Uncovering dysregulated miRNA-mRNA networks in Alzheimer's disease through integrated bioinformatics and their potential as blood-based biomarkers

Abstract

Alzheimer Hastalığı karmaşık bir nörodejeneratif hastalıktır ve ileri düzeyde teşhis ve tedavi yöntemlerine ulaşmak için detaylı moleküler araştırmalara ihtiyaç vardır. Bu çalışmada Alzheimer Hastalığı'nın moleküler detaylarını keşfetmek amacıyla kapsamlı bir biyoinformatik akış kullandık. Farklı beyin bölgelerinde ileri düzeyde Alzheimer Hastalığı olan bireyler ile sağlıklı kontroller arasındaki gen ifade farklarını analiz ederek, ortak farklı ifade edilen genleri belirledik. Ayrıca, protein-protein etkileşim ağı oluşturarak GFAP'nin yukarı regüle olan merkezi gen, SNAP-25'in ise aşağı regüle olan merkezi gen olduğunu ortaya koyduk. Ardından, bu merkezi genlere yönelik bir ilaç yeniden konumlandırma stratejisi izledik. Daha sonra, moleküler kenetleme analizi uygulayarak, dronabinol ve permethrin'in GFAP'ye, lestaurdinib, scriptaid ve alvocidib'in ise SNAP-25'e yüksek bağlanma affinitesine sahip olduğunu bulduk. Ayrıca, beyin ve serum örneklerindeki farklı ifade edilen miRNA'ları örtüştürerek Alzheimer Hastalığı için potansiyel miRNA biyobelirteçleri tespit ettik ve oluşturduğumuz mRNA-miRNA ağı, özellikle GFAP ve miR-7977, SNAP-25 ve miR-129-5p arasındaki güçlü bağı ortaya çıkardı. Son olarak, ön çalışmamızda ileri düzeyde Alzheimer Hastalığı olan bireylerin plazma örneklerinde kantitatif gerçek-zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu doğrulaması gerçekleştirdik, böylece mikro RNA'lar ve hedef genlerinin ifade düzeylerini inceledik. Çalışmamızda, miR-7977 ile hedef geni GFAP arasında tersine bir ifade düzeni tespit ettik, burada miR-7977 düşük düzeyde ifade edilirken GFAP yüksek düzeyde ifade edildiğini gözlemledik. Benzer şekilde, miR-129-5p ile hedef geni SNAP-25 arasında da tersine bir ilişki gözlemledik; miR-129-5p yüksek düzeyde ifade edilirken SNAP-25 düşük düzeyde ifade ediliyordu. Özetle, ön çalışmamız, plazma örneklerinde düşük ifade edilen miR-7977 ve yüksek ifade edilen miR-129-5p'nin Alzheimer Hastalığı için umut verici biyobelirteç potansiyelini ortaya koymaktadır. Alzheimer Hastalığı tanı ve tedavisinde kişiselleştirilmiş yaklaşımların ilerlemesine katkı sağlamak adına, bu bulguları doğrulamak için ileri moleküler analizler önemlidir.

Alzheimer's Disease is a complex neurodegenerative disease, requiring detailed molecular investigations in order to reach advanced diagnostic and therapeutic modalities. In this study, we employed a comprehensive bioinformatics framework to explore the molecular intricacies of Alzheimer's Disease. By analyzing differential gene expression in various brain regions implicated advanced Alzheimer's Disease compared with healthy controls, we identified a set of shared differentially expressed genes. Furthermore, construction of a protein-protein interaction network revealed GFAP as an up-regulated hub gene and SNAP-25 as a down-regulated hub gene. Subsequently, we pursued a drug repositioning strategy targeting these hub proteins, and molecular docking studies indicated high binding affinity of repositioned drugs dronabinol and permethrin to GFAP, and lestaurdinib, scriptaid, and alvocidib to SNAP-25. Moreover, we identified potential miRNA biomarkers for Alzheimer's Disease by overlapping differentially expressed miRNAs from brain and serum samples, revealing miRNAs present in both compartments. The constructed mRNA-miRNA network highlighted promising interactions, particularly between GFAP and miR-7977, as well as SNAP-25 and miR-129-5p. Finally, in our pre-liminary study, we conducted quantitative real-time polymerase chain reaction validation on plasma samples from advanced Alzheimer's Disease patients to examine the expression levels of mRNAs and their target miRNAs. We found inverse expression pattern between miR-7977 and its target gene GFAP, where miR-7977 is down-regulated, while GFAP is up-regulated. Similarly, miR-129-5p and its target gene SNAP-25 also displayed an inverse correlation, with miR-129-5p being up-regulated, while SNAP-25 is down-regulated. To summarize, our study highlights the diagnostic potential of down-regulated miR-7977 and up-regulated miR-129-5p expression levels in plasma samples as promising biomarkers for Alzheimer's Disease. Further molecular assays are crucial to corroborate these findings, paving the way for advancements in personalized Alzheimer's Disease diagnosis and treatment.