Genetic epidemiology studies have established that the natural variation of gene expression profiles is heritable and has genetic bases. A number of proximal and remote DNA variations, known as expression quantitative trait loci (eQTLs), that are associated with the expression phenotypes have been identified, first in Epstein-Barr virus-transformed lymphoblastoid cell lines and later expanded to other cell and tissue types. Integration of the eQTL information and the network analysis of transcription modules may lead to a better understanding of gene expression regulation. As these network modules have relevance to biological or disease pathways, these findings may be useful in predicting disease susceptibility.
Through years of effort, researchers have made notable progress in gene and microRNA fields about retinoblastoma morbidity. However, experimentally validated data for genes, microRNAs (miRNAs) and transcription factors (TFs) can only be found in a scattered form, which makes it difficult to conclude the relationship between genes and retinoblastoma systematically. In this study, we regarded genes, miRNAs and TFs as elements in the regulatory network and focused on the relationship between pairs of examples. In this way, we paid attention to all the elements macroscopically, instead of only researching one or several. To show regulatory relationships over genes, miRNAs and TFs clearly, we constructed 3 regulatory networks hierarchically, including a differentially expressed network, a related network and a global network, for analysis of similarities and comparison of differences. After construction of the three networks, important pathways were highlighted. We constructed an upstream and downstream element table of differentially expressed genes and miRNAs, in which we found self-adaption relations and circle-regulation. Our study systematically assessed factors in the pathogenesis of retinoblastoma and provided theoretical foundations for gene therapy researchers. In future studies, especial attention should be paid to the highlighted genes and miRNAs.
Park, Sung Bae;Chung, Chun Kee;Gonzalez, Efrain;Yoo, Changwon
Journal of Bone Metabolism
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v.25
no.4
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pp.251-266
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2018
Background: The causal networks among genes that are commonly expressed in osteoblasts and during bone metastasis (BM) of breast cancer (BC) are not well understood. Here, we developed a machine learning method to obtain a plausible causal network of genes that are commonly expressed during BM and in osteoblasts in BC. Methods: We selected BC genes that are commonly expressed during BM and in osteoblasts from the Gene Expression Omnibus database. Bayesian Network Inference with Java Objects (Banjo) was used to obtain the Bayesian network. Genes registered as BC related genes were included as candidate genes in the implementation of Banjo. Next, we obtained the Bayesian structure and assessed the prediction rate for BM, conditional independence among nodes, and causality among nodes. Furthermore, we reported the maximum relative risks (RRs) of combined gene expression of the genes in the model. Results: We mechanistically identified 33 significantly related and plausibly involved genes in the development of BC BM. Further model evaluations showed that 16 genes were enough for a model to be statistically significant in terms of maximum likelihood of the causal Bayesian networks (CBNs) and for correct prediction of BM of BC. Maximum RRs of combined gene expression patterns showed that the expression levels of UBIAD1, HEBP1, BTNL8, TSPO, PSAT1, and ZFP36L2 significantly affected development of BM from BC. Conclusions: The CBN structure can be used as a reasonable inference network for accurately predicting BM in BC.
Objectives : Because predicting the potential efficacy and mechanisms of Korean medicines is challenging due to their high complexity, employing an approach based on network pharmacology could be effective. In this study, network pharmacological analysis was utilized to anticipate the effects of YunPye-Hwan (YPH) in treating Chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Methods : Compounds and their related target genes of YPH were gathered from the TCMSP and PubChem databases. These target genes of YPH were subsequently compared with gene sets associated with COPD to assess correlation. Next, core genes were identified through a two-step screening process, and finally, functional enrichment analysis of these core genes was conducted using both Gene Ontology (GO) enrichment analysis and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) Pathways. Results : A total of 15 compounds and 437 target genes were gathered, resulting in a network comprising 473 nodes and 14,137 edges. Among them, 276 genes overlapped with gene sets associated with COPD, indicating a significant correlation between YPH and COPD. Functional enrichment analysis of the 18 core genes revealed biological processes and pathways such as "miRNA Transcription," "Nucleic Acid-Templated Transcription," "DNA-binding Transcription Factor Activity," "MAPK signaling pathway," and "TNF signaling pathway" were implicated. Conclusion : YPH exhibited significant relevance to COPD by modulating cell proliferation, differentiation, inflammation, and cell death pathways. This study could serve as a foundational framework for further research investigating the potential use of YPH in the treatment of COPD.
Lip and oral cavity cancer, which can occur in any part of the mouth, is the 11th most common type of cancer worldwide. The major obstacles to patients' survival are the poor prognosis, lack of specific biomarkers, and expensive therapeutic alternatives. This study aimed to identify the main genes and pathways associated with lip and oral cavity carcinoma using network analysis and to analyze its molecular mechanism and prognostic significance further. In this study, 472 genes causing lip and oral cavity carcinoma were retrieved from the DisGeNET database. A protein-protein interaction network was developed for network analysis using the STRING database. VEGFA, IL6, MAPK3, INS, TNF, MAPK8, MMP9, CXCL8, EGF, and PTGS2 were recognized as network hub genes using the maximum clique centrality algorithm available in cytoHubba, and nine potential drug candidates (ranibizumab, siltuximab, sulindac, pomalidomide, dexrazoxane, endostatin, pamidronic acid, cetuximab, and apricoxib) for lip and oral cavity cancer were identified from the DGIdb database. Gene enrichment analysis was also performed to identify the gene ontology categorization of cellular components, biological processes, molecular functions, and biological pathways. The genes identified in this study could furnish a new understanding of the underlying molecular mechanisms of carcinogenesis and provide more reliable biomarkers for early diagnosis, prognostication, and treatment of lip and oral cavity cancer.
Even in the current age of advanced medicine, the prognosis of malignant peritoneal mesothelioma (MPM) remains abysmal. Molecular mechanisms responsible for the initiation and progression of MPM are still largely not understood. Adopting an integrated bioinformatics approach, this study aims to identify the key genes and pathways responsible for MPM. Genes that are differentially expressed in MPM in comparison with the peritoneum of healthy controls have been identified by analyzing a microarray gene expression dataset. Gene Ontology and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathway analyses of these differentially expressed genes (DEG) were conducted to gain a better insight. A protein-protein interaction (PPI) network of the proteins encoded by the DEGs was constructed using STRING and hub genes were detected analyzing this network. Next, the transcription factors and miRNAs that have possible regulatory roles on the hub genes were detected. Finally, survival analyses based on the hub genes were conducted using the GEPIA2 web server. Six hundred six genes were found to be differentially expressed in MPM; 133 are upregulated and 473 are downregulated. Analyzing the STRING generated PPI network, six dense modules and 12 hub genes were identified. Fifteen transcription factors and 10 miRNAs were identified to have the most extensive regulatory functions on the DEGs. Through bioinformatics analyses, this work provides an insight into the potential genes and pathways involved in MPM.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.25
no.6
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pp.529-535
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2015
Biological networks have been handled with the static concept. However, life phenomena in cells occur depending on the cellular state and the external environment, and only a few proteins and their interactions are selectively activated. Therefore, we should adopt the dynamic network concept that the structure of a biological network varies along the flow of time. This concept is effective to analyze the progressive transition of the disease. In this paper, we applied the proposed method to Alzheimer's disease to analyze the structural and functional characteristics of the disease network. Using gene expression data and protein-protein interaction data, we constructed the sub-networks in accordance with the progress of disease (normal, early, middle and late). Based on this, we analyzed structural properties of the network. Furthermore, we found module structures in the network to analyze the functional properties of the sub-networks using the gene ontology analysis (GO). As a result, it was shown that the functional characteristics of the dynamics network is well compatible with the stage of the disease which shows that it can be used to describe important biological events of the disease. Via the proposed approach, it is possible to observe the molecular network change involved in the disease progression which is not generally investigated, and to understand the pathogenesis and progression mechanism of the disease at a molecular level.
Kim, Jisu;Lee, Kang Pa;Kim, Myoung-Ryu;Kim, Bom Sahn;Moon, Byung Seok;Shin, Chul Ho;Baek, Suji;Hong, Bok Sil
Korean Journal of Exercise Nutrition
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v.25
no.3
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pp.28-35
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2021
[Purpose] As Panax ginseng C. A. Meyer (ginseng) exhibits various physiological activities and is associated with exercise, we investigated the potential active components of ginseng and related target genes through network pharmacological analysis. Additionally, we analyzed the association between ginseng-related genes, such as the G-protein-coupled receptors (GPCRs), and improved exercise capacity. [Methods] Active compounds in ginseng and the related target genes were searched in the Traditional Chinese Medicine Database and Analysis Platform (TCMSP). Gene ontology functional analysis was performed to identify biological processes related to the collected genes, and a compound-target network was visualized using Cytoscape 3.7.2. [Results] A total of 21 ginseng active compounds were detected, and 110 targets regulated by 17 active substances were identified. We found that the active compound protein was involved in the biological process of adrenergic receptor activity in 80%, G-protein-coupled neurotransmitter in 10%, and leucocyte adhesion to arteries in 10%. Additionally, the biological response centered on adrenergic receptor activity showed a close relationship with G protein through the beta-1 adrenergic receptor gene reactivity. [Conclusion] According to bioavailability analysis, ginseng comprises 21 active compounds. Furthermore, we investigated the ginseng-stimulated gene activation using ontology analysis. GPCR, a gene upregulated by ginseng, is positively correlated to exercise. Therefore, if a study on this factor is conducted, it will provide useful basic data for improving exercise performance and health.
A cancer-associated antigen gene (CAGE) was identified by serological analysis of a recombinant cDNA expression library (SEREX). The gene was identified by screening cDNA expression libraries of human testis and gastric cancer cell lines with sera from patients with gastric cancer. CAGE was found to contain a D-E-A-D box domain and encodes a putative protein of 630 amino acids with possible helicase activity. The CAGE gene is widely expressed in various cancer tissues and cancer cell lines. Demethylation plays a role in the activation of CAGE in certain cancer cell lines where the gene is not expressed. The functional roles of CAGE in tumorigenesis, the molecular mechanisms of CAGE expression, and cell motility are also discussed.
Neuroblastoma is a major cause of cancer death in early childhood, and its timely and correct diagnosis is critical. Gene expression datasets have recently been considered as a powerful tool for cancer diagnosis and subtype classification. However, no attempts have yet been made to apply deep learning using gene expression to neuroblastoma classification, although deep learning has been applied to cancer diagnosis using image data. Taking the International Neuroblastoma Staging System stages as multiple classes, we designed a deep neural network using the gene expression patterns and stages of neuroblastoma patients. Despite a small patient population (n = 280), stage 1 and 4 patients were well distinguished. If it is possible to replicate this approach in a larger population, deep learning could play an important role in neuroblastoma staging.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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