Biooptimatics studies to further substantiate a liaison between Flaviviridae infections and Parkinson´s disease

Abstract

The theory of a viral etiology for Parkinson's disease (PD) has gained growing evidence over the past decade. This work presents an optimization-based meta-analysis to investigate whether Flaviviridae infections, such as Dengue Virus (DV) and Hepatitis C Virus (HCV), are risk factors for PD. To this end, 25 publicly available case-control studies for DV, HCV, and PD were analyzed. To handle this amount of data, it was first necessary to code, automate and enhance the capabilities of the BioOptimatics methods previously proposed by our research group. The optimization-base methods include Multiple criteria optimization (MCO), which selects genes with the largest expression changes, and the Minimum Spanning Tree (MST), which proposes a maximum correlated structure. Therefore, the present work describes the development of an open-source tool in RStudio to enable: (1) individual analysis of single datasets, (2) analysis by sex, and (3) meta-analysis with up to five datasets. The capabilities afforded by the code include license-free portability and the possibility to conduct analyses via modest computer hardware, such as personal laptops. The tool provides affordable, repeatable, and objective detection of differentially expressed genes and potential signaling pathways from microarrays and RNA-sequence datasets. Making use of these advantages, this study identified over 17 genes (IFI27, CFD, ARHGDIB, CSTA, UBA52, RPL9, HBD, RPL39, MMP9, TUBB2A, RPS16, RPS11, RPL18, SLC4A1, RPL30, CD52, and FAU) that could be important in developing PD after DV infection, and over 19 genes (MT1H, MYOM2, RPL18, S100A12, IFIT1, KRT23, GPX3, SRGN, PGK1, SLC30A2, SAA1, SERPI1, FOS, GRN, LYZ, CEBPD, EPB41L3, GSTM1, and CXCL1) that could be a link between HCV and PD. Finally, we propose several possible pathways involving ubiquitination, inflammation, and neurodegeneration that could be crucial in developing PD after DV or HCV infection. Further examination of the link between flavivirus infection and PD is warranted.

La teoría de una etiología viral para la enfermedad de Parkinson (EP) ha ganado evidencia creciente durante la última década. Este trabajo presenta un metanálisis basado en la optimización para investigar si las infecciones por Flaviviridae, como el virus del dengue (DV) y el virus de la hepatitis C (HCV), son factores de riesgo para la enfermedad de Parkinson. Con este fin, se analizaron 25 estudios de casos-controles disponibles públicamente para DV, HCV y EP. Para manejar esta cantidad de datos, primero fue necesario codificar, automatizar y mejorar las capacidades de los métodos de BioOptimatics propuestos previamente por nuestro grupo de investigación. Los métodos basados en la optimización incluyen la optimización de criterios múltiples (MCO), que selecciona los genes con grandes cambios de expresión, y el árbol de expansión mínimo (MST), que propone una estructura correlacionada máxima. Por lo tanto, el presente trabajo describe el desarrollo de una herramienta de código abierto en RStudio para permitir: (1) análisis individual de conjuntos de datos, (2) análisis por sexo y (3) metanálisis con hasta cinco conjuntos de datos. Las capacidades que ofrece el código incluyen la portabilidad sin licencia y la posibilidad de realizar análisis a través de hardware de computadora modesto, como computadoras portátiles personales. La herramienta proporciona una detección asequible, repetible y objetiva de genes expresados diferencialmente y posibles vías de señalización a partir de microarreglos y conjuntos de datos de secuencias de ARN. Haciendo uso de estas ventajas, este estudio identificó más de 17 genes (IFI27, CFD, ARHGDIB, CSTA, UBA52, RPL9, HBD, RPL39, MMP9, TUBB2A, RPS16, RPS11, RPL18, SLC4A1, RPL30, CD52, y FAU) que podrían ser importante en el desarrollo de EP después de la infección por DV, y más de 19 genes (MT1H, MYOM2, RPL18, S100A12, IFIT1, KRT23, GPX3, SRGN, PGK1, SLC30A2, SAA1, SERPI1, FOS, GRN, LYZ, CEBPD, EPB41L3, GSTM1, y CXCL1) que podría ser un vínculo entre el HCV y la EP. Finalmente, proponemos varias vías posibles que involucran la ubiquitinación, la inflamación y la neurodegeneración que podrían ser cruciales en el desarrollo de la EP después de la infección por DV o HCV. Se justifica un examen más detallado del vínculo entre la infección por flavivirus y la EP.