تحليل المعلومات الحيوية يكشف عن الجينات و المسارات المشتركة بين COVID-19 و الأمراض المشتركة

الجينات و المسارات المشتركة بين COVID-19 والأمراض المشتركة

باستخدام نهج المعلوماتية الحيوية، حدد الباحثون الجينات والمسارات المشتركة بين المرضى المصابين بأمراض مصاحبة ولديهم COVID-19 الحاد. نُشر البحث على bioRxiv في سبتمبر 2020.

منذ بداية جائحة COVID-19، تم الإبلاغ عن أنواع عديدة من الاستجابات الشديدة للعدوى. وتشمل هذه الاستجابات متلازمة الضائقة التنفسية الحادة، ومتلازمة إطلاق السيتوكين، والاستجابات الإلتهابية غير الطبيعية.

أشارت العديد من التقارير أيضًا إلى أنه في المرضى الذين يعانون من حالات طبية أخرى ، تكون شدة المرض أكبر. تفيد التقارير أن الأشخاص المصابين بأمراض القلب والأوعية الدموية والسكري والتهاب الكبد وأمراض الرئتين والكلى لديهم أعراض أشد لمرض كوفيد-19.

كانت هناك جهود لفهم أسباب هذه الأعراض الشديدة للمرض من منظور الفيروس وكذلك المضيف.

دور الوراثة في شدة أعراض كوفيد

افترض فريق من الباحثين من مختبر جاكسون في الولايات المتحدة الأمريكية أن التحقيق في الجينات قد يساعد في فهم سبب كون COVID-19 شديدًا لدى الأشخاص المصابين بأمراض أخرى. الغاية هي فهم دور الجينات و المسارات المشتركة بين COVID-19 والأمراض المشتركة.

لذلك الغرض، استخدم الفريق الجينات المرتبطة بأمراض القلب والأوعية الدموية والسكري والتهاب الكبد وأمراض الرئة التي تم الحصول عليها من مستودع بيانات GeneWeaver. استخدموا عناوين الموضوعات الطبية (MeSH). تم اشتقاق الجينات المرتبطة بأمراض الكلى باستخدام علم الوجود الظاهري للنمط البشري (HPO).

حصل الباحثون على الجينات المتعلقة بفيروس كورونا 2 (SARS-CoV-2) من عدة تقارير منشورة. تم إدخال جميع مجموعات الجينات في GeneWeaver، وهي أداة برمجية لتحليل بيانات الجينوم، حيث حلل الباحثون بيانات الجينات.

حدد الباحثون أولاً الجينات المشتركة بين الأمراض المصاحبة. ثم قاموا بتحليل الأنماط الظاهرية المرتبطة بالجينات المشتركة باستخدام بيانات النمط الظاهري للثدييات من موقع Mouse Genome Informatics.

بعد ذلك، أجروا تحليل إثراء المسار، والذي يستخدم لتحليل المسارات البيولوجية المخصبة في الجينات ويوفر فهمًا للآليات المختلفة التي تتحكم في المسارات.

الجينات المشتركة بين الأمراض المصاحبة الشائعة

وجد الباحثون أن ثمانية جينات كانت مشتركة بين جميع الأمراض الخمسة ، مع 123 جينًا مشتركًا لأربعة على الأقل. و قاموا باستخدام أداة VisuaL Annotation Display. باستخدام أطباء تقويم الفئران للجينات الثمانية الشائعة ، وجد الفريق أن 762 نمطًا ظاهريًا قد تم إثرائها بشكل كبير. ارتبطت هذه الأنماط الظاهرية بالخلايا التائية و الإلتهاب أو العدوى ووظائف القلب والأوعية الدموية ، و تخثر الدم غير الطبيعي.

ريأكتوم

عندما أجرى الباحثون تحليل الإثراء باستخدام 123 جينًا شائعًا ، وجدوا أكثر من 3000 نمط ظاهري. لتحليل الإثراء في المسارات البيولوجية، استخدم الفريق قاعدة المعرفة Reactome. ريأكتوم تحتوي على معلومات حول التفاعلات، وعلاقاتها، والمواد الكيميائية والجينات في تلك التفاعلات.

بالنسبة للجينات الثمانية المشتركة بين جميع الأمراض الخمسة ، وجدوا 103 مسارات تم إثرائها. تتضمن بعض هذه المسارات تجميع البروتينات الدهنية في البلازما وإعادة تشكيلها والتخلص منها؛ تنشيط الصفائح الدموية وتجلط الدم. كما أعطى إجراء التحليل باستخدام الجينات الـ 123 المشتركة لأربعة من الأمراض الخمسة نتيجة مماثلة. تشترك جميع الأمراض الخمسة في خصائص فسيولوجية مشتركة ، بما في ذلك تخثر الدم ، وإشارات السيتوكينات، والكيمياء الحيوية للبروتين الدهني في البلازما.

جينات مشتركة مع كوفيد

بعد ذلك ، قام الفريق بتحليل ما إذا كانت أي مسارات مشتركة للأمراض المصاحبة شائعة أيضًا مع COVID-19، باستخدام جينات COVID-19 من الأبحاث المنشورة . وجد المؤلفون أن مسارات الاستجابة المناعية ، وتكوين الأوعية ، وبيولوجيا الصفائح الدموية ، ولإشارات بوساطة إنترلوكين 4 و -10 و -13 كانت شائعة. ترتبط هذه المجالات الفسيولوجية بشدة COVID-19.و نجحوا بإيجاد علاقة بين الجينات و المسارات المشتركة بين COVID-19 والأمراض المشتركة.

تم حفظ الجين STAT3 بدرجة عالية في تسعة من 11 مسارًا لإشارات الإنترلوكين ، وينظم بشكل إيجابي نسخ الإنترلوكين 6 ، الذي يتحكم في الالتهاب. يتم إنتاج Interleukin-12 استجابةً للعدوى ، عبر مسار JAK-STAT ، الذي يحكمه أيضًا STAT3. كما ويؤدي إلى إنتاج الخلايا التي تشير إلى إشارات السيتوكينات.

تم اقتراح مثل هذا المسار من قبل كسبب لشدة أعراض COVID-19، مما يؤدي إلى ضائقة تنفسية حادة. يقترح المؤلفون أن استهداف مسار JAK-STAT قد يكون استراتيجية علاج واعدة. مسار شائع آخر لـ COVID-19 مع الأمراض المصاحبة يتعلق ببيولوجيا الصفائح الدموية وتجلط الدم. إذ لوحظ تجلط دم غير طبيعي في المرضى الذين يعانون من COVID-19 الحاد.

كانت الجينات HMOX1 و APOA1 و APOE شائعة بين الأمراض المصاحبة الخمسة. تم العثور على مستويات بروتين APOA1 ، المصنوع بواسطة جين APOA1 ، منخفضة في المرضى الذين يعانون من COVID-19 الشديد. يشارك جين APOE في ارتباط الدهون واستقلاب الكوليسترول. يشير هذا إلى أنه يمكن أن يكون هناك عامل وراثي مرتبط بمسار يؤدي إلى أعراض حادة في المرضى الذين يعانون من أي من الأمراض المصاحبة الخمسة.

كتب المؤلفون: “تُظهر نتائجنا أن الجينات المشتركة بين خمسة أمراض مصاحبة مرتبطة بـ COVID-19 الحاد تحدد المسارات التي تتفق مع الأمراض المرتبطة بالمرض”.
باستخدام تقويم الفئران للجينات المشتركة ، حدد أيضًا أنماطًا ظاهرية مرتبطة بأعراض شديدة. وبالتالي ، فإن الدراسة التجريبية لنماذج الفئران مع حدوث طفرات في هذه الجينات وتحمل مستقبلات SARS-CoV-2 ACE2 البشرية يمكن أن تكون مسارًا لفهم الجينات المسببة لشدة المرض.

*ملاحظة هامة
تنشر bioRxiv تقارير علمية أولية غير خاضعة لمراجعة الأقران، وبالتالي لا ينبغي اعتبارها قاطعة، أو توجه الممارسة السريرية / السلوك المرتبط بالصحة ، أو تعامل على أنها معلومات ثابتة.