RESUMEN
Abstract Introduction : Aging is the main risk factor for the development of chronic diseases such as cancer, diabetes, Parkinson's disease, and Alzheimer's disease. The central nervous system is particularly susceptible to progressive functional deterioration associated with age, among the brain regions the prefrontal cortex (PFC) has one of the highest involvements. Transcriptomics studies of this brain region have identified the decrease in synaptic function and activation of neuroglia cells as fundamental characteristics of the aging process. The aim of this study was to identify hub genes in the transcriptomic deregulation in the PFC aging to advance in the knowledge of this process. Materials and methods : A gene co-expression analysis was carried out for 45 people 60 to 80 years old compared with 38 people 20 to 40 years old. The networks were visualized and analyzed using Cytoscape; citoHubba was used to determine which genes had the best topological characteristics in the co-expression networks. Results : Five genes with high topological characteristics were identified. Four of them -HPCA, CACNG3, CA10, PLPPR4- were repressed and one was over-expressed -CRYAB-. Conclusion: The four repressed genes are expressed preferentially in neurons and regulate the synaptic function and the neuronal plasticity, while the overexpressed gene is typical of glial cells and is expressed as a response to neuronal damage, facilitating myelination and neuronal regeneration.
Resumen Introducción : el envejecimiento es el principal factor de riesgo para el desarrollo de enfermedades crónicas como el cáncer, la diabetes, el Parkinson y el Alzheimer. El sistema nervioso central es particularmente susceptible al deterioro funcional progresivo asociado con la edad, entre las regiones cerebrales con mayor compromiso se encuentra la corteza prefrontal (CPF). Estudios de transcriptómica de esta región han identificado como características fundamentales del proceso de envejecimiento la disminución de la función sináptica y la activación de las células de la neuroglia. No es claro cuáles son las causas iniciales, ni los mecanismos moleculares subyacentes a estas alteraciones. El objetivo de este estudio fue identificar genes clave en la desregulación transcriptómica en el envejecimiento de la CPF para avanzar en el conocimiento de este proceso. Materiales y métodos : se hizo un análisis de coexpresión de genes de los transcriptomas de 45 personas entre 60 y 80 años con el de 38 personas entre 20 y 40 años. Las redes fueron visualizadas y analizadas usando Cytoscape, se usó citoHubba para determinar qué genes tenían las mejores características topológicas en las redes de coexpresión. Resultados : se identificaron cinco genes con características topológicas altas. Cuatro de ellos -HPCA, CACNG3, CA10, PLPPR4- reprimidos y uno sobreexpresado -CRYAB-. Conclusión : los cuatro genes reprimidos se expresan preferencialmente en neuronas y regulan la función sináptica y la plasticidad neuronal, mientras el gen sobreexpresado es típico de células de la glía y se expresa como respuesta a daño neuronal facilitando la mielinización y la regeneración neuronal.
Resumo Introdução : o envelhecimento é o principal fator de risco pra o desenvolvimento de doenças crónicas como o câncer, a diabetes, o Parkinson e o Alzheimer. O sistema nervoso central é particularmente susceptível ao deterioro funcional progressivo associado à idade, uma das regiões do cérebro com maior compromisso é o pré-frontal (CPF). Estudos de transcritoma desta região têm identificado como características fundamentais do processo de envelhecimento a diminuição da função sináptica e ativação das células da neuroglia. Não é claro quais são as causas iniciais, nem os mecanismos moleculares subjacentes a estas alterações. O objetivo deste estudo foi identificar genes chave na desregulação transcritoma no envelhecimento da CPF para avançar no conhecimento deste processo. Materiais e métodos : se fez uma análise de co-expressão de genes dos transcritomas de 45 pessoas entre 60 e 80 anos com o de 38 pessoas entre 20 e 40 anos. As redes foram visualizadas e analisadas usando Cytoscape, usou-se citoHubba para determinar que genes tinham as melhores características topológicas nas redes de co-expressão. Resultados : identificaram-se cinco genes com características topológicas altas. Quatro deles -HPCA, CACNG3, CA10, PLPPR4- reprimidos e um superexpresso -CRYAB-. Conclusão : os quatro genes reprimidos se expressam preferencialmente em neurônios e regulam a função sináptica e plasticidade neuronal, enquanto o gene superexpresso é típico de células da glia e se expressa como resposta ao dano neuronal facilitado a mielinização e a regeneração neuronal.
Asunto(s)
Humanos , Envejecimiento , Corteza Prefrontal , TranscriptomaRESUMEN
Metabolic Syndrome (MetS) is a combination of diseases interrelated and associated with increased mortality and risk of cardiovascular events. Among the elucidated molecular mechanisms of MetS, there are several genes regulated by miRNAs - small non-coding RNAs. A large number of transcriptomic studies in public databases integrated with new analysis methods can generate new insights. Therefore, this study aimed to identify circulating miRNAs and their target genes in MetS using a Systems Biology approach. For this, we used GEO-NCBI to download and analyse 26 microarray transcriptome studies of MetS and obesity. After preprocessing, the data underwent differential expression (LIMMA method), gene co-expression (CEMiTool), and enrichment (GSEA, Reactome) analyses. We retrieved a gene expression signature for subcutaneous adipose tissue (SAT) for obese individuals that included 291 consistent differentially expressed genes (DEG). This signature had a positive normalized enrichment score (NES) for adaptive immune system activation responses, and negative NES for metabolic pathways. The consensus co-expression network of SAT revealed 3 communities (CM) of densely interconnected genes. These CMs had a high number of up regulated genes and a consistent positive NES among the studies. The co-expressed genes of these 3 CMs were related to neutrophil degranulation, infiltration of immune system cells, and inflammatory processes. Also, a small brazillian cohort (6 individuals with MetS and 6 controls) underwent a seric miRNA profiling using PCR array. From the 222 miRNAs detected in serum, the differential expression analysis identified 4 upregulated miRNAs (miR-30c-5p, miR-421, miR-542-5p and miR-574) in MetS patients (p<0.01). The integrative miRNAs-mRNAs analysis revealed that the circulating upregulated miRNAs had 12 targets in the SAT, 3 targets in the liver; and no targets in the muscle and blood. Many of these target genes are known modulators of proinflammatory pathways. In conclusion, the use of Systems Biology in the analysis of gene networks and circulating miRNAs identified some potential molecular and pathophysiological mechanisms of the Metabolic Syndrome. The circulating miRNAs identified in this study are potential biomarkers and/or therapeutic targets. However, further studies are needed to validate these miRNAs and their target mRNA
A Síndrome Metabólica (MetS) é um conjunto de doenças inter-relacionadas e associadas ao aumento de mortalidade e risco de eventos cardiovasculares. Entre os mecanismos moleculares elucidados da MetS, existem muitos genes regulados por miRNAs - RNAs pequenos não codificadores. O grande número de estudos transcriptômicos em banco dados públicos integrado a novos métodos de análise podem gerar novas descobertas. Deste modo, o objetivo deste estudo foi identificar miRNAs circulantes e genes alvos na MetS usando a abordagem de Biologia de Sistemas. Para isso, GEO-NCBI foi usado para obter e analisar 26 estudos de transcriptoma por microarray de MetS e obesidade. Após o pré-processamento, realizamos análises de expressão diferencial (método LIMMA), co-expressão gênica (CEMiTool), e enriquecimento (GSEA, Reactome). Identificamos uma assinatura de expressão gênica do tecido adiposo subcutâneo (SAT) de indivíduos obesos, composta por 291 genes consistentemente diferencialmente expressos (DEG). Essa assinatura teve um escore de enriquecimento normalizado (NES) positivo para ativação de respostas do sistema imune adaptativo, e NES negativo para vias de metabolismo. A rede consenso de co-expressão do SAT revelou 3 comunidades (CM) de genes densamente interconectadas. Essas CMs continham muitos genes regulados positivamente e com consistência de NES positivo entre os estudos. Os genes co-expressos dessas 3 comunidades pertenciam a vias de a degranulação de neutrófilos, infiltração de células do sistema imune e processos inflamatórios. Além disso, uma pequena coorte brasileira (6 indivíduos com MetS e 6 controles) foi submetida à dosagem sérica de miRNAs por PCR array. Dos 222 miRNAs detectados no soro, a análise de expressão diferencial identificou 4 miRNAs regulados positivamente (miR-30c-5p, miR-421, miR-542-5p e miR-574) nos pacientes com MetS (p<0.01). A análise integrativa miRNAs-mRNAs revelou que osmiRNAs circulantes superexpressos tinham 12 alvos no SAT, 3 alvos no fígado; e nenhum alvo no músculo e no sangue. Muitos desses alvos são moduladores de vias ró-inflamatórias. Em conclusão, a utilização da Biologia de Sistemas na análise de redes gênicas e miRNAs circulantes identificou alguns potenciais mecanismos moleculares e fisiopatológicos da Síndrome Metabólica. Os miRNAs circulantes identificados neste trabalho são potenciais biomarcadores e/ou alvos terapêuticos. Entretanto, mais estudos são necessários para validar esses miRNAs e seus mRNAs alvos