慢性腎臟草┢怠（Chronic kidney disease戏仓，CKD）是全球發(fā)病率和死亡率的主要原因之一潭流。母體肥胖與系統(tǒng)性炎癥和促炎細胞因子白細胞介素-6（Interleukin-6，IL-6）水平升高有關(guān)柜去。此前研究證明妊娠期間母體 IL-6 增加會影響小鼠的宮內(nèi)發(fā)育。但母體肥胖的環(huán)境影響導(dǎo)致腎臟發(fā)育過程中改變的具體分子變化尚不完全清楚拆宛。高通量組學(xué)技術(shù)的最新進展允許對生物樣品的基因組嗓奢、表觀基因組、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)方面進行全面分析浑厚。
近日股耽，美國密蘇里大學(xué)哥倫比亞分校Trupti Joshi團隊假設(shè)IL-6誘導(dǎo)的炎癥會改變發(fā)育中胎兒的基因表達根盒，從而影響腎臟發(fā)育。研究人員結(jié)合 mRNA 測序物蝙、 miRNA 測序和全基因組亞硫酸鹽測序 （WGBS）的多組學(xué)分析炎滞，以探討宮內(nèi)暴露于 IL-6 對新生幼兒基因表達的腎臟發(fā)育過程中的變化，并闡明關(guān)鍵的生物過程和網(wǎng)絡(luò)诬乞。相關(guān)研究成果以“Employing Multi-Omics Analyses to Understand Changes during Kidney?Development in Perinatal Interleukin-6 Animal Model”為題發(fā)表在《Cells》期刊上册赛。
標題：Employing Multi-Omics Analyses to Understand Changes during Kidney Development in Perinatal Interleukin-6 Animal Model（多組學(xué)分析揭示圍產(chǎn)期 IL-6 動物模型腎臟發(fā)育過程中的變化）
期刊：Cells
影響因子：5.1
技術(shù)平臺：mRNA-seq、 miRNA-seq震嫉、WGBS
研究人員在妊娠中期對懷孕雌鼠給予IL-6或生理鹽水處理森瘪。使用mRNA測序、miRNA測序和全基因組亞硫酸鹽測序（WGBS）分析新生小鼠腎臟票堵。采用多組學(xué)方法來量化mRNA基因表達扼睬、miRNA表達和DNA甲基化，使用先進的生物信息學(xué)和數(shù)據(jù)整合技術(shù)分析鑒定出19個在多個組學(xué)數(shù)據(jù)集中存在的關(guān)鍵候選基因悴势，這些基因受表觀遺傳學(xué)和miRNA調(diào)控窗宇。研究人員為這些基因構(gòu)建調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，揭示了諸如甘露糖型O-糖基化特纤、細胞周期军俊、凋亡和FoxO信號等通路的破壞。分析結(jié)果表明Atp7b基因受DNA甲基化和miR-223靶向調(diào)控叫潦，而Man2a1基因受DNA甲基化調(diào)控蝇完，涉及能量代謝。這些研究結(jié)果揭示這些基因可能在胎兒編程中發(fā)揮作用矗蕊，由于妊娠炎癥短蜕，可能導(dǎo)致晚年CKD發(fā)生。
分析數(shù)據(jù)：
mRNA-seq測序傻咖，鑒定出2361個上調(diào)和2518個下調(diào)基因朋魔。
miRNA-seq測序，鑒定出24個上調(diào)和13個下調(diào)的miRNA卿操。
WGBS共鑒定出81,261,444個甲基化區(qū)域警检，其中612個區(qū)域高甲基化，533個區(qū)域低甲基化害淤。
多組學(xué)數(shù)據(jù)綜合分析扇雕，共鑒定出19個關(guān)鍵基因，這些基因在多個組學(xué)數(shù)據(jù)集中存在窥摄，受表觀遺傳學(xué)和miRNA調(diào)控镶奉。
?
結(jié)果圖形：
（1）暴露于宮內(nèi)白細胞介素-6（IL-6）的新生小鼠腎臟的轉(zhuǎn)錄組分析
圖1：暴露于發(fā)育期IL-6的新生小鼠腎臟轉(zhuǎn)錄組中的差異表達基因。
A.
對照組和IL-6樣本的PCA分析，第一主成分（PC1）在x軸上哨苛，第二主成分（PC2）在y軸上鸽凶。
B.
火山圖，以log2FC在x軸上和p值在y軸上建峭。紅色和藍色表示差異表達基因的變化玻侥。
C.
基因的GO富集分析。
D.
KEGG亿蒸、Reactome和Wiki通路中的富集通路凑兰。
（2）暴露于宮內(nèi)IL-6的新生小鼠腎臟中的miRNA及其與靶基因的互作。
圖2：暴露于發(fā)育期IL-6的新生小鼠腎臟中差異表達的miRNA祝懂。
A.
對照組和IL-6樣本的PCA分析
B.
火山圖票摇，紅色和藍色表示差異表達的miRNA（DEmiRs）的變化，上調(diào)的miRNA用紅點表示砚蓬，下調(diào)的用藍點表示矢门。灰色點表示不顯著灰蛙。
C.
下調(diào)和上調(diào)的miRNA基因富集圖祟剔。
D.
KEGG、Reactome和Wiki通路中的富集通路摩梧。
（3）暴露于宮內(nèi)IL-6的新生小鼠腎臟的全基因組亞硫酸鹽測序（WGBS）分析
圖3. 暴露于發(fā)育期IL-6的新生小鼠腎臟的全基因組甲基化分析物延。
A.
每個樣本的堿基甲基化reads覆蓋。
B.
基于甲基化CpG仅父、CHG和CHH水平（范圍在0.0~1.0）和甲基化計數(shù)的基因組中甲基化堿基的全基因組和染色體水平計數(shù)叛薯。CpG、CHG和CHH甲基化的染色體范圍覆蓋度笙纤。
C.
基因組中甲基化堿基計數(shù)在染色體間的分布耗溜。
D.
基于甲基化類別在單個小鼠染色體上的DMRs分布∈∪荩基于甲基化類別在染色體上的DMRs分布抖拴。
E.
根據(jù)染色體位置將DMRs分為間隔區(qū)和內(nèi)基因區(qū)。啟動子和基因體區(qū)域差異甲基化基因的基因富集圖腥椒。
F.
IL-6中差異甲基化堿基火山圖阿宅。紅色和藍色點分別表示高甲基化和低甲基化堿基。
（4）暴露于宮內(nèi)IL-6的新生小鼠腎臟中的miRNA驅(qū)動調(diào)控網(wǎng)絡(luò)
圖4. miRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)
A.
基于多組學(xué)分析和靶基因構(gòu)建miRNA的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)笼蛛。使用反相關(guān)性洒放，三角形節(jié)點代表miRNA，六邊形形狀代表與一組19個基因重疊的基因滨砍，圓形代表其他靶基因拉馋。miRNA簇用黃色圓圈注釋榨为，顏色范圍基于差異表達的Log2FC值。
B.
從ClueGo分析中為KEGG和Reactome通路創(chuàng)建由miRNA調(diào)控的功能網(wǎng)絡(luò)煌茴，統(tǒng)計顯著性p值<0.05。網(wǎng)絡(luò)中的每個簇用多種特定顏色填充日川，代表生物學(xué)功能蔓腐，共有功能由節(jié)點的多種顏色表示。
（5）整合新生小鼠腎臟中三個多組學(xué)數(shù)據(jù)集：暴露于宮內(nèi)IL-6的研究
表1：在整合多組學(xué)數(shù)據(jù)集中鑒定出的19個差異表達基因（DEGs）龄句，以及其在啟動子區(qū)域的甲基化狀態(tài)和相關(guān)的靶向差異表達miRNA（DEmiRs）回论。表中將高甲基化DMRs和上調(diào)DEmiRs相關(guān)的下調(diào)基因顯示為紅色，將低甲基化DMRs和下調(diào)DEmiRs相關(guān)的上調(diào)基因顯示為藍色分歇，將高甲基化DMRs和下調(diào)DEmiRs相關(guān)的上調(diào)基因顯示為綠色傀蓉，將低甲基化DMRs和上調(diào)DEmiRs相關(guān)的下調(diào)基因顯示為橙色。
圖5：對三組組學(xué)測序數(shù)據(jù)中IL-6處理效應(yīng)的整合和比較分析职抡。
A. 多組學(xué)數(shù)據(jù)集的總結(jié)葬燎，以及基因與其相關(guān)的甲基化水平和miRNA之間的差異甲基化/表達相互作用。
B. 多組學(xué)差異甲基化表達基因和miRNA的log2FC值圓形圖缚甩。
C. 在整合其差異狀態(tài)后構(gòu)建的調(diào)控互作的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)谱净。六邊形節(jié)點表示差異甲基化基因（基于啟動子），矩形形狀表示DEGs擅威，三角形表示DEmiRs壕探。
表2：在整合多組學(xué)數(shù)據(jù)集后鑒定出的19個基因的功能作用，這些基因的功能從生物過程（BP）郊丛、細胞組分（CC）李请、分子功能（MF）、表型或相關(guān)疾病中得出厉熟。
（6）對多組學(xué)數(shù)據(jù)集分析中鑒定的 19 個基因進行基于共表達的功能網(wǎng)絡(luò)分析
圖6：多組學(xué)中19個基因的功能蛋白-蛋白網(wǎng)絡(luò)导盅。
A.
為這19個基因構(gòu)建一個包含兩層的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)互作（PPI）網(wǎng)絡(luò)，菱形節(jié)點表示多組學(xué)數(shù)據(jù)集中的基因庆猫，圓形節(jié)點表示與之相連的PPI认轨。紅色和藍色比例基于RNA測序中基因的差異表達，節(jié)點大小基于外連接的數(shù)量月培。
B.
使用ClueGO中的KEGG和Reactome通路為PPI網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建有方向的功能富集網(wǎng)絡(luò)嘁字。
（7）整合多組學(xué)數(shù)據(jù)集后的結(jié)果驗證
圖7：母體暴露于IL-6或生理鹽水（對照組）的新生小鼠腎臟的免疫熒光顯微鏡檢測，每組n=5杉畜。展示了Man2a1（α-甘露糖苷酶2）纪蜒、Klhl15（Kelch樣蛋白15）、Khdrbs3（含有KH結(jié)構(gòu)域的RNA結(jié)合信號相關(guān)蛋白3）此叠、Atp11c（ATPase VI型11C）和Arl3（ADP-核糖基化因子樣蛋白3）的免疫熒光染色結(jié)果纯续。腎小球用podocalyxin（綠色熒光）染色，而Man2a1、Klhl15猬错、Khdrbs3窗看、Atp11c和Arl3用紅色熒光染色。未對Man2a1進行podocalyxin染色倦炒。所有共聚焦圖像均在固定的采集設(shè)置下拍攝显沈。箱線圖顯示了熒光強度分析，中位數(shù)和箱子代表四分位范圍（25%至75%）逢唤，95%數(shù)據(jù)在須的范圍內(nèi)拉讯。Wilcoxon-Mann-Whitney檢驗評估兩組之間的差異。
表3：用Image-J軟件在共聚焦顯微鏡下對蛋白質(zhì)進行免疫熒光染色的區(qū)域感興趣（ROI）中的相對熒光強度單位（RFUs）的中位數(shù)和四分位范圍鳖藕。?
研究局限：
研究在動物模型中進行魔慷，其結(jié)果需要在人類中進一步驗證。
雖然鑒定出關(guān)鍵基因和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)著恩，但這些基因如何具體影響腎臟發(fā)育和CKD機制仍需深入研究院尔。
研究主要關(guān)注IL-6的作用，可能還有其他因素也參與腎臟發(fā)育和CKD進展页滚，這些因素未在本研究中探討召边。
參考文獻：
PanzadeG, Srivastava T, Heruth DP, Rezaiekhaligh MH, Zhou J, Lyu Z, Sharma M, Joshi T.Employing Multi-Omics Analyses to Understand Changes during Kidney Developmentin Perinatal Interleukin-6 Animal Model. Cells. 2024 Oct 9;13(19) pii:cells13191667. doi: 10.3390/cells13191667. PubMed PMID: 39404429.
