生物信息学分析鉴定p53是神经性疼痛的候选预后生物标志物

今天跟大家文献解读的是2018年9月发表在Frontiers in Genetics(IF:3.517)杂志上的一篇文章 Bioinformatics Analysis Identifies p53 as a Candidate Prognostic Biomarker for Neuropathic Pain.在文章中作者从GEO数据库中下载数据集,鉴定差异表达基因,进行功能富集分析,然后构建上调DEGs的蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络,确定与NP发病相关的关键基因和潜在途径。

 Bioinformatics Analysis Identifies p53 as a Candidate Prognostic Biomarker for Neuropathic Pain
生物信息学分析鉴定p53是神经性疼痛的候选预后生物标志物
 

一.研究背景

神经性疼痛(NP)是由神经系统损伤引起的一种慢性疼痛,它的发病机制很复杂,仍然缺乏有效的治疗药物。最近的研究表明,周围神经损伤可以改变初级感觉神经的基因表达。因此,研究周围神经损伤后脊髓背角的基因表达对于探索NP的潜在机制并为NP提供有效的治疗策略非常重要。

二.分析流程

三.结果解读

1.数据标准化

图1:作者使用BRB-ArrayTools软件,展示了SNL(L5脊神经结扎)组样品和假手术对照组样品,数据标准化后的基因表达情况。

 

 

图1.显示了数据标准化后每个小鼠DRG(脊根神经节)组织样品的基因表达情况
 

  1. 鉴定DEGs

    作者选择了小鼠的L4和L5 DRG组织来鉴定DEGs。

    图2:从GSE24982数据集中总共鉴定出22,303个基因,其中与假手术对照组相比,SNL组的DRG神经元中有123个基因上调;层次聚类分析后分为了两个亚群。

 

图2.DEGs的层次聚类分析
 

3.通路和功能富集分析

作者借助KEGG和GO数据库作通路和功能富集分析。

  • 上调的DEGs主要在跨膜转运调节,化学突触传递,膜电位调节,疼痛感官知觉,细胞阳离子稳态等通路和生物学功能上富集。

 

图3.通路和功能富集分析
 

4.PPI网络分析

图4A:使用BioGRID,InWeb_IM和OmniPath数据库,将鉴定出的DEGs编码的蛋白质作PPI网络分析。

图4B:使用MCODE插件来识别PPI网络中的重要模块(以及相关的单个基因),p53被识别为hub基因。

 

图4.PPI网络分析和MCODE识别模块
 

5.CCI(慢性收缩损伤)后鼠行为的改变以及p53和Caspase-3的表达

CCI会诱发小鼠持续的异常性疼痛和痛觉过敏。图5A:与假手术组小鼠相比,CCI小鼠从手术后第3天PWL(缩足反应潜伏期)开始缩短。

图5B:CCI、假手术组术后第7天的p53和caspase-3表达的蛋白质印迹分析。并将p53和caspase-3的倍数变化标准化为GAPDH(甘油醛3-磷酸脱氢酶)水平。

图5C:p53和caspase-3表达的定量分析。

  • CCI小鼠中p53和Caspase-3表达增加。

图5D:p53(红色)代表性的免疫荧光染色及其在DRG组织中与神经元(NeuN,绿色)的共定位。

图5E:caspase-3(红色)的代表性免疫荧光染色及其在DRG组织中与神经元(NeuN,绿色)的共定位。

图5F,G:DRG组织中p53阳性和caspase-3阳性细胞的定量分析。

  • CCI组,p53阳性和caspase-3阳性细胞数量占比显著增加。

 

图5.CCI诱发的痛觉过敏以及DRG神经元中p53和caspase-3的表达
 

6.p53抑制剂降低CCI小鼠中p53蛋白表达并减轻热痛觉过敏

作者往小鼠模型神经鞘内注射pifithrin-α HY-15484(p53抑制剂)作验证。

图6A:与CCI + DMSO组相比,Pifithrin-α组减缓了PWL的下降。

图6B:p53和caspase-3表达的蛋白质印迹分析

  • Pifithrin-α组小鼠中p53蛋白表达下降。

图6C:p53和caspase-3表达的定量分析。

  • ifithrin-α组小鼠中p53和Caspase-3表达降低。

图6D:p53(红色)的代表性免疫荧光染色及其在DRG组织中与神经元(NeuN,绿色)的共定位。

图6E:aspase-3(红色)的代表性免疫荧光染色及其在DRG组织中与神经元(NeuN,绿色)的共定位。

图6F,G:CCI小鼠神经鞘内注射Pifithrin-α第7天时,DRG组织中p53阳性和caspase-3阳性细胞的定量分析。

  • Pifithrin-α组,p53阳性和caspase-3阳性细胞数量占比下降。

图6.pifithrin-α抑制(p53抑制剂)减轻DRG神经元的疼痛以及降低p53和caspase-3的表达
 

小结

  作者从GEO数据库下载数据集,来鉴定NP中的关键基因。使用BRB-ArrayTools软件和R鉴定DEGs。使用Metascape对DEGs进行功能和通路富集分析。使用Cytoscape创建了蛋白质-蛋白质相互作用网络并对其进行了可视化。总共获得123种上调的DEGs。在这些基因中,p53被筛为hub基因。最后,作者使用CCI小鼠模型进行了实验验证了:脊神经节神经元中p53基因的过表达以及caspase-3表达的增加是诱发NP发展的潜在原因。

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