Store data identificerer lipider som underskrifter på sundhed og sygdom

Biologien er svøbt i lipider:fedtstoffer, olier, og endda voks omslutter celler og deres organeller, formidle strømmen af ​​store biologiske informationsnetværk, beskytte skrøbelige væv, og lagre vigtig energi på tværs af flere organismer.

Men på trods af deres betydning, lipider har traditionelt været blandt de sværeste biomolekyler at studere på grund af mangfoldigheden af ​​deres molekylære strukturer, som ikke bestemmes af de veldefinerede byggesten og enkle regler, der styrer DNA, RNA, og proteiner. Og denne mangfoldighed betyder, at i modsætning til at opbygge og analysere genom- og transkriptomdatabaser, lipider kræver mere tilpassede analytiske procedurer.

På grund af dette, det er meget svært at undersøge enten den fysiologiske funktion af langt de fleste lipidarter eller den måde, de er så præcist reguleret i celler på. Men mens lipidomics teknologier skrider frem, at oversætte deres fund til medicinske anvendelser og indføre dem i kliniske laboratorier er stadig en betydelig udfordring.

Dette er den udfordring, som teamet af Johan Auwerx på EPFL, i samarbejde med Dave Pagliarinis gruppe ved University of Wisconsin-Madison tog på ved at måle næsten 150 lipidarter i mus og blod. De fulgte også dette op ved at identificere de genetiske regulatorer for hver lipidart samt deres fysiologiske funktioner.

Forskerne brugte systemgenetiske metoder til at kombinere lipidomidata med andre "omics" datasæt (phenomics, proteomik, transcriptomics) fra denne population af mus (såkaldt BXD). Fremgangsmåden identificerede plasma- og blodlipidarter fra forskellige lipidklasser som underskrifter på sunde eller usunde metaboliske tilstande.

For eksempel, forskerne demonstrerede syv plasma triglyceridarter som underskrifter på sund eller fed lever og ikke-alkoholisk fedtsygdom (NAFLD). Deres observation blev valideret i en uafhængig diæt- og terapeutisk model af NAFLD hos mus og i plasma fra patienter med NAFLD.

"Dette fund brænder optimisme for, at lipidarter kan tjene som underskrifter eller biomarkører, der vil erstatte de invasive vævsbiopsier, der i øjeblikket bruges til at diagnosticere sygdomme som NAFLD - simpelthen ved at måle specifikke lipidarter i blodet, ”siger Johan Auwerx.

I et ledsagepapir, der blev offentliggjort på samme tid, forfatterne identificerer som underskrifter af sund eller fed lever en delmængde af cardiolipinlipiderne, som er de essentielle fosfolipider i mitokondriernes indre membran.

I begge papirer, forskerne udpeger flere genetiske steder, der kan regulere produktionen af ​​lipidarter. Ved at sammenligne de genetiske data fra BXD-musepopulationen med data fra såkaldte genomomfattende associeringsstudier af lipidrelaterede lidelser hos mennesker, de var i stand til at identificere almindelige gener mellem mus og mennesker, der regulerer lipider.

"At analysere lipider og finde deres fysiologiske rolle er måske aldrig så ligetil som at studere nukleinsyrer eller proteiner, "siger Auwerx." Men disse ledsagende undersøgelser danner grundlag for at forstå den genetiske regulering og fysiologiske betydning af lipidarter, og demonstrerer endnu engang potentialet ved Big Data -minedrift til at løse biologiske og kliniske spørgsmål. "