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09.11.2018 | Original Article

Screening of key candidate genes and pathways for osteocytes involved in the differential response to different types of mechanical stimulation using a bioinformatics analysis

Zeitschrift:
Journal of Bone and Mineral Metabolism
Autoren:
Ziyi Wang, Yoshihito Ishihara, Takanori Ishikawa, Mitsuhiro Hoshijima, Naoya Odagaki, Ei Ei Hsu Hlaing, Hiroshi Kamioka
Wichtige Hinweise

Electronic supplementary material

The online version of this article (https://​doi.​org/​10.​1007/​s00774-018-0963-7) contains supplementary material, which is available to authorized users.

Abstract

This study aimed to predict the key genes and pathways that are activated when different types of mechanical loading are applied to osteocytes. mRNA expression datasets (series number of GSE62128 and GSE42874) were obtained from Gene Expression Omnibus database (GEO). High gravity-treated osteocytic MLO-Y4 cell-line samples from GSE62128 (Set1), and fluid flow-treated MLO-Y4 samples from GSE42874 (Set2) were employed. After identifying the differentially expressed genes (DEGs), functional enrichment was performed. The common DEGs between Set1 and Set2 were considered as key DEGs, then a protein–protein interaction (PPI) network was constructed using the minimal nodes from all of the DEGs in Set1 and Set2, which linked most of the key DEGs. Several open source software programs were employed to process and analyze the original data. The bioinformatic results and the biological meaning were validated by in vitro experiments. High gravity and fluid flow induced opposite expression trends in the key DEGs. The hypoxia-related biological process and signaling pathway were the common functional enrichment terms among the DEGs from Set1, Set2 and the PPI network. The expression of almost all the key DEGs (Pdk1, Ccng2, Eno2, Egln1, Higd1a, Slc5a3 and Mxi1) were mechano-sensitive. Eno2 was identified as the hub gene in the PPI network. Eno2 knockdown results in expression changes of some other key DEGs (Pdk1, Mxi1 and Higd1a). Our findings indicated that the hypoxia response might have an important role in the differential responses of osteocytes to the different types of mechanical force.

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Online Resource 2 The sequences of primers (PDF 10 kb)
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Online Resource 3 The complete list of DEGs of Set1 (PDF 44 kb)
774_2018_963_MOESM3_ESM.pdf
Online Resource 4 The complete list of DEGs of Set2 (PDF 54 kb)
774_2018_963_MOESM4_ESM.pdf
Online Resource 5 The complete list of the functional enrichment of Set1. The height of each slice represents the log2 value (fold enrichment). The radian of each slice represents the percentage of DEGs for the corresponding term to all queried DEGs; the exact percentage is shown by the label of each slice. The common terms between Set1 and Set2 are in yellow highlight (PDF 811 kb)
774_2018_963_MOESM5_ESM.pdf
Online Resource 6 The complete list of the functional enrichment of Set2. The height of each slice represents the log2 value (fold enrichment). The radian of each slice represents the percentage of DEGs for the corresponding term to all queried DEGs; the exact percentage is shown by the label of each slice. The common terms between Set1 and Set2 are in yellow highlight (PDF 1456 kb)
774_2018_963_MOESM6_ESM.pdf
Online Resource 7 Protein-protein interaction (PPI) network was constructed from all the 316 DEGs from both Set1 and Set2. This network contained 298 nodes and 2476 edges with enrichment p-value of <1.0×10-16 (PDF 531 kb)
774_2018_963_MOESM7_ESM.pdf
Literatur
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