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  • Protocolo
  • Resultados
  • Discussão
  • Divulgações
  • Agradecimentos
  • Materiais
  • Referências
  • Reimpressões e Permissões

Resumo

Este esforço investigativo buscou elucidar o mecanismo de administração tópica de fármacos utilizando uma integração sinérgica de farmacologia em rede e conjuntos de dados de expressão gênica omnibus (GEO). Este artigo avaliou a viabilidade, o alvo e o mecanismo do ShiDuGao (SDG) no tratamento do eczema do ânus.

Resumo

O eczema do ânus é uma doença inflamatória crônica e recorrente da pele que afeta a área ao redor do ânus. Embora as lesões ocorram principalmente na pele anal e perianal, elas também podem se estender para o períneo ou genitália. ShiDuGao (SDG) foi encontrado para possuir propriedades reparativas significativas contra prurido anal, controle de exsudação, redução de umidade, e reparação da pele. No entanto, os alvos genéticos e os mecanismos farmacológicos dos ODS no eczema anal ainda precisam ser amplamente elucidados e discutidos. Consequentemente, este estudo empregou uma abordagem farmacológica de rede e utilizou conjuntos de dados de expressão gênica omnibus (GEO) para investigar alvos gênicos. Adicionalmente, uma rede de interação proteína-proteína (IBP) foi estabelecida, resultando na identificação de 149 alvos, dos quais 59 foram considerados genes hub, dentro da rede de interação "droga-alvo-doença".

A função gênica dos ODS no tratamento do eczema perianal foi avaliada através da utilização da análise da Enciclopédia de Genes e Genomas de Kyoto (KEGG) e Ontologia Gênica (GO). Posteriormente, a função antieczema perianal e a potencial via dos ODS, identificadas na análise farmacológica da rede, foram validadas usando a metodologia de acoplamento molecular. Os processos biológicos associados a genes e proteínas alvo dos ODS no tratamento do eczema do ânus englobam principalmente respostas mediadas por citocinas, respostas inflamatórias e respostas ao lipopolissacarídeo, entre outras. Os resultados das análises de enriquecimento de vias e anotação funcional sugerem que o ODS desempenha um papel crucial na prevenção e manejo do eczema anal, regulando as vias de infecção pelo vírus Shigelose e herpes simplex 1. A farmacologia da rede e a análise do banco de dados GEO confirmam a natureza multi-alvo do SDG no tratamento do eczema anal, especificamente modulando TNF, MAPK14 e CASP3, que são alvos centrais cruciais nas vias de sinalização TNF e MAPK. Esses achados fornecem uma direção clara para uma investigação mais aprofundada sobre o mecanismo terapêutico dos ODS para eczema anal, destacando seu potencial como uma abordagem de tratamento eficaz para essa condição debilitante.

Introdução

O eczema anal é uma afecção alérgica da pele que acomete a região e mucosas perianais, apresentando diversas manifestaçõesclínicas1. Os sintomas característicos incluem eritema anal, pápulas, bolhas, erosão, exsudatos e crostas. Esses sintomas surgem principalmente devido a arranhões, espessamento e rugosidade da área afetada2.

O eczema anal, caracterizado por duração prolongada da doença, crises recorrentes e tratamento desafiador, pode ter efeitos adversos na saúde física e mental dos pacientes3. A patogênese do eczema anal ainda não está clara, e a medicina moderna sugere que ele pode estar relacionado a lesões anais locais, dieta, ambiente, genética e outros fatores4. Além de evitar o contato com irritantes e potenciais alérgenos, o tratamento do eczema anal concentra-se principalmente em métodos como inibição da inflamação, antialérgicos e alívio do prurido5.

O ODS tem sido extensivamente utilizado para o tratamento do eczema anal e outras condições anais. O SDG regula a exsudação da pele anal, reduz a umidade, repara a pele anal e combate efetivamente o prurido 6,7,8. Além disso, o ODS tem o potencial de regular a microbiota do periânus, melhorando o eczema do ânus 9,10.

A farmacologia de rede, uma abordagem bioinformática nova e interdisciplinar de ponta no domínio da inteligência artificial e do big data, fornece uma exploração aprofundada da medicina tradicional chinesa. Esta disciplina enfatiza a exposição sistêmica de regras de correlação molecular entre drogas e doenças a partir de uma perspectiva de redes ecológicas. Tem sido extensivamente adotado para vários aspectos, incluindo a identificação de ingredientes ativos chave em extratos de ervas, decifrando seus mecanismos globais de ação, formulando combinações de medicamentos, e estudando a compatibilidade de prescrição. As prescrições tradicionais chinesas exibem os atributos de multicomponente e multialvo, significando sua adaptabilidade substancial ao domínio da farmacologia de rede. Impulsionados por essa metodologia, novas perspectivas têm surgido no exame de complexos sistemas da medicina tradicional chinesa, fornecendo suporte técnico robusto para racionalização de aplicações clínicas e inovação de fármacos 11,12,13,14.

Este estudo tem como objetivo explorar o mecanismo de efetividade dos ODS no tratamento do eczema anal. Este esforço investigativo buscou elucidar o mecanismo de administração tópica de medicamentos usando uma integração sinérgica da farmacologia de rede e conjuntos de dados GEO. Os resultados fornecem informações valiosas sobre a eficácia e os mecanismos subjacentes do ODS no manejo do eczema do ânus, indicando seu potencial como uma abordagem terapêutica eficaz para essa condição. O diagrama detalhado do fluxo de trabalho do estudo é apresentado na Figura 1.

Protocolo

Este estudo não se refere à aprovação ética e consentimento para participar. Os dados utilizados neste estudo foram obtidos de bancos de dados genéticos.

1. Predição de alvos de doenças

  1. Acesse o banco de dados GeneCards (https://www.genecards.org) e o banco de dados online de herança mendeliana no homem (OMIM, https://www.omim.org), utilizando "eczema do ânus" como termo de busca para alvos de doenças.
  2. Faça o download das planilhas dos alvos da doença. Exclua os alvos repetidos para obter os alvos de eczema do ânus.

2. Seleção dos componentes ativos

  1. Pesquise a palavra-chave "índigo naturalis, cipreste dourado, gesso calcinado, calamina e galha chinesa" no banco de dados de farmacologia do sistema de Medicina Tradicional Chinesa (TCMSP; http://tcmspw.com/tcmsp.php) para obter a lista dos ingredientes ativos candidatos e alvos dos ODS.
  2. Confie o componente ao banco de dados suíço ADME (http://www.swissadme.ch/index.php), extraindo detalhes daqueles que exibem absorção de IG "alta", juntamente com pelo menos dois valores de DL "Sim" como elementos ativos.
    NOTA: Normalmente, apenas ingredientes com valores semelhantes a medicamentos (DL) ≥0,18 na base de dados são incluídos como ingredientes ativos.

3. Construção da rede PPI e triagem das proteínas centrais

  1. Em Venny2.1( https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html), insira os alvos de ODS e eczema do ânus na LIST1 e LIST2, respectivamente. Uma representação visual da interseção é gerada instantaneamente. Clique na área compartilhada para revelar os alvos comuns na seção Resultados .
  2. Acesse o banco de dados STRING (https://string-db.org/). Insira os destinos no campo Lista de Nomes . Em seguida, selecione Homo sapiens como o Organismo e prossiga com Procurar > Continuar.
  3. Quando os resultados estiverem disponíveis, abra Configurações avançadas e selecione ocultar nós desconectados na rede. Na Pontuação Mínima de Interação Necessária, defina a confiança mais alta (0,900) e clique em Atualizar.
  4. Clique em Exportações para baixar o texto da rede de interação proteína-proteína (PPI) nos formatos .png e .tsv.

4. Construção de uma rede droga-componente-doença-alvo

  1. Abra o Cytoscape 3.9.1 e importe o arquivo .tsv mencionado na etapa 3.4. Clique na barra de estilos no painel de controle para otimizar a cor, a fonte e o lado dos nós de rede.
  2. Para análise de topologia de rede, empregue a função Analisar Rede . Para obter genes hub, use o CytoHubba no software Cytoscape. Estabelecer a rede droga-componente-doença-alvo.

5. Análise de enriquecimento GO e KEGG

  1. Acesse o site do Metascape (https://metascape.org/). Selecione um arquivo ou cole uma lista de genes na caixa de diálogo e clique no botão Enviar . Em seguida, selecione H. sapiens em Input as Species e Analysis as Species; depois disso, habilite a função Análise Personalizada .
  2. Na opção de enriquecimento, selecione GO Molecular Functions, GO Biological Processes, GO Cellular Components e o banco de dados KEGG Pathway. Marque Selecionar clusters GO seletivos e clique no botão Análise de enriquecimento . Após a conclusão da barra de progresso, inicie um clique na Página de Relatório de Análise para recuperar os resultados do enriquecimento.

6. Análise do conjunto de dados do chip genético GEO

  1. Busca e análise do conjunto de dados do chip do gene GEO (GDS3806) utilizando a ferramenta GEO2R (https://ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/) para investigar a expressão de genes centrais em diferentes grupos de dados (grupo controle-dermatite não-atópica; grupo experimental-dermatite atópica).
  2. Entre no site do banco de dados GEO (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/). Insira a palavra-chave ou o GEO Access e clique no botão Pesquisar . Selecione o melhor resultado correspondente. Encontre a série de referência (GSE26952).
  3. Entre no site da ferramenta GEO2R (https://ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/), insira a série de referência na caixa Adesão GEO e clique no botão Definir . Selecione Dermatite atópica como o grupo experimental, selecione Controle não atópico como o grupo de controle e clique no botão Analisar . Depois que o cálculo for concluído, o resultado aparecerá.

7. Acoplamento molecular

  1. Abra o banco de dados TCMSP e baixe a estrutura 3D dos ingredientes selecionados. Use a caixa de pesquisa Nome químico e pesquise os nomes de ingredientes selecionados para baixar os arquivos de estrutura 3D correspondentes no formato mol2.
  2. Abra o banco de dados de proteínas RCSB (http://www.pdb.org/) e faça o download das estruturas cristalinas dos principais alvos. Na caixa de pesquisa, pesquise os nomes de destino e baixe os arquivos de estrutura cristalina correspondentes no formato pdb.
  3. Importe ingredientes e arquivos de estrutura de destino para o software de análise. Exclua as moléculas de água clicando em Editar > Excluir Água. Adicione hidrogênios clicando em Editar > Hidrogênios > Adicionar. Defina os ingredientes como o ligante, selecione alvos inteiros como o receptor e execute o encaixe cego.
  4. Determine a faixa de acoplamento molecular.
    1. Selecione o receptor e o ligante em sequência. Clique em Grid > Grid Box para ajustar a caixa de grade para incluir todo o modelo. Clique em Arquivo > Fechar salvando a corrente para salvar o status da caixa de grade. Salve arquivos no formato gpf.
    2. Clique em Executar > Executar Autogrid4 > Nome do arquivo do parâmetro > Procurar, selecione o arquivo gpf e clique no botão Iniciar .
  5. Use o AutoDock 4 para realizar o encaixe molecular.
    1. Clique em Docking > Macromolecule > Set Rigid Filename para selecionar o receptor. Clique em Docking > Ligand > Open/ Escolha para selecionar o ligante.
    2. Clique em Docking > Search Parameters para definir algoritmos de operação e Docking > Docking Parameters para definir parâmetros de encaixe. Selecione o arquivo dpf e clique no botão Iniciar. Salve arquivos no formato dpf.
    3. Clique em Analisar > encaixe > Abrir, selecione o arquivo dlg, clique em Analisar > Macromolécula para abrir o receptor, clique em Analisar > Conformações > Jogar, Classificado por Energia para analisar os resultados. Clique em Definir Complexo de Reprodução > Gravação para salvar os resultados no formato pdbqt.
  6. Importe os arquivos de encaixe para o software PyMOL para construir visualização adicional.
    1. Selecione o ligante e clique em Ação > Localizar > Contatos Polares > Outros Átomos no Objeto para exibir ligações de hidrogênio entre os ligantes e o ambiente externo. Clique em c para mudar de cor.
    2. Clique em Action > Extract Object. Clique em Mostrar > Sticks para mostrar a estrutura do stick do receptor. Identificar os resíduos ligados aos ligantes e mostrar a estrutura do palito.
    3. Clique em Hide > Sticks para ocultar a estrutura do stick do receptor. Clique em Assistente > Medição e clique em dois átomos em sequência. Clique em Rótulo > Resíduo para mostrar o rótulo dos resíduos. Ajuste a cor e a transparência do plano de fundo, se necessário. Clique em Arquivo > Exportar imagem para salvar a imagem.

Resultados

Genes relacionados ao eczema do ânus, genes-alvo dos ODS e alvos comuns
Um total de 958 potenciais candidatos a genes foram examinados em Genecards e 634 em bancos de dados OMIM, enquanto duplicatas foram excluídas. Para obter uma compreensão abrangente dos genes relacionados ao eczema anal, os achados de vários bancos de dados foram amalgamados, produzindo um total de 958 genes distintos. Consequentemente, uma rede de interação proteína-proteína (IBP) específica para eczema anal foi meticulo...

Discussão

A dermatite atópica é uma forma específica de eczema que compartilha mecanismos subjacentes com o eczema. Acredita-se que os genes hub estejam relacionados a essa condição são TNF, MAPK14 e CASP3. Os efeitos terapêuticos dos ODS sobre o eczema anal são atribuídos principalmente à sua ação nas vias de sinalização do TNF e MAPK por meio desses três geneshub17.

O ODS inclui cinco drogas distintas: índigo naturalis, cipreste dourado, gesso calcinado, calamin...

Divulgações

Os autores não têm nada a revelar.

Agradecimentos

Nenhum.

Materiais

NameCompanyCatalog NumberComments
AutoDockToolsAutoDockhttps://autodocksuite.scripps.edu/adt/
Cytoscape 3.9.1 Cytoscapehttps://cytoscape.org/
GeneCards database GeneCardshttps://www.genecards.org
GEO databaseNational Center for Biotechnology Informationhttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/
GEO2R tool National Center for Biotechnology Informationhttps://ncbi.nlm.nih.gov/geo/geo2r/
MetascapeMetascapehttps://metascape.org/
Online Mendelian inheritance in man databaseOMIMhttps://www.omim.org
RCSB protein database RCSB Protein Data Bank (RCSB PDB)http://www.pdb.org/
STRING database STRINGhttps://string-db.org/
Swiss ADME database Swiss Institute of Bioinformaticshttp://www.swissadme.ch/index.php
Traditional Chinese Medicine system's pharmacology database (TCMSP)Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platformhttp://tcmspw.com/tcmsp.php
Venny2.1BioinfoGPhttps://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/index.html

Referências

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