Συνδυαστική ανάλυση δεδομένων μεταβολομικής και πρωτεομικής από δείγματα ασθενών με χρόνια νεφρική ανεπάρκεια

Abstract

Η πρόβλεψη της επιδείνωσης της χρόνιας νεφρικής ανεπάρκειας, καθώς και η έγκαιρη διάγνωση της νόσου αποτελούν δύο ιατρικά θέματα που απασχολούν την επιστημονική κοινότητα. Οι διαθέσιμες κλινικές μέθοδοι δεν επαρκούν για την πλήρη και ακριβή κάλυψη των παραπάνω ζητημάτων. Με σκοπό να προσεγγιστεί το συγκεκριμένο ζήτημα, αναλύθηκαν τα δεδομένα πρωτεομικής και μεταβολομικής από δείγματα ούρων ασθενών που παρουσίασαν επιδείνωση της χρόνιας νεφρικής ανεπάρκεια σε συνάρτηση με τα αντίστοιχα δείγματα ασθενών με σταθερή κλινική εικόνα. Η μέτρηση των πρωτεϊνών στα δείγματα έγινε με τη χρήση φασματομετρίας μάζας υψηλής ανάλυσης και η μέτρηση των μεταβολιτών έγινε με χρήση των τεχνικών φασματομετρίας μάζας και φασματοσκοπίας πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού. Σε πρώτη φάση προσδιορίστηκαν οι πρωτεΐνες και οι μεταβολίτες που παρουσίαζαν διαφορική έκφραση και ήταν στατιστικώς σημαντικές, στα άτομα με επιδείνωση σε σχέση με τα υπόλοιπα άτομα που είχαν σταθερή κλινική εικόνα. Σε δεύτερη φάση έγινε προσπάθεια συνδυασμού των δεδομένων πρωτεομικής και μεταβολομικής των ατόμων με επιδείνωση. Σκοπός της συγκεκριμένης προσπάθειας ήταν η ανίχνευση των βιοχημικών μονοπατιών τα οποία μεταβάλλονται κατά την επιδείνωση της χρόνιας νεφρικής ανεπάρκειας. Στην συγκεκριμένη εργασία έγινε προσπάθεια να διαλευκανθούν και να ερμηνευθούν οι μηχανισμοί που διέπουν την παθοφυσιολογία της νόσου. Η ανάλυση των δεδομένων και η εύρεση των βιοχημικών μονοπατιών που συμμετέχουν στην χρόνια νεφρική ανεπάρκεια έγινε χρησιμοποιώντας τις διαθέσιμες βάσεις δεομένων (Kegg, Reavtome, Impala). Στη συνέχεια έγινε απεικόνιση των μονοπατιών χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα PathVisio. Τα αποτελέσματα της μελέτης και η πρόβλεψη που έγινε για τα μονοπάτια, ελέγχθηκαν για την εγκυρότητά τους με βάση τα μέχρι στιγμής βιβλιογραφικά δεδομένα που αφορούν την χρόνια νεφρική ανεπάρκεια. Τα αποτελέσματα της μελέτης αποτελούν ουσιαστικά μια πρόβλεψη των βιοχημικών μεταβολών που επισυμβαίνουν στους ασθενείς με επιδείνωση της χρόνιας νεφρικής ανεπάρκειας και δύναται να δώσουν ώθηση σε νέες ερευνητικές μελέτες και πειράματα. Η ευρωπαϊκή ερευνητική ομάδα συνεργατών που ασχολείται με τη χρόνια νεφρική ανεπάρκεια (Clinical and system omics for the identification of the Molecular DEterminants of established Chronic Kidney Disease - iMODE-CKD) παρείχε τα δεδομένα για τη συγκεκριμένη μελέτη. Η συνδυαστική ανάλυση που έγινε επιτρέπει την ταυτοποίηση βιολογικών διαδικασιών που εμπλέκονται στην εξέλιξη της χρόνιας νεφρικής ανεπάρκειας με μεγαλύτερη ακρίβεια. Αν είχε χρησιμοποιηθεί μόνο ή πρωτεομική ή μόνο η μεταβολομική ανάλυση δεν θα ήμασταν τόσο σίγουροι για τις προβλέψεις!

The objective of this analysis was to use the available pathway analysis software for the identification of processes that involve deregulated proteins and metabolites characteristic for CKD progression. In addition it was the investigate the correlation between metabolites and proteins that are involved in progression of CKD by searching the literature. Detection of early stages as well as prediction of kidney disease progression remains a challenge with the currently available clinical methods. For the identification of biomarkers associated with the progression of Chronic Kidney Disease (CKD). We mainly focused on the integration of obtained -omics data for the identification of proteolytic events specific for the kidney. In this study, we demonstrated that integration of proteomics and peptidomics data can predict peptides that originate from kidney, opening new research avenues for future experiments. This ultimately, may lead to the discovery of novel molecular targets for therapeutic interventions. To confirm the validity of our findings, we currently aim at detecting shortlisted peptide candidates in kidney tissue using targeted proteomics approaches. This analysis illustrates the significance of metabolomics and proteomics data, for the understanding of molecular processes that take place in CKD progression. The identified metabolic pathways may provide useful information for further experiments on CKD progression. For example, such data can be used to predict novel targets for validation. Further analysis of larger sample cohort is required in order to shed light on CKD progression.