Genetic signature related to heme and haemoglobin metabolism pathways in sepsis secondary to pneumonia

Objective: In the present study we investigated the gene expression profiles of sepsis patients caused by community-acquired pneumonia (CAP) or hospital acquired pneumonia (HAP) and their relation with heme and hemoglobin metabolism. Methods: Three microarray datasets were used: GSE48080 (S1), E-MTAB-5273 (S2) and GSE65682 (S3). Samples from each data set were grouped according to patient outcomes and sample collection day. Samples of each dataset were grouped according to patients’ outcome and each sample collection day. The DEGs lists were obtained using the R package LIMMA. DEGs of the S1 dataset were used to construct and analyze four co-expression networks using GeneMANIA interaction database and Cytoscape. The analysis of the molecular signature related to the heme metabolism was performed using "Gene sets hallmark" present in Molecular Signatures Database v 6.2. Common DEGs between the signatures had their expression analyzed using the Immuno-Navigator database. Results: Through the analysis of networks in the data set S1, we found modules directly related to the heme/hemoglobin biosynthesis pathway present only in the networks of the surviving groups. The heme/hemoglobin metabolism pathway was found to be enriched in the three cohorts of patients, with four related genes (ALAS2, AHSP, HBD and CA1) common to the three datasets. The gene expression of these genes is related to the outcome in in S1 and S2 patients, being more prominent in follow-up samples. The results obtained through the Immuno-Navigator showed a direct and statistically relationship between the expression of these four genes in samples of PBMC and neutrophils. Conclusion: We conclude that the heme/hemoglobin metabolism pathway is up-regulated in sepsis and may represent a protective response of white cells to the hostile environment present in septic patients.Objetivo: No presente estudo investigamos os perfis de expressão gênica de pacientes com sepse secundária à pneumonia adquirida na comunidade (CAP) ou pneumonia adquirida no hospital (HAP), com foco no metabolismo de heme/hemoglobina em glóbulos brancos. Métodos: Para isso, foram utilizados três conjuntos de dados de microarray: GSE48080 (S1), E-MTAB-5273 (S2) e GSE65682 (S3). As amostras de cada conjunto de dados foram agrupadas e analisadas de acordo com os desfechos dos pacientes (grupo sobrevivente e grupo não sobrevivente) e dia de coleta da amostra (dia 0, 3, 5 e 7). As listas de genes diferencialmente expressos (DEGs) foram obtidas usando o pacote LIMMA presente no software livre R. Os DEGs do conjunto de S1 foram usados para construir e analisar quatro redes de co-expressão. A análise de enriquecimento funcional nos três conjuntos de dados foi realizada utilizando “hallmark gene sets” do Molecular Signatures Database, com foco na via de metabolismo de heme. Os DEGs encontrados em comum entre as assinaturas tiveram sua expressão analisada utilizando o banco de dados Immuno-Navigator. Resultados: Através da análise de redes no conjunto de dados S1, encontrados módulos relacionados à via de biossíntese de heme/hemoglobina presente apenas nas redes dos grupos sobreviventes. A via metabólica de heme/hemoglobina foi encontrada enriquecida nos três conjuntos de dados, com quatro genes comuns entre elas (ALAS2, AHSP, HBD e CA1). A expressão desses genes está relacionada ao desfecho nos pacientes em S1 e S2, sendo mais proeminente em amostras de seguimento (dia 3, 5 e 7). Os resultados obtidos através do Immuno-Navigator mostraram uma relação direta e estatisticamente significante entre a expressão desses quatro genes em amostras de PBMC e neutrófilos. Conclusão: Concluímos que a via do metabolismo de heme/hemoglobina é regulada positivamente na sepse e pode representar uma resposta protetora dos glóbulos brancos ao ambiente hostil presente nos pacientes sépticos.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Dados abertos - Sucupira - Teses e dissertações (2019