Transcriptomic profiles and their correlations in saliva and gingival tissue biopsy samples from periodontitis and healthy patients

Abstract

Purpose: This study was conducted to analyze specific RNA expression profiles in gingival tissue and saliva samples in periodontitis patients and healthy individuals, and to determine their correlations in light of the potential use of microarray-based analyses of saliva samples as a periodontal monitoring tool. Materials and methods: Gingival tissue biopsies and saliva samples from 22 patients (12 with severe periodontitis and 10 with a healthy periodontium) were analyzed using transcriptomic microarray analysis. Differential gene expression was assessed, and pathway and clustering analyses were conducted for the samples. The correlations between the results for the gingival tissue and saliva samples were analyzed at both the gene and pathway levels. Results: There were 621 differentially expressed genes (DEGs; 320 upregulated and 301 downregulated) in the gingival tissue samples of the periodontitis group, and 154 DEGs (44 upregulated and 110 downregulated) in the saliva samples. Nine of these genes overlapped between the sample types. The periodontitis patients formed a distinct cluster group based on gene expression profiles for both the tissue and saliva samples. Database for Annotation, Visualization and Integrated Discovery analysis revealed 159 enriched pathways from the tissue samples of the periodontitis patients, as well as 110 enriched pathways in the saliva samples. Thirty-four pathways overlapped between the sample types. Conclusions: The present results indicate the possibility of using the salivary transcriptome to distinguish periodontitis patients from healthy individuals. Further work is required to enhance the extraction of available RNA from saliva samples.

전사체 분석은 유전자 단위에서 전반적인 조직의 반응을 검출하는데 유용한 분석 방법이다. 이를 이용한 기존의 연구들에서 치주염 환자의 치주 조직에서 특이적인 조직 반응을 나타내는 전사체 발현 양상이 보고되어왔다. 그러나, 기존의 연구들은 대부분 치주 조직 생검을 이용한 전사체 분석을 진행하였으며, 이러한 샘플은 반복적인 채취가 불가능하다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여, 타액을 유전학적 및 단백학적 분석의 시료로 사용하는 방법이 주목받고 있다. 치주염 환자의 타액 샘플에서 RNA 발현 프로파일의 타당성을 평가하기 위해서는, 동일 환자의 치은조직 샘플의 RNA 발현 프로파일과의 비교가 필요하다. 이 연구의 목적은 치은 조직 및 타액 샘플에서 RNA 발현 프로파일을 분석하고 이들의 상관 관계를 평가하는 것이다. 본 연구는 12명의 severe 치주염 환자와, 10명의 건강한 환자를 대상으로 진행하였다. 치주 조직 생검과 타액 채취가 모든 환자에게 진행되었으며, 이를 이용하여 전사체 마이크로 어레이 분석을 시행하였다. 전사체 발현 양상 및 생체 경로 분석, 클러스터 분석을 시행하였다. 유전자 단위와 생체 경로 단위에서 치주 조직생검 샘플과 타액 샘플 결과의 연관성을 분석하였다. 치주조직 샘플의 분석 결과 621개의 차별 발현유전자(과발현 유전자 320개, 저발현 유전자 301개)가 검출되었고, 타액샘플의 분석 결과 154개의 차별발현유전자(과발현 유전자 44개, 저발현 유전자 110개)가 검출되었다. 두가지 샘플의 분석 결과상 공통된 차별발현유전자는 9개였다. 클러스터 분석 결과 치주 조직 샘플과 타액 샘플 모두에서 유전자 발현 양상을 기초로 하여 치주염 환자들끼리 특정한 클러스터 그룹을 형성하였다. 생체 경로 분석 결과로는 치주 조직 샘플의 결과에서 159개의 생체 경로가 검출되었고, 타액 샘플의 결과에선 110개의 생체 경로가 검출되었다. 이중에서 두가지 샘플의 결과끼리 겹치는 것은 총 34개 생체 경로였다. 이번 연구 결과를 통해 타액의 전사체 분석 결과를 통해 건강한 환자로부터 치주염 환자를 구별할 수 있는 가능성을 확인하였다. 이를 위해선 타액 샘플로부터 RNA추출을 효과적으로 진행할 수 있는 방법에 대한 추가적인 연구가 필요하다.