساطت میکنند (23).
بعد از پروتئین TLR2، پروتئینهای Cd68 و Ptprc با ارزشهای 09/0 و 08/0 بالاترین میزان مرکزیت بینابینی را بهدست آوردند. با آنالیز شبکه توسط نرم افزار Cytoscape بالاترین میزان محدودهی مرکزیت در مدل آمیلوئید بتا برای پروتئین Osal2 با ارزش 1 بهدست آمد. همچنین پروتئینهای Ctss و پروتئین متصل شونده به گالکتین-3 Lgals3bp)) با ارزشهای 79/0 و 75/0 بعد از Osal2 قرار گرفتند (جدول 1). ارزش محدودهی مرکزیت برای پروتئین آنتی ژن استرومال مغز استخوان 2 (Bst2) 75/0 بهدست آمد. این پروتئین بهعنوان یک کمند فیزیکی ویروسها را در غشا سلولی نگه میدارد (23).
این مقدار برای Ptprc 72/0 بهدست آمد. همچنین مقدار محدودهی مرکزیت در مدل تائو برای پروتئینهای Ctss، Ltgb2، Ptprc، Cd68 و Tyrobp بهترتیب 66/0، 65/0، 64/0، 63/0 و 60/0 بهدست آمد که بالاترین میزان محدودهی مرکزیت در مدل تائو بودند (جدول 1).
جدول 1: نتیجهی حاصل از آنالیز شبکهی ژنی برای مدل آمیلوئید بتا و مدل تائو
|
مدل آمیلوئیدبتا |
مدل تائو |
فاکتورهای توپولوژی |
|
Ctss (26) Ptprc (22) Cd68 (22) C1qa (21) Ly86 (21) |
Ltgb2 (50) Ctss (49) Ptprc (46) Cd68 (45) Tyrobp (43) |
درجه |
|
Oasl2 (0.66) Ctss (0.16) Ptprc (0.16) Cd68 (0.12) Ly86 (0.08) |
Ctss (0.10) Ltgb2 (0.09) Tlr2 (0.09) Cd68 (0.09) Ptprc (0.08) |
مرکزیت بینابینی |
|
Oasl2 (1.0) Ctss (0.79) Lgals3bp (0.75) Bst2 (0.75) Ptprc (0.72) |
Ctss (0.66) Ltgb2 (0.65) Ptprc (0.64) Cd68 (0.63) Tyrobp (0.60) |
محدودهی مرکزیت |
نکتهی قابل ذکر آن است که پروتئین Ctss در مدل آمیلوئید بتا بالاترین و در مدل تائو دومین میزان درجه ارتباط را کسب کرد. از طرف دیگر مرکزیت بینابینی برای Ctss در مدل آمیلوئید بتا دومین میزان و در مدل تائو اولین میزان را بهدست آورد. همچنین محدودهی مرکزیت Ctss در مدل آمیلوئید بتا دومین مقدار و برای تائو اولین مقدار را بهدست آورد. با آنالیز شبکه بهنظر میرسد که پروتئین Ctss در هر دو مدل نقش مهمی را ایفا میکند.
فاکتورهای رونویسی
وب سرویس Enrichr، برای بررسی بهتر، از چند پایگاه داده استفاده میکند. ما برای نتیجهی بهتر از میان این پایگاههای داده، 4 پایگاه داده را انتخاب کردیم که در جدول 2 نشان داده شده است. پایگاه دادهی ChEA در مدل آمیلوئید بتا و تائو فاکتور رونویسی اینترفرون 8 (IRF8) را پیش بینی کرد. پروتئین IRF8 یکی از دو نقش فعال کنندگی یا مهاری رونویسی را دارا میباشد. در سیستم ایمنی نقش مهار کنندگی دارد ولی با اتصال بهقسمت تنظیمی بالادست نوع یک IFN و القا کنندهی IFN، فعال کنندهی ژنهای MHC کلاس I میباشد.
پروتئینهای خانواده IRF8 دارای دومینهای محافظت شده متصل به DNA در ناحیه N-ترمینال و یک ناحیه C-ترمینال متمایز که بهعنوان یک دومین تنظیمکننده است، میباشند. پروتئینهای خانواده IRF همچنین بیان ژنهای تنظیم کننده α وβ که بهوسیله عفونتهای ویروسی القا میشوند را کنترل میکنند (23).در پایگاه دادهی ENCODE، فاکتور رونویسی IRF8 و فاکتور رونویسی PU.1 (SPI1) بهدست آمد (جدول 2).
پروتئین SPI1 یک پروتئین متصل شونده است که به جعبهی PU و یا یک توالی غنی از پورین DNA (′3-GAGGAA-′5) متصل میشود که این پروتئین یک افزایش دهندهی اختصاصی لنفوئیدی میباشد. SPI1 فعال کنندهی رونویسی است که میتواند بهطور اختصاصی ماکروفاژها و سلولهای B را متمایز یا فعال کند. در پایگاه دادهی ARCHS4 برای هر دو مدل فاکتور رونویسی EB (TFEB) بهدست آمد (جدول 2).
پروتیئن ژن TFEC یک عضو از خانوادهی میکروفتالمی است که یک تنظیم کنندهی مهم برای پروتئینهای لیزوزومی بهویژه در میکروگلیاها میباشد. TFEB همکاری نزدیکی با LYNUS، mTORC1، V-ATPase و RAG GTPase دارد (23). آخرین فاکتور رونویسی بهدست آمده فاکتور هستهای 2 مرتبط با فاکتور2 (NFE2L2) میباشد (جدول 2).
جدول 2: فاکتورهای رونویسی پیش بینی شده برای ژنهای بهدست آمده از دادهای ریزآرایه برای دو مدل تاتو وآمیلوئید بتا بهصورت جداگانه بررسی شدند. *برابر است با Adjusted p-value (A.P.V)
.
|
فاکتورهای رونویسی |
پایگاههای داده |
|
|
مدل آمیلوئیدبتا |
مدل تائو |
|
|
IRF8 (A.P.V=4.386e-9) |
IRF8 (A.P.V*=9.281e-13) |
ChEA |
|
IRF8 (A.P.V=0.01276) |
SPI1 (A.P.V=0.001) |
ENCODE and ChEA consensus TF from ChIP-X |
|
TFEC (A.P.V=9.678e-18) |
TFEC (A.P.V=1.692e-32) |
ARCHS4 TFs Coexp |
|
NFE2L2 (A.P.V=2.239e-20) |
NFE2L2 (A.P.V=2.327e-32) |
TF Perturbations Followed by Expression |
زمانیکه سلول در حالت طبیعی و بدون استرس اکیسداتیو است پروتئین NFE2L2 در سیتوپلاسم پروتئین Keap1 بهوسیلهی دمین کلچ (Kelch) به پروتئین NFE2L2 متصل است که باعث تنظیم فعالیت NFE2L2 میشود و زمانی که استرس اکسیداتیو ایجاد میشود، Nrf2 از Keap1 جدا شده و وارد هسته میشود و فعالیتش را بهعنوان فاکتور رونویسی شروع میکند (24).
NFE2L2 در پاسخ به مقادیر کم اکسیژن فعال نیز بیان شده و باعث تنظیم پاسخ آنتی اکسیدانی میشود. استرس اکسیداتیو و فعالیت Nrf2 در مراحل اولیهی بیماری آلزایمر دیده شده است (25). Nrf2 بیان آنتی اکسیدانتهایی مثل گلوتاتیون s- ترنسفراز، کویینون اکسیدو ردوکتاز 1 را وساطت میکند. این بیان ژن
بهوسیلهی توالی خاصی بهنام عناصر مسئول آنتی اکسیدانتی امکانپذیر میشود (24).
جالب است که در چهار پایگاه داده فقط یک فاکتور رونویسی تفاوت داشت. این موضوع میتواند نشان دهندهی آن باشد که پروتئینهای تنظیمی مشترکی برای دو مدل آمیلوئید بتا و تائو وجود دارد.
مسیرهای سلولی
با بررسی ژنهای بهدست آمده از دادههای ریزآرایه بهوسیلهی وب سرویس Enrichr دو مسیر سلولی برای دو مدل بررسی شده بهدست آمد (شکل 2). مسیر سلولی متناسب با ژنهای مدل تائو سیس آبشار انعقادی(complement and coagulation cascades) با درجه معناداری (p-value) 14e-543/5 از پایگاه دادهی KEGG بهدست آمد (شکل 2).
شکل 2: دو مسیر سلولی پیشنهادی برای ژنهای ارائه شده. الف. مسیری است که ژنهای ارائه شده از مدل تائو بیشترین نقش را داشتهاند. ب. مسیری است که ژنهای ارائه شده از مدل آمیلوئید بتا بیشترین نقش را داشته اند.
همچنین این پیش بینی برای ژنهای مربوط به آمیلوئید بتا نیز انجام گرفت که نتیجهی آن مسیر عفونت با استافیلوکوکوس اورئوس با درجه معناداری 9e-517/8 بهدست آمد. سیستم کمپلمان با کمک به آنتی بادیها و فاگوسیتها به از بین بردن پاتوژنها کمک میکند. مطالعات in vitroو in situ نشان دادهاند که پروتئین تائو و آمیلوئید بتا میتوانند مسیر کمپلمان را فعال کنند. همچنین در بیماری آلزایمر هم مکانی بین پروتئینهای کمپلمان و پلاکهای آمیلوئیدبتا و فیبرهای بههم ریخته نورونی دیده میشود (26). استافیلوکوکوس اورئوس یک پپتید کوچک به نام PSM (phenol soluble modulins) دارد که بهشکل فیبرهای آمیلوئید بتا در بیوفیلمها دیده میشوند و حدس زده میشود که آمیلوئید فعال، یک پدیدهی متداول است که توسط باکتریها استفاده میشود (27).
MicroRNA
ریز آر ان ایها (miRNAs) عضوی از RNAهای غیر کد کننده با طول 19 تا 25 نوکلئوتید میباشند. این RNAهای غیر کد کننده در تنظیم بیان ژن نقش دارند بهطوریکه با اتصال خود به انتهای ′3 (3′-UTR) آر ان ای پیامبر (mRNA) بیان آن را سرکوب میکنند (28). پژوهشها نشان داده که بیش از 80 miRNA در نورونهای پستانداران بیان می شود که نقش مهمی رشد و عملکر نورونها دارند (29). همچنین در مطالعات اخیر نشان داده شده است که miRNAها میتوانند مارکرهای زیستی برای بیماری آلزایمر باشند (30). خانوادهی let-7 در تنظیم فعالیتهای سلولی زیادی دخیل هستند. برای مثال در تنظم مسیر RAS، چرخهی سلولی (31) و همچنین در سیستم ایمنی دخالت دارند (32) (شکل 2). همچنین ثابت شده که let-7 در بیماری آلزایمر تغییر بیان پیدا میکند (33). نقش داشتن miR-185 در سیستم ایمنی مشخص شده است. بهعنوان مثال در پژوهشی نقش miR-185 در فعالسازی سلولهای B مشخص گردید (34). ازطرفی تایید شده است که در بیماری آلزایمر miR-642 افزایش بیان پیدا میکند (35). در مطالعات دیگر مشخص شده که بیان miR-376c کاهش پیدا میکند (36). miR-490-3p در تحریک رشد و تهاجم سلولهای سرطانی نقش دارد (37). همچنین در مطالعهای دیگر نشان داده شده که miR-135b نقش حفاظتی در بیمای پارکینسون دارد (38).
بحث
با بررسی شبکه پروتئینی در هر دو مدل تائو و آمیلوئید بتا اشتراکات زیادی بین پروتئینهایی که درجهی بالایی دارند و همچنین این اشتراکات برای مرکزیت بینابینی و محدودهی مرکزیت دیده شد. بهنظر میرسد این ژن در این شبکه نقش مهم و اساسی داشته باشد. ژن Ctss در هرسه فاکتور توپولوژی برای هر دو مدل در بالاترین امتیازها قرار گرفت. مشخص شده است که این ژن در مسیرهایی مانند التهاب (39) و بیماریهای اتوایمیون (Autoimmune disease)) 40)، دخیل است. فاکتورهای رونویسی بهدست آمده تماما در ارتباط با سیستم ایمنی بودند بهطوریکه از پنج فاکتوررونویسی بهدست آمده فقط NFE2L2 در مسیر پاسخ به استرس اکسیداتیو میباشد. NFE2L2 باعث بیان تعدادی از آنتی اکسیدانتهای درون سلولی میشود. کاهش میزان آن بهعنوان یک فاکتور پیری مشخص شده و همچنین در بررسی بعد از مرگ مغز بیماران مبتلا به آلزایمر میزان NFE2L2 کاهش یافته است (41). یافتههای جدید نشان داده است که NFE2L2 با تعامل با NF-κB بهعنوان یک فاکتور ضدالتهابی عمل میکنند (42). NF-κB فعال کنندهی کمپلمان C3 میباشد. از طرف دیگر Aβ بهعنوان یک بالادست برای فعال شدن NF-κB عمل میکند (43). RNA کوچک let-7 نیز در چرخهی سلولی و سیستم ایمنی نقش دارد. miR-185 نیز در سیستم ایمنی دخیل است و در بیماری آلزایمر نقش دارد.
نتیجهگیری
در این مطالعه تمامی دادهها تاکید بر سیستم ایمنی داشتند بهطوریکه تمامی مسیرها و فاکتورهای رونویسی این را نشان میدادند. از طرف دیگر پروتئینهای کلیدی که در بررسی شبکهی ژن برای دو مدل بهدست آمد اشتراکات زیادی را نشان دادند. بهنظر میرسد که پلاکهای خارج سلولی آمیلوئید بتا و فیبرهای درون سلولی تائو هر دو سیستم ایمنی را تحریک کرده، این عمل از طریق مسیرهای مشابه و مرتبطی انجام میگیرد. از طرف دیگر این دو عامل (آمیلوئید بتا و تائو) میتوانند بر NFE2L2 و NF-κB تاثیر بگذارند و نهایتا از این طریق سیستم کمپلمان را فعال کنند. در نهایت فعال شدن مکانسیم آنتی اکسیدانتی درون سلولی نیز میتواند در فعال یا غیر فعال شدن سیستم کمپلمان نقش داشته باشد.
تشکر و قدردانی
نویسندگان بر خود لازم می دانند کمال تشکر و قدردانی خود را از کلیه راهنماییها و همکاریهای جناب آقای دکتر محمد حدادی، عضو هیات علمی گروه زیست شناسی دانشگاه زابل در جهت انجام این پژوهش اعلام نمایند. این پژوهش با حمایت مالی دانشگاه زابل با شماره گرنت 13-9517-GR-UOZ از آقای نیما سندگل انجام شده است.
)