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Gene expression profiling predicts pathways and genes associated with Parkinson’s disease基因表达谱预测与帕金森病相关的通路和基因
点评：整篇文章书写分析比较简单，讨论部分书写值得借鉴。讨论书写方式：（第一段总结，第二三段推测可能发挥作用的基因（找关联，定关系，可能是A B 通过C D等相关联）），最后一段文章总结（讨论的书写），分析部分先挑出差异基因，以及差异基因主成分分析与成簇，最终进行差异基因通路与功能分析以及PPI分析。整个过程重现可能比较简单。
摘要
本研究旨在探讨帕金森病（PD）发展的分子机制，发现和帕金森氏病相关的通路与基因。含有来自PD患者的10个样品和健康对照（HC）的8个样品的GSE22491微阵列数据是从基因表达综合（GEO）数据库下载。差异表达的基因（DEGS）通过配对t检验确定。然后DEGS进行群集和主成分分析，接着基因本体论（GO）和通路富集分析和蛋白-蛋白相互作用（PPI）网络结构。共有176上调的度的DEGs和49下调的DEGs进行了鉴定。39个GO术语和72条通路与PD密切相关。神经系统的通路富集10个差异基因如突触蛋白I（SYN1），谷氨酸受体，离子型，N-甲基d天冬氨酸1（GRIN1）和GRIN2D。在PPI网络中，获得了18hub基因，如GRIN2D和discs，大（果蝇）同源物相关蛋白3（DLGAP3）。神经系统及其丰富度的视角的途径可能在PD的发展中发挥重要作用。如SYN1，GRIN1，GRIN2D和DLGAP3的DEGs可能成为有希望的候选基因PD。
关键词 帕金森病 差异表达基因 途径富集分析 蛋白质-蛋白质相互作用网络 枢纽(Hub)蛋白质
介绍
帕金森病（PD）是阿尔茨海默病后中枢神经系统的第二个最常见的退行性障碍[1]。该疾病的特征在于将α-突触核蛋白积聚到神经元中称为Lewy体的夹杂物，并通过在中脑部分内部的某些神经元中产生的多巴胺严重丧失[2]。随着PD的进展，神经系统的许多部分可能受到影响，导致抑郁，认知障碍和物理条件[3]。根据2007年的一份报告，预计PD的发病率将在世界各地的未来20年内加倍[4]。目前，对该疾病没有明确的治疗，因此，更好地了解疾病发病机制的分子机制是重要的。目前，PD的环境风险因素得到了相当大的关注;然而，遗传学对PD的遗传性的重要性为该疾病的潜在机制提供了重要的见解[2,5]。例如，Valente等报道称为Pten诱导的激酶推定1的线粒体蛋白激酶中的突变与新发现的PD的新鉴定的家族形式有关 [2]。由GCH1基因编码的GTP环烃酶1（GCH1）是纽格拉里肌细胞中的多巴胺产生的基本酶，并且罕见的GCH1编码变体被认为是PD的危险因素[6]。另外，α-突触核蛋白，帕金蛋白，富含少氨酸的重复激酶2和ATP酶13a2的基因代码在PD的发病机制中具有含有含有蛋白质错误折叠和氧化应激的PD [7,8]。虽然对PD的分子机制已经实现了进展，但目前的知识似乎远远明确。
在本研究中，研究人员下载了GSE22491的微阵列数据，由Mutez等人专注于PD患者外周血单核细胞中的富含亮氨酸的重复激酶2突变。在我们的研究中，我们不仅鉴定了Pd和健康对照（HC）样品之间的差异表达基因（DEG），而且还进行了途径富集分析和蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPI）网络施工，以探索Pd的分子标记。该研究的结果可能在PD诊断和治疗中发挥重要作用。
结果
1. DEGs的鉴定
在数据预处理后，PD和HC样品之间获得了225DEGs。在这些DEGs中，有176个上调和49个下调的DEGs。结果显示在火山图中.
2. DEGs的主成分分析与成簇
聚类分析结果如图2所示。在两个样品组之间的中发现了显著的差异。从主成分分析（图3）的结果，我们可以发现PD样品可以显然与HC样本区分开。
3. GO与通路富集分析
在GO和通路富集分析后，我们发现在39种GO术语中富集了225DEGs，其中包括18个生物过程（BP），7分子功能（MF）和14个细胞组分（CC）（表1）。另外，这些DEGs富集在72个通路中，例如神经元系统的途径，钙信号通路和红细胞的O2 / CO2交换（表2）。
4. PPI网络构建
基于String数据库，使用Cytoskape构建具有85个节点和244个边缘的PPI网络（图4A）。在聚类分析后，根据p值获得前3个簇。簇1（图4B）含有11个hub蛋白，例如偶数跳过的Homeobox1，谷氨酸受体，离子素，N-甲基-D-天冬氨酸2D（GRIN2D）和盘，大（果蝇）同源物相关蛋白3（DLGAP3） ，簇2（图4C）含有6个hub蛋白和簇3（图4D）仅包含1个。
讨论：（第一段总结，第二段推测可能发挥作用的基因（找关联，定关系，可能是A B 通过C D等相关联）），最后一段文章总结（讨论的书写）
PD是最常见的帕金森主义形式，主要影响运动，特别是在早期阶段[19]。基因表达谱的分析可以鉴定PD诊断和治疗的靶标。在本研究中，通过GSE22491的基因表达谱来在Pd和HC样本之间鉴定225DEGs。神经元系统的途径富集10DEGs，例如Synapsin I（SYN1），GRIN1和GRIN2D。此外，还通过GRIN1和GRIN2D来富集人钙信号通路。在PPI网络中，GRIN2D和DLGAP3是hub基因。结果表明，这些基因和通路可能在PD的进展中起重要作用。
众所周知，PD是人类神经系统的进程性退行性疾病，以及在几种易感类型的神经细胞中发展的变化结果[20]。我们的研究结果表明，神经元体系的途径富集10DEGs，例如SYN1。 SYN1是Synapsin基因系列的成员，其编码与突触囊泡的细胞质表面相关的神经元磷蛋白[21]。Synapsin基因家族成员涉及突触生成和神经递质释放的调节，表明神经精神疾病中的潜在作用[22]。例如，发现阿尔茨海默病的疾病与SYN1的区域改变相关联。此外，Syn3是Syn1的重要鉴定性，已被发现在精神分裂症和双相障碍中突变[24,25]。因此，我们推测SYN1可以是PD的候选基因。（属于那个家族，家族成员以及自身与什么疾病相关，自身可能调控疾病）
此外，我们发现GRIN1和GRIN2D也富集在神经元系统的通路中。此外，Grin2D是PPI网络中的hub基因。由两个基因编码的蛋白质是N-甲基 - 天冬氨酸（NMDA）受体的关键亚基[26]。 NMDA受体管辖一系列生理条件，包括神经性疼痛综合征，兴奋毒性神经元损伤和精神病疾病引起的神经系统障碍[27]。NMDA受体的多动激活导致神经元兴奋毒性，并建议在一些脑病等脑病中发挥作用[28]。特别是，NMDA受体是离子型谷氨酸受体通道超家族的成员[29]。谷氨酸受体是兴奋毒性的一种原因，其与许多神经变性条件相关[30]。研究表明，代谢型谷氨酸受体mGlu4通过在纹状体[31]选择性调节谷氨酸直接参与与基底节相关联的运动障碍。重要的是，已发现谷氨酸受体在PD [32]中具有影响。目前，Wu等人报道，GRIN1可以用作降低PD的风险的潜在生物标志物[28]，但是，关于GRIN2D和PD之间的关联有限的报告。因此，我们可以推测GRIN2D也可能在PD进展中以及GRIN1中发挥重要作用。
此外，结果发现GRIN1和GRIN2D富集在人钙信号通路的途径中。我们的神经元随着我们的风险随着年龄而增加的神经变性障碍的风险增加。最近的研究报道，神经元CA2信号传导经历明显的年龄依赖性变化[33]。改变内质网介导的Ca2稳态可以诱导细胞凋亡，该凋亡是在神经系统的发育期间通常发生的程序化细胞死亡的一种形式，以及PD[34]。 Becker等人。[35]揭示了用Ca2的高血压治疗α-Channel拮抗剂显着降低了开发PD的风险。因此，Ca2信号通路可能是神经变性临床试验中的疾病靶向。
在PPI网络中，我们发现DLGAP3也是hub基因。DLGAP3编码SAP90 / PSD95相关蛋白3，其与各种突触部件相互作用[36,37]。突触扰动包括树突刺的异常形态，突触损失和异常突触信号的突触扰动可能是神经精神疾病的潜在原因[38,39]。越来越多的证据表明DLGAP3参与各种精神病疾病的病理生理学，如Tourette综合征和强迫症[40,41]。重要的是，在包括PD[42]的神经变性障碍中，鉴定了共同病态强迫症症状。这是公知的，患者的神经节额底电路和在边缘的电路功能障碍PD清单几个功能障碍也可以负责强迫性状[43]的发生。我们一起推测DLGAP3可能是PD的有希望的功能候选基因。（症状关联）
总之，我们的研究提供了全面的PD生物信息学分析。神经元系统的途径和人钙信号通路可能在PD进展中发挥重要作用。这些通路以及它们的富含SYN1，GRIN1，GRIN2D和DLGAP3可能具有潜力作为PD的治疗目标。然而，仍然需要进一步的遗传和实验研究，以确认我们的观察。
