Diferansiyel olarak eksprese edilen spesifik ferroptoz genlerinin tanımlanması ve sigara dumanına bağlı kronik obstrüktif akciğer hastalığı ile ilişkisinin biyoinformatik analizler yoluyla belirlenmesi

Kronik Obstrüktif Akciğer Hastalığı (KOAH), esas olarak sigara dumanına maruziyet sonucu ortaya çıkan, karmaşık ve ilerleyici bir solunum hastalığıdır. Bu hastalık, kronik inflamasyon, oksidatif stres ve geri dönüşü olmayan akciğer dokusu yıkımı ile karakterize edilmektedir. Son dönemde yapılan araştırmalar, demir bağımlı lipid peroksidasyonu tarafından yönlendirilen düzenlenmiş bir hücre ölüm türü olan ferroptozun, KOAH patogenezinde önemli bir rol oynadığını ortaya koymuştur. Bu çalışmanın amacı, sigara dumanı ile indüklenen KOAH'ın gelişiminde rol oynayan ve ferroptoz ile ilişkili genleri (FRG'ler) belirlemek ve bu genlerin ekspresyon seviyelerini in vitro olarak araştırmaktı. Çalışmamızda öncelikle integrative biyoinformatik analiz gerçekleştirildi ve sonrasında in vitro sigara dumanı ekstraktı (CSE) maruziyeti ve hedef genlerin ekspresyon analizleri gerçekleştirildi. Çalışmada kullanılan veri setleri gen ekpresyon omnibus (GEO) veri bankasından elde edildi. Veri setlerinin analizi sonucu diferansiyel eksprese genler (DEGs) belirlendi ve bu genler içinden ferroptoz ile ilişkili olanlar FerrDb veri bankasındaki gen listesi kullanılarak ayrıştırıldı. Bu genler içinde hub genlerin belirlenmesi için Metascape online aracına entegre MCODE yöntemi kullanıldı. Daha sonra bu genler protein-protein etkileşim analizi, fonksiyonel zenginleştirme analizi ve merkezi ilişkiye sahip genler ve miRNA etkileşimleri analiz edildi. Daha sonra belirlenen merkezi genler in vitro CSE maruziyet deneyi sonunda kantitatif gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu (qRT-PCR) ile analiz edildi. Analiz sonuçlarına göre farklı data setlerinden belirlenen DEG'ler ve FerrDb veri bankası kullanılarak ferroptoz ilşkili genler belirlendi ve tekrarlı genler ayıklandıktan sonra sigara ile ilişkli KOAH'da rol oynayan ve feroptoz ilişkili 20 gen belirlendi. MCODE analizi sonucunda MDM2, EGFR, SRC, BRD4, GDF15, TP63 ve CD44 merkezi ilişkili genler olarak belirlendi. Bu genlerin fonksiyonel enrichment analiz sonucunda TP53 sinyallenme yolu ile ferroptozla ilişkili yağ asidi ve sülfür bileşenlerinin regülasyonunu içeren biyolojik sinyal yollarıyla güçlü ilişki saptadık. Bu genlerin miRNA ilişki analizinde hsa-mir-203'a-3p, hsa-mir-155-5p ve hsa-mir-34a-3p miRNA'larının bu genlerin ortak regülasyonundan sorumlu olabileceğini belirledik. In vitro validasyon analizimizde, 24 saat CSE maruziyeti primer insan bronş epitel hücrelerinde 7 ortak gen içinden MDM2'yu kontrole göre anlamlı düzeyde etkilemezken diğer genlerin ekspresyonunu anlamlı düzeyde azalttığını belirledik. Ancak, 24 saat CSE maruziyeti BEAS-2B hücrelerinde bu genlerin ekspresyonuna kontrole göre anlamlı düzeyde etki etmedi. Sonuç olarak, CSE kaynaklı KOAH patogenezinde ferroptoz ile MDM2 dışındaki altı ortak geninin qRT-PCR ile doğrulanan biyoinformatik analizlerle araştırılan ilişkisini ortaya koyduk. Elde ettiğimiz sonuçlara göre bu genler sigara ilişkili COPD'nin tanı ve tedavisinde hedef genler olabilir. Ancak, daha detaylı analizlerle verilerin doğrulanmasına ihtiyaç vardır.