데이터 과학 활용은 Thrombospondin-1 (THBS1)이 피부 카지노의 효과적인 요소임을 밝혀 냈습니다

연구 결과의 포인트

• 차세대 시퀀싱 데이터에서 카지노 피부의 변환 성장 인자 베타 1 (TGF-β1)*5신호 증가 찾기
• Thrombospondin-1 (THBS1)*1및 피브로 모둘 린 (FMOD)*6피부 카지노의 중요한 요소임을 확인합니다
• 피부 카지노에 의해 활성화 된 TGF-β1이 THBS1을 증가시키고 FMOD를 감소 시킨다는 것을 확인했습니다.
• 수학적 모델의 시뮬레이션 분석은 피부 카지노의 대상이 THBS1임을 보여줍니다.

연구 배경

그림 1 :이 연구의 개요

피부 카지노는 자외선 및 카지노로 인한 내부 요인과 같은 외부 요인의 복잡한 관여를 포함하는 것으로 알려져 있습니다. 내부 인자는 나이가 들어감에 따라 피부 조직에 축적되는 카지노 세포를 포함하지만, 개발 메커니즘은 아직 시스템 수준에서 명확하지 않았다. 이 연구에서, 차세대 시퀀서를 사용하여 다양한 OMICS 분석을 수행하여 피부 카지노를 유도하는 상류 요인을 탐색하고 이러한 실험 결과를 기반으로 피부 카지노 및 시뮬레이션 분석의 수학적 모델을 구성했습니다 (그림 1). 이는 데이터 과학을 활용하는 피부 카지노 요소에 대한 새로운 목표를 제공하고 Rohto Pharmaceutical의 새로운 연구 결과를 공유하는 것을 목표로했습니다.

결과

차세대 시퀀싱 데이터 카지노에서 TGF-β1 신호가 증가한 것을 발견했습니다

신생아 정상 인간 피부 섬유 아세포의 장기 하위 문화, 세포 카지노 및 다른 세포 배가 수를 유도*7(PDL) (PDL 24, PDL 36,*8분석대로 사이토 카인*9TGF-β1의 유형*10인 Smad3 및 Smad4는 상승 된 것으로 밝혀졌다 (도 2A). 또한, 세포 카지노를 유도하는 피부 섬유 아세포의 RNA 시퀀싱 분석 및 ATAC 시퀀싱.*11및 칩 시퀀스 (H3K27AC)*12를 사용한 통합 분석 TGF-β1을 주요 업스트림 조절기로 확인 하였다 (도 2B).

그림 2 : 피부 섬유 아세포를 사용한 세포 카지노 유도를위한 차세대 시퀀서를 사용한 통합 분석

THBS1과 FMOD가 피부 카지노의 중요한 요소임을 확인했습니다

다음, 두 개의 공개 데이터*13in vitro) 및 노인 인간의 팔에서 유래 한 피부 섬유 아세포 (생체 내)에서 일반적으로 변동하는 유전자가 추출되고 유전자 농축 분석이 수행됩니다.*14를 수행 한 결과, 우리는 TGF-β1 경로의 발현이 이전과 같이 증가했음을 확인 하였다 (도 3A). 또한, TGF-β1 경로와 관련된 유전자가 중요하다는 것을 조사하기 위해, 각 데이터는 유전자 발현 수준의 중요성과 PDL (in vitro) 또는 age (생체 내)와의 상관 계수가 계산되었고, 데이터는 THBS1과 FMOD가 피부 카지노에서 높은 상관 관계가 있음을 밝혀냈다 (도 3B).
이전의 OMICS 분석 결과, TGF-β1, THBS1 및 FMOD의 결과와 관련하여 세포 카지노에 대한 실제 효과를 확인하기 위해 피부 섬유 모세포에 첨가되었고, β- 갈 락토시다 제 활성을 실험적으로 카지노의 지표로서 평가 하였다. 양성 β- 갈 락토시다 제 활성 세포의 수는 TGF-β1 및 THBS1을 첨가하는 조건 하에서 증가했지만, FMOD 단독은 영향을 미치지 않지만, TGF-β1 또는 THBS1과 조합하여 β- 갈 락토시다 제 활성 세포는 양성 β- 갈 락토시다 제 활성 세포를 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 우리는 TGF-β1 및 THBS1이 피부 섬유 아세포에 대한 피부 카지노 촉진 인자로서 작용하는 반면, FMOD는 피부 카지노 촉진 인자로 작용한다는 것을 발견했다 (도 3C).

그림 3 : 공개 RNA 시퀀싱 데이터 및 그 기능을 사용하여 피부 카지노를위한 표적 유전자 검색

피부 카지노와 활성화 된 TGFβ1이 THBS1을 증가시키고 FMOD를 감소 시키는지 확인합니다

우리는 실제 세포 카지노로 차세대 시퀀싱 데이터 변화에서 식별 된 THBS1 및 FMODS가 어떻게 증가되었고, THBS1 발현이 증가하고 FMOD가 신생아로부터 유래 한 정상적인 인간 섬유 아세포에서 감소하여 장기 말하물 문화에 의해 세포 노인을 유도하는 것으로 밝혀졌다 (도 4A). 다음으로, 본 발명자들은 TGF-β1의 처리로 인한 변화를 확인하고, 피부 카지노에 의해 활성화되었고, 세포 카지노가 유도되었음을 보여 주었고, 결과적으로, THBS1 발현이 증가하고 FMOD 발현이 하위 중간 유도에 의한 세포 카지노의 효과와 마찬가지로 감소되었다 (도 4B).

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수학적 모델의 시뮬레이션 분석은 피부 카지노의 대상이 THBS1임을 보여줍니다.

또한 THBS1 및 FMOD에 의해 제어되는 피부 카지노의 변화를 정량적으로 이해하기 위해, 우리는 일반적인 미분 방정식을 사용하여 FMOD를 조절하고 실험 값을 재현하는 피부 카지노 수학 모델을 구성하는 THBS1 및 VEGF 신호 네트워크를 조절하는 TGF-β 신호를 설명했습니다 (그림 5A). 다음으로,이 수학적 피부 카지노 모델을 사용하여, 본 발명자들은 피부 카지노의 진행으로 인한 THBS1 및 FMOD의 단백질 발현의 변화를 시뮬레이션 하였다 (도 5B). 결과는 THBS1이 입력 의존적 방식으로 변화하는 반면, FMOD는 입력에 의해 거의 영향을받지 않는다는 것을 보여 주었다. 이는 THBS1이 외부 중재가있는 FMOD보다 제어 될 가능성이 높음을 나타냅니다.

그림 5 : 수학적 모델을 사용한 피부 카지노 시뮬레이션

고려

최근에 발견 된 피부 카지노 작용 메커니즘으로서, TGF-β1은 피부 카지노를위한 상류 인자로 확인되었으며, 카지노 프로모터 THBS1은 피부 카지노에 따라 증가하는 동안 카지노 억제 인자 FMOD가 감소한다는 것이 밝혀졌다. 수학적 모델을 사용한 시뮬레이션은 THBS1이 FMOD보다 조절 될 가능성이 더 높은 것으로 나타 났으며, 결과는 THBS1이 피부 카지노의 대상임을 시사합니다. 앞으로 THBS1에 대한 제어에 관한보다 자세한 고려 사항을 진행할 계획입니다.

이 연구 결과가 사회에 미치는 영향 (이 연구 결과의 중요성)

화장품을위한 제품 개발에서 동물 실험을 수행하지 않는 정책 (약용 화장품 포함)에 따라 현재 인간 세포 테스트 및 인간 테스트를 사용하여 제품 연구 및 개발을 수행하고 있습니다. 이 연구는 카지노 및 카지노 연구에서 동물 실험을 사용하지 않고 피부 카지노 시스템을 설명하는 데 수학적 모델을 사용하여 데이터 중심의 OMICS 분석 및 컴퓨터 시뮬레이션의 효과를 입증했습니다. 전형적인 실제 질병 및 질병의 시뮬레이션에 대한 수요가 증가하고 있으며,이 점 에서이 연구는 이전에 해결되지 않은 영역에 대한 새로운 통찰력을 피부 카지노를 넘어서도 계속 걱정하는 고객에게 새로운 가치에 도달하기를 희망합니다.

특별 노트

이 연구 결과는 2024 년 4 월 25 일 목요일에 ISCIENCE에 대해 온라인으로 출판되었습니다 (미국 동부 시간). 2024 년 5 월 17 일 금요일에 잡지에 출판 될 예정입니다.
제목 : TGF-β1의 긍정적 및 부정적인 피드백 조절은 피부 카지노에서 두 개의 평형 상태를 설명합니다.
저자 : Masatoshi Haga^1,2, Keita Iida¹, Mariko Okada^1,3
1 일본 오사카 오사카 오사카 대학교 단백질 연구 연구소 565-0871, 일본
2 기본 연구 개발 부서, Rohto Pharmaceutical Co., Ltd., Osaka 544-8666, Japan
3 인간 메타 의학을위한 프리미엄 연구소 (WPI-PRIME), 오사카 대학교, 오사카, 오사카 565-0871, 일본

용어집

*1 : Thrombospondin-1 (THBS1)
그것은 세포 외 매트릭스에서 발견되는 단백질이며 세포 증식을 조절하는 사이토 카인 중 하나 인 TGF-β1의 활성화를 담당합니다. TGF-β1은 활동이없는 잠재 유형으로 생성되며 활성화를 겪고 그 효과를 발휘할 수 있습니다.

*2 : 차세대 시퀀서
이것은 기존 시퀀싱 방법보다 DNA 및 RNA 서열 정보를 더 큰 규모로 더 빠른 속도로 읽을 수있는 장치를 나타냅니다.

*3 : OMICS 분석
차세대 시퀀서에서 얻은 많은 양의 유전자 서열 정보 데이터를 분석하는 것을 말합니다. 유전자 분석 및 질병 연구에 사용됩니다.

*4 : 시뮬레이션 분석
수학적 모델을 사용하여 세포 내 유전자 간의 상호 작용과 활동을 설명하고 컴퓨터에서 재생하는 방법을 말합니다. 또한 세포 내 신호를 제어하는 ​​메커니즘을 이해하고 약물 발견에 대한 연구에 사용됩니다. 이 연구에서, 자극 전 초기 상태에서의 유전자 발현 수준 및 상호 작용을 포함한 정보는 입력으로 수신 될 수 있으며, 유전자 및 단백질 발현 수준은 입력에 따라 출력 될 수있다.

*5 : TGF-β1 (변환 성장 인자 베타 1)
면역 반응, 염증, 조직 재생, 세포 증식 및 분화를 포함한 광범위한 생리 학적 과정을 제어하는 ​​세포 성장, 분화 및 세포 세포 상호 작용에 관여하는 사이토 카인. 활성화 된 TGF-β1은 세포 표면 수용체에 결합하고 신호 전사를 통해 다운 스트림 전사 인자 SMAD2/3을 활성화 (인산화)함으로써 다양한 유전자 발현을 조절하는 것으로 알려져있다.

*6 : Fibromodulin (FMOD)
세포 외 매트릭스에서 발견되었으며 콜라겐 섬유증 및 가교에 영향을 미치는 것으로보고되었습니다. FMOD는 TGF-β1에 결합함으로써 TGF-β 신호의 활성화를 억제하는 것으로보고되었다.

*7 : 인구 배가 수준, PDL
세포가 자라서 나뉘어 새로운 세포를 생성함에 따라 얼마나 많은 세포가 증가했는지를 보여주는 색인.

※ 8 : RNA 서열
RNA 서열은 어떤 유전자가 활성화되어 있는지, 특정 세포 또는 조직 (유전자 발현)에 얼마나 적극적인지 검사하는 기술이다. 이것은 활성화 된 유전자의 확인 및 양을 측정하기 위해 RNA 서열 정보를 읽는 것입니다.

*9 : 사이토 카인
세포에 의해 분비 된 생리 학적 활성 단백질은 소포 사이의 상호 작용을 조절하고 신호 전달을 매개한다. 그것은 신체의 수용체를 통해 세포를 표적으로하는 신호를 전달하고, 세포 증식 및 분화, 면역 및 염증 반응을 제어하는 ​​데 중요한 역할을한다.

*10 : 전사 인자
유전자 전사를 제어하는 ​​단백질 (DNA가 RNA로 전환되는 과정). 그것은 특정 유전자의 특정 위치에 결합하고 유전자 발현을 정확하게 조절합니다.

*11 : ATAC 시퀀스
ATAC (트랜스 포 사제-접근 가능한 염색질에 대한 분석) 서열은 크로마틴의 일부 (DNA에 결합하는 단백질)의 일부가 개방되는지, 즉 유전자가 쉽게 활성화되는지 여부를 확인하는 기술이다. 이를 통해 특정 세포에서 작용할 수있는 유전자를 분석 할 수 있습니다.

※ 12 : 칩 시퀀스 (H3K27AC)
ChIP (염색질 면역 침전) 서열 표적 단백질에 특이적인 항체를 사용하여 염색질에서 표적 영역의 면역 침전. 면역 침전 된 DNA 단편은 항체에 결합 된 표적 영역에 대한 정보를 포함한다. 면역 침전 된 DNA 단편은 차세대 시퀀싱 기술을 사용하여 서열 분석된다. 우리 가이 기사에서 표적 단백질로 사용한 H3K27AC는 히스톤 단백질 H3의 특정 위치에서 아세틸 화 상태를 지칭한다. H3K27AC는 활성화 된 DNA 영역을 나타내는 히스톤 변형 마커로 알려져있다. 이 기술을 사용하면 특정 유전자 또는 영역이 활성화되고 있는지 이해할 수 있습니다.

※ 13 : 공개 데이터
생명 과학 연구에서 배양 된 세포, 모델 동물 및 인간 질병의 유전자와 단백질의 포괄적 인 측정은 데이터베이스에 저장되며 공공 사용 가능합니다. 예를 들어, 포괄적 인 유전자 측정 데이터는 국립 생명 공학 센터 (GEO)에서 사용할 수 있습니다.in vitro공개 데이터로서, 세포 카지노는 신생아 정상 인간 피부 섬유 아세포의 장기 하위 배양 및 다른 세포 배가 수 (PDL 16, PDL 26,생체 내공개 데이터로서, 우리는 133 세에서 94 세 사이의 133 인간 피부 섬유 아세포의 RNA 시퀀싱 데이터 (가입 번호 : GSE113957)를 사용했습니다.

*14 : 유전자 농축 분석
이것은 유전자 신호 경로를 분석하기 위해 유전자 발현 데이터를 데이터베이스와 비교하는 방법입니다. 이 분석 방법을 사용하면 특정 연구 주제와 관련된 유전자 및 화합물을 식별하고 해당 기능과 상호 작용을 이해할 수 있습니다. 또한 Kegg (Kyoto)