今天给大家分享的是医学类预印本杂志medRxiv上的一篇文章，该文章使用整合的生物信息学方法预测了2019-nCoV病毒的分子机制

Integrative Bioinformatics Analysis Provides Insight into the Molecular Mechanisms of 2019-nCoV

整合的生物信息学分析可洞悉2019-nCoV病毒的分子机制

 

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摘要：根据最新发现，2019-nCoV与SARS-CoV共享相同的结合蛋白（ACE2）。分析冠状病毒途径的分布和表达水平可能有助于揭示病毒敏感性和感染后调控的潜在机制。在本研究中，作者发现健康人群和基础疾病患者中ACE2的表达没有显著差异，表明敏感性相对相似。此外，基于吸烟个体中ACE2的表达，我们推断长期吸烟可能是2019-nCoV的危险因素。分析SARS-CoV感染细胞中的ACE2，表明ACE2不仅是受体，而且还参与了感染后调节，包括免疫应答，细胞因子分泌和病毒基因组复制。此外，我们还构建了蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络，并确定了病毒活性和细胞因子分泌中的hub基因。本文的发现可能到目前为止可以解释临床症状，并帮助临床医生和研究人员了解2019-nCoV的发病机理并设计治疗策略。 方法：1． 数据收集从GEO数据存储库收集六项独立研究（GSE37758，GSE73395，GSE89809，GSE63127，GSE97010和GSE14700），涵盖健康志愿者，COPD患者，哮喘患者和吸烟者。样本包括肺组织，支气管肺泡灌洗液，支气管上皮细胞，小气道上皮细胞和SARS感染细胞。2． 功能富集分析GO生物过程注释gmt文件是从MSigDB下载的。使用clusterProfiler进行GSEA分析，分析健康人中与ACE2相关的生物学过程。参数为nPerm = 1000，minGSSize = 10，maxGSSize = 500，p值<0.05的生物过程被认为是显著的。GSVA使用GSVA R包执行。免疫浸润使用GSVA R包中的ssGSEA方法进行定量。免疫细胞的基因集来自Bindea G（Bindea G, Mlecnik B, Tosolini M, Kirilovsky A, Waldner M, Obenauf AC, et al. Spatiotemporal dynamics of intratumoral immune cells reveal the immune landscape in human cancer. Immunity. 2013;39(4):782-95）。3． PPI网络从gmt文件中提取所有与病毒有关的生物学过程和细胞因子分泌生物学过程蛋白，并使用Cytoscape v3.7.2的BisoGenet插件来构建PPI网络，PPI来源包括DIP，BIOGRID，HPRD，INTACT，MINT和BIND 。通过使用Cytoscape插件CytoNCA计算度中心度（DC），筛选出交互网络中具有拓扑重要性的节点。使用Cytoscape插件CytoHubba识别Hub蛋白。 结果：1． ACE2在肺中的表达特征在2019-nCoV感染的患者中，有许多患有基础疾病的患者，例如慢性呼吸系统疾病和心血管疾病。因此，评估潜在疾病患者是否比健康人群更容易感染冠状病毒很重要。首先，我们分析了ACE2在不同人群中的表达。在健康人群和包括慢性阻塞性肺疾病（COPD）和哮喘在内的慢性呼吸系统疾病患者之间，ACE2的表达水平没有明显改变（p-value > 0.05），如下图所示。这表明2019-nCoV可以通过ACE2结合健康人群和慢性呼吸系统疾病患者的呼吸道上皮细胞。因此，健康人群和慢性呼吸道疾病患者之间2019-nCov感染的易感性可能没有显著差异。其次，我们发现长期吸烟者的ACE2表达水平明显上调（p-value < 0.05），如下图所示： 但是，控制组和急性烟雾暴露（ASE）组（吸烟3支后24小时）之间的p值是0.073（如下图所示），说明长期吸烟可提高ACE2的表达，从而增加对2019-nCoV病毒感染的易感性。 第三，作者分析了SARS-CoV感染后气道上皮细胞中ACE2的表达。结果表明，SARS-CoV感染后24小时，与12小时相比，ACE2的表达急剧增加。48小时后，ACE2的表达保持高水平。这表明ACE2不仅在病毒易感性中起关键作用，而且可能参与感染后的调控。如下图所示：2． ACE2在冠状病毒感染中的生物学功能为了调查与ACE2相关的病毒相关的潜在生物学过程，我们从数据集GSE89809中提取了15位健康的非吸烟者的表达谱并将其分为两组：高表达水平和低表达水平的ACE2。我们进行了基因集富集分析（GSEA），发现ACE2的表达主要与先天和后天免疫应答，B细胞介导的免疫调节，细胞因子以及IL-1，IL-10，IL-6，IL-8相关分泌有关，如下图所示。 此外，增加了T细胞细胞因子的分泌，并促进了T细胞活化，如下图所示：然后，作者使用ssGSEA（单样本基因集富集分析）来量化健康人上皮细胞和感染后细胞中的免疫浸润。我们发现在正常样品中，免疫细胞未激活，因此浸润与ACE2表达之间的相关性不显著，如下图所示： 然而，在SARS-CoV感染的细胞中，ACE2与中性粒细胞，NK细胞，Th17细胞，Th2细胞，Th1细胞，DC显著相关（如下图所示）。 3． 感染后的调控网络考虑到ACE2的较高表达参与了健康个体和受感染细胞的炎症反应，免疫活性和病毒复制的介导，我们进一步探索了病毒活性相关蛋白和细胞因子分泌中的蛋白-蛋白调控网络。我们从基因本体（GO）生物过程gmt文件中提取了病毒活性相关蛋白和细胞因子分泌相关蛋白。蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）的构建表明这些蛋白质之间彼此紧密相互作用，我们在这里展示了最重要的PPI。在病毒活性方面，我们发现“病毒基因表达”蛋白（例如RPS3，RPS8和PRS25）是PPI网络中最重要的基因。此外，VCP，LARP1，UBA52，PRKN，EIF3A和EIF3L在网络中也很重要。如下图所示：就细胞因子分泌相关蛋白而言，我们发现冠状病毒感染后，诸如SRC，FN1，MAPK3，LYN，MBP，NLRC4，NLRP1和PRKCD等蛋白是细胞因子分泌调节网络中的Hub蛋白（下图所示）， 这些分子在ACE2诱导的炎症反应中至关重要。结论：总之，2019-nCoV感染是一个严重的公共卫生问题，严重危害着人类健康。我们目前的研究发现，健康人群与慢性气道疾病患者之间的ACE2表达没有显著差异。ACE2的过表达诱导嗜中性粒细胞，NK细胞，Th17细胞，Th2细胞，Th1细胞，DC细胞，TNF-α分泌细胞的活化，参与更明显的炎症反应的产生。下图显示了一个示意性模型（2019-nCoV使用ACE2作为气道上皮细胞的细胞进入受体。同时，ACE2的表达因感染而增加。此外，ACE2的表达增加会影响RPS3和SRC，这是两个参与病毒复制和炎症反应的中枢基因）。这些发现可以帮助临床医生和研究人员获得更多有关发病机理的见解，并设计2019-nCoV的治疗策略。请注意，所有结果均基于数据挖掘，因此需要进一步的实验。 欢迎关注TCGA | 小工具 | 数据库 |组装| 注释 |   基因家族  |  Pvalue基因预测  |bestorf |  sci | NAR | 在线工具 | 生存分析 | 热图 生信不死 | 初学者 | circRNA | 一箭画心| 十二生肖 | circos 舞台|基因组 | 黄金测序 | 套路 | 杂谈组装 |  进化 | 测序简史