Лимфедема, хроническое прогрессирующее заболевание , вызывающее существенную потерю производительности, затрагивающее более 150 миллионов людей1 во всем мире [1]. Сутью патогенеза при лимфедеме является возникновение хронического богатого белком отека, характеризующего патологическое накопление межклеточной жидкости с крупными молекулами белков в интерстициальном пространстве, обусловленное дефектом отведения лимфы, вызываемым врожденным уродством (первичный лимфатический отек), лимфатической закупоркой или деструкцией лимфатических сосудов (вторичный лимфатический отек). Длительное существование отека с высоким содержанием белка вызывает хроническое воспаление, приводящее к замещению жировой ткани соединительной тканью, что увеличивает объем в матриксе соединительной ткани, это постепенно приводит не только к повышению размера частей тела, но и также ко вторичному нарушению транспорта и отвода лимфы [2]. Наиболее часто он затрагивает нижние конечности, но может также повреждать верхние конечности, лицо, туловище, наружные гениталии и т.д. [3]. Прежде всего лимфатический отек является болезнью, вызываемой дисфункцией лимфатических сосудов, их аплазией, дисплазией и гипоплазией. Нарушения функции дренирования лимфатических сосудов приводят к накоплению жидкости, богатой белками под эпидермисом. Наиболее часто отеки располагаются на нижних конечностях. В семьях с первичным лимфатическим отеком чаще всего страдают аутосомно доминантным заболеванием, но аутосомно рецессивные типы наследования этой патологии также встречаются [4]. Считается, что возникновение дефектов и возникающая в результате дисфункция лимфатической системы являются причиной первичной лимфедемы, а также ассоциированных синдромов и может быть генетически предопределенным [5]. Вторичный лимфатической отек чаще увсего является результатом сложного лечения рака груди, включая удаление подмышечных лимфатических узлов и/или радиационную терапию [6]. Недавно идентифицирован ряд ассоциаций между генным полиморфизмом, включая гены цитокинов [7], и развитием отека, связанного с раком груди [8, 9]. Одной из возможных причин клинических проявлений первичного лимфатического отека в среднем возрасте и и вторичного лимфатического отека после лечения рака груди может быть апоптоз эндотелия, чья роль известна в патогенезе лимфедемы [10, 11].

Апоптоз приводит к гибели клеток, характеризуется рядом морфологических и молекулярных признаков, включая воздействие phosphatidylserine на клеточные мембраны, образованием пузырьков в плазматической мембране, сжатием клеток, перестройкой цитоскелета, коллапсом ядра, конденсацией хроматина, фрагментацией ДНК и формированием "апоптических телец" [12]. В ряде работ обсуждается роль апоптоза эндотелиальных клеток в патогенеза лимфатических отеков [10, 11, 13, 14]. Однако, ассоциация между генами, участвующими в апоптозе эндотелия и генами, ассоциированными с лимфедемой пока не проанализирована.

Одним из наиболее эффективных и часто используемых подходов по идентификации потенциальных ассоциаций между генами и болезнями является prioritization (установка приоритета)[15]. В настоящее время имеется множество известных методов по prioritization генов. Первая и самая большая группа таких методов базируется на анализе геномных и транскриптомных данных, также как и на данных гомологии [16]. Второй класс методов prioritization использует подходы, базирующиеся на анализе сетей генов и сетей межбелковых взаимодействий. Напр., такие методы как GUILD [17]. Интегрированные методы, комбинирующие подходы первой и второй групп представляют третью группу. Хорошо известным примером такой системы третьей группы являются подходы ToppGene [15] и Endeavour [18].

Ранее мы разработали критерии по prioritization генов путем использования хорошо-известных систем и также учитывали структуру сетей ассоциативных генов из ANDSystem [19, 20]. ANDSystem является компьютерным инструментом, предназначенным для автоамической экстракции знаний о текстах научных публикаций и автоматической реконструкции сетей ассоциативных генов, путем использования извлеченной информации, описания механизмов болезни, а также др. сложных фенотиепических признаков. База знания ANDSystem содержит свяше 30 миллионов фактов, описывающих генетическую регуляцию, ассоциации генов с болезнями, межбелковые взаимодействия, каталитические реакции, транспортные пути и т.д. экстрагированные более чем из 25 миллионов абстрактов PubMed [21, 22]. В частности, ANDSystem была использована для идентификации генов кандидатов, ассоциированных с коморбидностью преэклямпсии, диабета и ожирения [23], астмы и туберкулеза [24], а также астмы и гипертензии [19].

В данном исследовании наши критерии prioritization были использованы, чтобы идентифицировать гены, связанные с эндотелиальным апоптозом, потенциально участвующие в лимфедеме. Три подхода были использованы для оценки качества prioritization, исходя из оценки количества в списке главных приоритетных генов, для которые имеются косвенные доказательства, подтверждающие их ассоциацию с lymphedema: (1) количество генов, общих для лимфедемы и эндотелиального апоптоза; (2) количества генов, названия которых достоверно одновременно появлялись в в полных текстах статей с ключевым словом "lymphedema"; (3) количества генов по-разному экспрессирующихся в мышиной модели лимфедемы. Все эти качественные критерии обнаруживали достоверное накопление (enrichment).

Среди геенов с наивысшим приоритетом можно выделить TNF, TEK, BMPR2, SERPINE1, IL10, CD40LG, CCL2, FASLG и ABL1. Эти гены могут быть использованы при планировании экспериментов по подтверждению их ассоциации с lymphedema и для дальнейшего рассмотрения новых кандидатов для генотипировния. Найденные гены могут стать основой для лучшего понимания механизмов взаимодействия между эндотелиальным апоптозом и лимфатическим отеком.

Итак, разрущения эндотелиальных клеток апоптозом может рассмат риваться как один из факторов, участвующих в возникновении лимфедемы. Здесь мы использовали хорошо известные методы (ToppGene и Endeavour) для prioritize генов, участвующих в апоптозе эндотелия и установили потенциальных участников молекулярно-генетических механизмов lymphedema, ассоциативные генетические сети, описав взаимодействия генов эндотелиального апоптоза, ассоциированных с лимфатическим отеком и ассоциации анализируемых генов с болезнями, которые возникают параллельно (comorbid) с лимфедемой.

Среди генов, участвующих в эндотелиальном апоптозе, гены KDR, TNF, TEK, BMPR2, SERPINE1, IL10, CD40LG, CCL2, FASLG и ABL1 обнаруживали наивысший приоритет. Анализ взаимодействий этих генов в ассоциативных сетях генов при лимфедеме может улучшить наше понимание механизмов взаимодействия между эндотелиальным апоптозом и лимфангиогенезом.