بررسی بیوانفورماتیکی تغییرات بیانی ژن‌های موثر در تمایز سلول‌های بنیادی به سلول‌های nucleus pulposus cells

سابقه و هدف: دژنره شدن سلول های هسته پالپوزوس (npcs) یکی از عوامل اصلی دژنراسیون دیسک بین مهره ای است. درمان های فعلی محدود به تسکین علایم بوده و بر روی بازسازی سلول های np از دست رفته و ترمیم ساختار دیسک اصلی تمرکز نمی کنند. از آنجا که پیچیدگی های مولکولی این بیماری هنوز به خوبی شناخته نشده است، توانایی سلول های بنیادی برای تمایز به انواع سلول ها، خصوصاً تمایز به سلول های npcsتوجه زیادی را به خود جلب کرده است. هدف از این مطالعه بررسی و معرفی ژن های دارای تفاوت بیان در تمایز سلول های بنیادی بهnpcs و شناسایی مسیرهای مولکولی مهم در فرآیند تمایز است. از آنجا که در ارتباط با ژن های مهم تمایز سلول های npc تاکنون مطالعه ای گسترده ای انجام نگرفته است، نیاز است بررسی بر روی این مسیر انجام شود.روش کار: ابتدا فایل های خام حاصل از rna- sequencing سلول های بنیادی و npcs تمایز یافته، از دیتاست با شماره gse122429 از پایگاه داده geo به دست آمد و مراحل آنالیز نمونه ها انجام شد. ژن های دارای تفاوت بیان با بررسی دو پارامتر آماری logfoldchanges (logfc) ≠ 3 و adjusted p-values < 0.05 در زبان برنامه نویسی r و با پکیج limma جداسازی شد. سپس، آنالیز عملکردی ژن ها از جمله مسیرهای سیگنالینگ، فرآیندهای بیولوژیکی ژن های دارای تفاوت بیان در مسیر تمایز توسط پایگاه داده enrichr بررسی شد. یافته ها: نتایج آنالیز بیان داده ها، افزایش بیان 170 ژن و کاهش بیان 102 ژن را در سلول های تمایز یافته نشان داد. همچنین با بررسی آنالیزهای عملکردی مشخص شد ژن های دارای تفاوت بیان در سازماندهی ماتریکس خارج سلولی، سازماندهی کلاژن و تنظیم مثبت فرآیندهای سلولی دخالت دارند. بررسی مسیرهای سیگنالینگ مشخص کرد مسیر تمایز neural crest مهم ترین مسیر دخیل در بین نمونه های مورد بررسی بود که ژن های msx2، olig3، wnt3a، twist1، pax3، rhob، cdh6، col2a1، cdh1، zic1، pmp22، snai2، msx1، با در نظر گرفتن پارامتر آماری logfc ≠ 3 و adjusted p-values < 0.05 در این مسیر تاثیر داشته و افزایش بیان داشتند.نتیجه گیری: به نظر می رسد که دانسته های ما از مسیرهای مولکولی دخیل در فرآیند تمایز سلول های npc کمک کرد و بررسی های مولکولی دقیق تر منجر به دستیابی به ژن های قابل اعتماد برای شناسایی بیومارکرهای تمایزی سلول های npc خواهد شد که به این ترتیب سرنخ های جدیدی برای درمان دژنراسیون دیسک بین مهره ای فراهم می شود.

gene expression profile alterations during stem cell differentiation into nucleus pulposus cells: an in- silico study

background and aim: although the degeneration of nucleus pulposus cells (npcs) is one of the main causes of intervertebral disc degeneration, the molecular complications of this disease have yet to be clarified. the ability of stem cells to differentiate into different types of cells, especially npcs, has attracted much attention. this study aimed to investigate the role of genes with differential expressions in stem cell differentiation into npcs and to identify the salient signaling pathways involved. since there has not been an extensive study on the important genes of npc cell differentiation, it is necessary to investigate this process. methods: rna- sequencing raw files of stem cell samples and differentiated npcs with the accession number gse122429 from the geo database. the samples were analyzed, and genes with differential expressions were isolated in the r programming language with the limma package via logarithmic fold changes (logfc) ≠3 and adjusted p-values < 0.05. functional analysis was conducted on the signaling pathways and biological processes of the differentially expressed genes using the enrichr database.results: in npcs, 170 genes were upregulated, and 102 genes were downregulated. the functional analysis revealed that the differentially expressed genes were mostly involved in the extracellular matrix organization, collagen organization, and positive cellular processes. the study of signaling pathways identified the neural crest differentiation pathway as the most significant pathway in the evaluated samples. considering logfc ≠3, overexpression was detected in msx2, olig3, wnt3a, twist1, pax3, rhob, cdh6, col2a1, cdh1, zic1, pmp22, snai2, and msx1, all of which are involved in the neural crest differentiation pathway.conclusion: our results should expand the knowledge of the molecular pathways involved in stem cell differentiation into npcs and proffer new clues to the treatment of intervertebral disc degeneration. nonetheless, more detailed molecular studies are needed to determine the reliable biomarkers of npcs