Konstruktion eines potenziellen mikroRNA- und mRNA-Regulationsnetzwerks bei idiopathischer Lungenfibrose
Die idiopathische Lungenfibrose (IPF) ist eine chronisch fortschreitende Lungenerkrankung, die durch eine Lungenfibrose unbekannter Ätiologie gekennzeichnet ist und pathologisch als „usual interstitial pneumonia“ klassifiziert wird. Die Prognose bleibt schlecht, mit einer medianen Überlebenszeit von etwa 2 bis 3 Jahren nach Diagnosestellung. Aufgrund des schweren Krankheitsverlaufs ist die Erforschung effektiver Therapieansätze entscheidend. MikroRNAs (miRNAs) spielen eine zentrale Rolle bei der RNA-Stilllegung und posttranskriptionellen Genexpressionsregulation durch Basenpaarung mit komplementären Sequenzen der Boten-RNA (mRNA). Jede miRNA kann multiple Gene targetieren, und mehrere miRNAs können ein einzelnes Gen ko-regulieren. Diese Moleküle sind insbesondere bei Organfibrosen, einschließlich der IPF, relevant und könnten an der Pathogenese beteiligt sein. Die Konstruktion eines miRNA-mRNA-Regulationsnetzwerks für IPF soll umfassendere molekulare Mechanismen aufdecken.
Zur Identifizierung differenziell exprimierter miRNAs (DE-miRNAs) bei IPF wurden drei Mikroarray-Datensätze (GSE75647, GSE27430, GSE13316) aus der GEO-Datenbank analysiert. Vierzehn hochregulierte DE-miRNAs (u.a. miR-31, miR-493, miR-382) und sechs herunterregulierte DE-miRNAs (u.a. miR-184, miR-338-3p, miR-203) wurden identifiziert. Mittels FunRich-Software wurden die wichtigsten upstream-Transkriptionsfaktoren (TFs) vorhergesagt: Für hochregulierte DE-miRNAs waren POU2F1, EGR1 und NOBOX führend; für herunterregulierte DE-miRNAs dominierten EGR1, SP1 und ZFP161.
Die miRNet-Datenbank diente zur Vorhersage der downstream-Zielgene der DE-miRNAs: 1285 Gene für hochregulierte und 1411 Gene für herunterregulierte DE-miRNAs. Anschließend wurde der mRNA-Datensatz GSE92592 analysiert, wobei 1160 hochregulierte und 1427 herunterregulierte DE-mRNAs identifiziert wurden. Durch inversen Abgleich zwischen DE-mRNAs und miRNA-Zielgenen ergaben sich 49 Zielgene für hochregulierte DE-miRNAs und 53 für herunterregulierte DE-miRNAs.
Eine GO- und KEGG-Enrichment-Analyse (mittels Enrichr) zeigte für herunterregulierte Zielgene hochregulierter DE-miRNAs Anreicherungen in biologischen Prozessen wie „negative Regulation der DNA-Bindung“ und molekularen Funktionen wie „Transkriptionskorepressor-Bindung“. Hochregulierte Zielgene herunterregulierter DE-miRNAs waren unter anderem in „positiver Regulation der Genexpression“ und „metalloendopeptidase-Aktivität“ angereichert. KEGG-Pfade umfassten „Krebs-Signalwege“ und „transkriptionelle Fehlregulation bei Krebs“.
Proteininteraktionsanalysen (STRING, Cytoscape) identifizierten Hub-Gene: Für hochregulierte DE-miRNAs umfassten die Top-12-Hub-Gene VEGFA, FOS und IFNG; für herunterregulierte DE-miRNAs dominierten MMP9, SOX2 und MMP2. Die Validierung im GSE72073-Datensatz bestätigte signifikant niedrigere VEGFA-Expression sowie erhöhte Spiegel von SOX2, MMP2 und HIF1A in IPF-Geweben. Es wurden regulatorische Netzwerke etabliert, darunter miR-410-3p/miR-495-3p-VEGFA, miR-375-SOX2/CALU und miR-338-3p-MMP2/CDH2.
Zusammenfassend offenbart diese Studie ein umfassendes miRNA-mRNA-Regulationsnetzwerk bei IPF, das neue molekulare Mechanismen und potenzielle Therapieansätze aufzeigt. Die Kombination aus Transkriptionsfaktorvorhersagen, Enrichment-Analysen und experimenteller Validierung unterstreicht die klinische Relevanz der identifizierten Signalwege.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000001276