抗逆转录病毒治疗对细胞周期调控的影响：通路图谱解析

医学信息学解锁21（2020）100426通路图谱揭示抗逆转录病毒治疗Rahaba Marimaa，*，Rodney Hulla，Jeyalakshmi Kandhavelu b，Zodwa Dlamini a，Clement Pennyba南非比勒陀利亚大学健康科学系泛非癌症研究所校外单位，SA-MRC/UP艾滋病毒相关癌症的精确预防和新药靶点，Hatfield，0028，南非b威特沃特斯兰德大学健康科学学院临床医学院内科，南非，帕克敦，2193。A R T I C L EI N FO保留字：细胞周期生物信息学p53Foxo细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKs）细胞周期调控A B S T R A C T人类细胞周期是一个严格调控的过程，有检查点以确保基因组的完整性。细胞周期蛋白/细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）复合物驱动细胞周期的进展，而CDK抑制剂（CDKI）停止细胞周期。细胞周期失调是肺癌的标志。TP53和FOXO转录因子在细胞周期调控中具有相似的机制。抗逆转录病毒（ARV）时代的肺癌发生仍有待了解。本研究旨在绘制A549和MRC-5肺细胞中受ARV（依法韦仑-EFV和洛匹那韦/利托那韦-LPV/r）治疗影响的与人类细胞周期相关的生物学途径。为此，使用Reactome数据库来绘制这些途径。此外，注释、可视化和集成发现数据库（DAVID）用于一组基因的功能富集分析，并可视化特定KEGG途径中的差异表达基因，还用于执行基因本体论。此外，使用检索相互作用基因/蛋白质的搜索工具（STRING）数据库来确定差异表达基因（DEG）靶标的蛋白质-蛋白质相互作用。反应基因组分析显示，在正常和腺癌肺癌模型中，DNA复制减少，对外部刺激和DNA修复基因的反应增加。在癌细胞中观察到响应于ARV治疗的凋亡基因的进一步增加有趣的是，FOXO途径也显示在测试（ARV）组中上调。KEGG通路显示在ARV处理的模型中细胞周期蛋白/CDK活性降低。STRING分析说明了ARV暴露上调的DNA损伤和反应（DDR）基因之间的直接和强烈的相互作用。所有三个数据库的分析表明EFV和LPV/r对肺癌的细胞毒性和抗增殖作用1. 介绍人类细胞周期是一个高度调节和精确的过程[1，2]。细胞周期的高保真度是通过其检查点实现的。这些监测机制通过确保合成（S）期和有丝分裂（M）的相互依赖性、基因组的完整性和染色体分离的保真度来监测细胞周期进程[3，4]。基因组DNA复制，然后染色体分离到子细胞中，构成细胞周期。S期复制DNA，M期分离染色体。这两个阶段之间的周期被称为间隙阶段（G1和G2）[2]。细胞可以暂时退出细胞周期并进入称为G0的静止期。或者，细胞可以终末分化成细胞，分裂，但经历形态学发展，以执行个体组织的各种专门功能[2，5]。细胞周期被正向调节，从而驱动其进程，而被负向调节，停止该过程的事件[6，7]。细胞周期蛋白/CDK复合物驱动细胞周期。另一方面，当DNA损伤检查点被激活时，CDK抑制剂（CDKIs）抑制CDK的活性。因此，磷酸化的CDK保持无活性并且不能结合细胞周期蛋白[8，9]。未能通过DNA损伤反应途径（DDR）正确修复受损的DNA或将细胞引导至程序性细胞死亡（PCD）/凋亡可能导致病理状况，例如癌症（Guarino etal.，二○二○年;[10 此外，TP53和FOXO转录因子独立于诱导参与细胞周期阻滞的基因转录* 通讯作者。电子邮件地址：rahaba.marima@up.ac.za（R.Marima）。https://doi.org/10.1016/j.imu.2020.100426接收日期：2020年6月27日;接收日期：2020年9月6日;接受日期：2020年9月7日2020年9月16日网上发售2352-9148/©2020的 作者。发表通过 Elsevier 公司这是一个开放接入文章下的CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表医学信息学期刊主页：http://www.elsevier.com/locate/imuR. Marima等人医学信息学解锁21（2020）1004262±[14 ]第10段。这种由检查点协调的细胞周期停滞为细胞提供了在细胞分裂之前修复损伤的机会。这样做可以防止遗传错误传递到子细胞[10，14]。此外，细胞周期停滞允许细胞有机会从受损的DNA中恢复并存活，从而防止过早和不必要的细胞死亡，这也可能是病理性的，因为基因组DNA不断面临内在和外在的损伤作用[5，15]。不能正确调节细胞周期是癌症的标志，包括肺癌[16]。肺癌是导致发病的主要原因艾滋病毒阴性和阳性人群[17]。此外，非小细胞肺癌（NSCLC）占病例的80%以上，腺癌是最常见的类型[18]。自从联合抗逆转录病毒疗法（cART）也被称为高效抗逆转录病毒疗法（HAART）出现以来，HIV阳性患者的生活质量得到人的进步。相反，据报道，艾滋病毒/艾滋病合并症如肺癌正在上升[19，20]。 在目前的HAART时代，对HIV感染个体中肺癌的表现知之甚少[17]。这突出了肺癌研究在艾滋病毒和治疗中的重要性。抗逆转录病毒药物对肺癌和细胞周期的潜在调节作用尚未被探索。因此，本研究旨在确定两种抗逆转录病毒药物（依法韦仑-EFV和洛匹那韦/利托那韦-LPV/r）的作用，它们构成HAART的一部分，在人类细胞周期的调节。为此，采用计算机生物信息学分析绘制生物学途径，进行基因本体论（GO）分析，并确定基因/基因或蛋白质/蛋白质相互作用对ARV治疗的响应。EFV和LPV/r可能激活/抑制与细胞周期相关的途径，改变细胞死亡和细胞增殖之间的平衡2. 材料和方法用临床血浆剂量13μ M EFV和32μ M LPV/r处理原代肺成纤维细胞（MRC-5）和肺腺癌细胞（A549）48小时，如先前在Marima等人，[21].简而言之，肺MRC-5（ATCC CCL 171）和A549（ATCC CCL 185）获自美国典型培养物保藏中心（ATCC）。MRC-5和A549细胞在Dulbecco生活技术，ThermoFischer）补充与百分之十热灭活胎牛血清（FBS）（MilliporeSigma）和1%青霉素和链霉素（GIBCO，ThermoFischer）。 将细胞在25cm2细胞培养瓶（Corning）中培养，并保持在CO2培养瓶中。在37° C、含5%CO2的潮湿空气中孵育。为为了实验目的，将细胞培养至指数生长期（在approX iphone4百分之七十 融 合 ）是采用细胞是然后血清饥饿24小时以同步细胞周期。第二天，将细胞用13μ M EFV或32μ M LPV/r处理48小时。对照细胞仅暴露于生长培养基和溶媒（甲醇0.1% v/v）。计算差异基因表达基因（DEG）模式使用Qiagen门户网站（geneglobe.qiagen.com），并表示为倍数变化。对于DEG，认为2和p 0.05具有显著性<使用三种生物信息学工具，Reactome数据库v72，DAVID数据库v6.8和STRING数据库v11.0来绘制生物学途径，确定功能富集和蛋白质/蛋白质间的相互作用。对抗逆转录病毒治疗的反应人细胞周期PCR芯片（96孔格式; PAHS-020 Z，Qiagen，表1）。G4 A至G（1-84）基因与细胞周期相关，而H行仅指质控品（包括商标质控品），以保证本试验的质量。2.1. Reactome数据库v72使用Reactome数据库https://reactome.org/第72版绘制试验（ARV处理）和对照（非ARV处理）组中的生物学途径。选择分析工具进行数据分析。差异表达基因的GenBank登录号列表表1人类细胞周期基因阵列的布局与基因名称（缩写）和GenBank登录号。1ABL1NM_005157CCNA2NM_001237CCNT1NM_001240CDK6NM_001259CUL1NM_003592MCM2NM_004526RAD9ANM_004584ACTBNM_0011013ATMNM_000051CCNB2NM_004701 CDC20NM_001255CDK8NM_001260CUL3NM_003590MCM4NM_005914RBBP8NM_002894GAPDHNM_0020462ANAPC2NM_013366CCNB1NM_031966CDC16NM_003903CDK7NM_001799CUL2NM_003591MCM3NM_002388RB1NM_000321B2MNM_0040485AURKANM_003600CCND1NM_053056CDC25CNM_001790CDKN1BNM_004064E2F4NM_001950MDM2NM_002392RBL2NM_005611RPLP0NM_0010024ATRNM_001184CCNCNM_005190CDC25ANM_001789CDKN1ANM_000389E2F1NM_005225MCM5NM_006739RBL1NM_002895HPRT1NM_0001947BCCIPNM_016567CCND3NM_001760CDC6NM_001254CDKN2BNM_004936GTSE1NM_016426MNAT 1NM_002431SKP2NM_005983RTC SA_001046AURKBNM_004217CCND2NM_001759CDC34NM_004359CDKN2ANM_000077GADD45ANM_001924MKI67NM_002417SERTAD1NM_013376HGDCSA_001058BCL2NM_000633CCNE1NM_001238CDK1NM_001786CDKN3NM_005192HUS1NM_004507MRE11ANM_005590STMN1NM_005563RTC SA_001049BIRC 5NM_001168CCNFNM_001761CDK 2NM_001798CHEK 1NM_001274KNTC1NM_014708NBNNM_002485TFDP1NM_007111RTC SA_0010411BRCA2NM_000059CCNG2NM_004354CDK5R1NM_003885CKS1BNM_001826MAD2L1NM_002358RAD17NM_002873TP53NM_000546PPC SA_0010310BRCA1NM_007294CCNG1NM_004060CDK4NM_000075CHEK2NM_007194KPNA2NM_002266RAD1NM_002853TFDP2NM_006286PPC SA_0010312CASP3NM_004346CCNHNM_001239CDK5RAP 1NM_016408CKS2NM_001827MAD2L2NM_006341RAD51NM_002875WEE1NM_003390PPC SA_00103ABCDEFGH*R. Marima等人医学信息学解锁21（2020）1004263Fig. 1. 反应基因组图谱说明了ARV药物（A-EFV和B-LPV/r）治疗后受已鉴定基因靶点影响的生物学/分子途径。比较ARV治疗组和对照组之间靶基因表达（GE）模式的变化。GE模式的变化表现在与细胞周期相关的四个途径之间：细胞对外部刺激的反应、DNA修复、程序性细胞死亡（PCD）/凋亡和DNA复制。作为对ARV药物治疗的响应，DNA修复基因在正常细胞和癌细胞中均上调，延伸至A549细胞中的凋亡基因的激活，而在ARV治疗组中观察到DNA复制下降R. Marima等人医学信息学解锁21（2020）1004264图二. 对照组和试验组中最重要的通路中的DEG。这是对照组（A）中上调和下调基因以及试验组中下调基因（B）和基因及上调基因（C）的代表，认为p <0.001具有显著性。

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