發(fā)布時(shí)間： 2024-07-31 09:40:21
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雖然轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和蛋白質(zhì)組測(cè)序在實(shí)驗(yàn)方法上差異很大，但這兩種方法的根本目的都是獲取基因的表達(dá)情況，兩者之間存在一定的共通之處。從生物學(xué)角度出發(fā)，mRNA水平可以體現(xiàn)基因表達(dá)的中間狀態(tài)，然而蛋白質(zhì)是直接的功能執(zhí)行體，因此對(duì)蛋白水平表達(dá)的檢測(cè)有著不可取代的作用。首先，兩組學(xué)的聯(lián)合分析可以獲得基因的轉(zhuǎn)錄組與蛋白組學(xué)表達(dá)水平，實(shí)現(xiàn)兩者的互補(bǔ)，對(duì)特定狀態(tài)下生物體中mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平進(jìn)行全方位分析。其次，將轉(zhuǎn)錄組和蛋白組聯(lián)合分析可以獲得對(duì)差異表達(dá)的深層分析，挖掘受轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的差異基因或差異蛋白，尋找并驗(yàn)證某些重要的調(diào)控通路。另外，對(duì)于那些蛋白數(shù)據(jù)庫(kù)缺乏或注釋不全的物種，通過(guò)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)構(gòu)建蛋白質(zhì)搜索庫(kù)，可大幅度提高蛋白質(zhì)鑒定數(shù)。
題目：通過(guò) TMT 蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)綜合分析鑒定與牙周炎有關(guān)的九種特征蛋白
雜志：Front Immunol
影響因子：IF=7.3
發(fā)表時(shí)間：2022.08.09
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牙周炎是一種由細(xì)菌引起的復(fù)雜炎癥性疾病，以口腔牙周軟組織和硬組織持續(xù)破壞為特征，是成年人牙齒脫落的主要原因。牙周炎由多種因素引起，且與多種危險(xiǎn)因素有關(guān)，因此迫切需要探索其機(jī)制。先前的研究表明，NLRP3、轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶2（TG2）和牙周生物型是與口腔健康危險(xiǎn)因素相關(guān)的牙周炎或口腔疾病的重要預(yù)測(cè)因子。隨著組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)研究已經(jīng)分析了牙周炎的病理和進(jìn)展。然而，仍然缺乏基于多組學(xué)分析的牙周炎精準(zhǔn)特征分子。
來(lái)自GSE10334數(shù)據(jù)集的 183 個(gè)牙周炎樣本和 64 個(gè)健康樣本，以及來(lái)自GSE16134 的241 個(gè)牙周炎樣本和 69 個(gè)健康樣本。
首先利用定量TMT蛋白質(zhì)組學(xué)對(duì)健康個(gè)體和牙周炎患者的牙齦組織進(jìn)行差異表達(dá)蛋白分析，發(fā)現(xiàn)炎癥免疫相關(guān)的簇在115個(gè)DEP中顯著富集。根據(jù)蛋白質(zhì)組學(xué)的蛋白質(zhì)表達(dá)水平，通過(guò)LASSO分析篩選出9個(gè)中心DEP。最后，整合牙周炎的轉(zhuǎn)錄組學(xué)，構(gòu)建了一個(gè)由9個(gè)中心DEP編碼基因組成的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）模型，并證實(shí)其可有效區(qū)分健康個(gè)體和牙周炎患者。此外，通過(guò)對(duì)人牙齦樣本的蛋白質(zhì)印跡法驗(yàn)證了參與牙周炎的9種特征蛋白。結(jié)果表明，我們研究中確定的9種特征分子的ANN網(wǎng)絡(luò)可能與牙周炎有關(guān)，并可能為牙周炎提供新的預(yù)測(cè)或診斷模型。
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1、TMT 蛋白質(zhì)組學(xué)分析
差異表達(dá)分析顯示，健康組與牙周炎組間差異表達(dá)蛋白有115個(gè)，其中上調(diào)66個(gè)，下調(diào)49個(gè)。
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2、DEP 的功能表征
對(duì)所有 115 個(gè) DEP 進(jìn)行 GO 和 KEGG 富集分析，以探索其生物學(xué)功能（ 圖 2C ）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與炎癥和免疫功能相關(guān)的術(shù)語(yǔ)最為豐富，例如中性粒細(xì)胞脫顆粒、免疫反應(yīng)的激活、人體免疫反應(yīng)和B/T細(xì)胞受體信號(hào)通路。DEP 在 9 個(gè)重要的 GO 術(shù)語(yǔ)中富集，包括中性粒細(xì)胞活化參與免疫反應(yīng)、免疫反應(yīng)激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、經(jīng)天冬酰胺的蛋白質(zhì)N連接糖基化、抗原受體介導(dǎo)的信號(hào)通路、中間絲組織、信號(hào)肽加工、體液免疫反應(yīng)、免疫反應(yīng)激活細(xì)胞表面受體信號(hào)通路和B細(xì)胞受體信號(hào)通路。這些過(guò)程被定義為與牙周炎密切相關(guān)。
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3、DEPs 的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用 (PPI) 網(wǎng)絡(luò)分析
為了進(jìn)一步評(píng)估已識(shí)別的 DEP 之間的相互作用，使用 STRING 網(wǎng)站構(gòu)建了 PPI 網(wǎng)絡(luò)。然后使用k均值聚類(lèi)功能模塊將DEPs的PPI網(wǎng)絡(luò)劃分為3個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，以了解網(wǎng)絡(luò)的核心生物學(xué)功能(圖 3B)，并利用GO富集分析識(shí)別子網(wǎng)絡(luò)中DEPs的特征生物學(xué)過(guò)程。
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4、通過(guò) LASSO 鑒定 9 種樞紐蛋白
為了進(jìn)一步識(shí)別中心 DEP，我們基于健康組和牙周炎組之間的 115 個(gè) DEP 進(jìn)行了 LASSO 回歸分析，發(fā)現(xiàn)每個(gè)類(lèi)中具有非零系數(shù)的 DEP 幾乎是互斥的（圖 4C）。此外，9 個(gè)樞紐 DEP 之間的相互作用根據(jù)蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯示在圖 4D，發(fā)現(xiàn)GSTCD與其余蛋白質(zhì)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的負(fù)相關(guān)性，尤其是與ADPGK的負(fù)相關(guān)性最強(qiáng)。ADPGK還與PLCH1，HLA-DPA1和CD79A表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)性。相反，CD79A，CD38，TMED5，TBXAS1，PLCH1和OGN表現(xiàn)出正相關(guān)性。
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5、GEO 轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集中 9 個(gè)中心 DEP 的表達(dá)譜
為了探索這九個(gè)樞紐DEPs所對(duì)應(yīng)基因的變化，作者從GEO數(shù)據(jù)庫(kù)獲取了轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)，并下載了兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)集GSE10334和GSE16134進(jìn)行分析。與健康組相比，編碼 9 個(gè)中心 DEP 的基因作為 DEG，在兩個(gè)數(shù)據(jù)集中牙周炎組牙齦組織中均存在顯著差異表達(dá)（圖 5B）。進(jìn)一步使用基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的 ssGSEA 方法確定了 GEO 隊(duì)列中每個(gè)樣本的免疫細(xì)胞浸潤(rùn)水平以及 9 個(gè) DEG 與 28 種浸潤(rùn)免疫細(xì)胞之間的相關(guān)性（ 圖 5C）。
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6、ANN 開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證
為了構(gòu)建 9 個(gè)中心 DEP 的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，分別使用GSE10334和GSE16134數(shù)據(jù)集作為訓(xùn)練和驗(yàn)證隊(duì)列。隨后，對(duì) 9 個(gè)中心 DEG 進(jìn)行 ROC 分析，ROC 曲線(xiàn)結(jié)果顯示，該模型對(duì)訓(xùn)練隊(duì)列具有較高的準(zhǔn)確率，曲線(xiàn)下面積 (AUC) 為 0.972 (圖 6B)。同樣，驗(yàn)證隊(duì)列的 ROC 曲線(xiàn)的 AUC 為 0.881（圖 6C），這些結(jié)果表明該9個(gè)樞紐DEP模型能夠有效區(qū)分牙周炎和健康樣本。
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7、蛋白質(zhì)印跡驗(yàn)證
選擇了九個(gè)參與牙周炎進(jìn)展的樞紐 DEP，并使用人牙齦組織通過(guò)蛋白質(zhì)印跡法進(jìn)行了驗(yàn)證?；疾〗M織中的 CD38、TMED5、HLA-DPA1、CD79A、ADPGK、TBXAS1、GSTCD 和 PLCH1 水平顯著升高。然而，與健康個(gè)體相比，牙周牙齦組織中的 OGN 蛋白水平降低（圖 7A , B)。這些驗(yàn)證結(jié)果與蛋白質(zhì)組學(xué)分析數(shù)據(jù)一致。
作者首先利用定量 TMT 蛋白質(zhì)組學(xué)確定了牙周炎和健康個(gè)體牙齦組織的蛋白質(zhì)譜，并通過(guò)使用 LASSO 的綜合蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)了與牙周炎有關(guān)的 9 種樞紐蛋白?；?9 種特征分子的 ANN 模型表現(xiàn)出令人滿(mǎn)意的分類(lèi)能力，可以區(qū)分健康患者和牙周炎患者。這項(xiàng)研究為預(yù)測(cè)或診斷牙周炎提供了牙齦組織中潛在特征分子的新見(jiàn)解。
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