PLoS Computational Biology, 2005; 1(2): (más artículos en esta revista)

Inflamatoria de etiología humanos miometriales activación prueba utilizando Dirigido gráficos

Andrew M Bisits [1], Roger Smith [1], Sam Mesiano [2], George Yeo [3], Kenneth Kwek [3], David [1] MacIntyre, Eng C Chan [1]
[1] Las madres y los bebés Centro de Investigaciones, Instituto de Investigaciones Médicas de Hunter, John Hunter Hospital, Newcastle, Australia
[2] Departamentos de Biología Reproductiva y Ob / Gyn, asunto Facultad de Medicina, Hospitales Universitarios de Cleveland, Ohio, Estados Unidos de América
[3] KK la Mujer y el Hospital Infantil, Singapur, Singapur
Resumen

Hay tres hipótesis principales para la activación de los humanos en el útero de trabajo: la progesterona retirada funcional, la estimulación inflamatoria, y de la activación del receptor de oxitocina. Para probar estas alternativas que hemos dado la información y datos de la literatura para desarrollar modelos de causalidad vía para la activación del miometrio humano. Los datos proporcionados RT-PCR cuantitativa de los resultados clave de los genes de las muestras tomadas antes y durante el trabajo de parto. Análisis de componentes principales mostró que la validez de las muestras de trabajo forman un grupo homogéneo en comparación con los que durante el trabajo de parto. Por lo tanto, el modelo alternativo en vías causales no trabajan utilizando muestras estadísticamente dirigidos gráficos y comparó el riesgo de la utilización de diferentes modelos de ecuaciones estructurales y D-separación enfoques. Utilizando el programa de ordenador LISREL, activación inflamatoria como principal evento fue muy consistente con los datos (p = 0,925), la retirada de progesterona, como un evento primario, es plausible (p = 0,499) y, sin embargo, comparativamente improbable, de receptores de oxitocina es menos mediada inicio Compatibles con los datos (p = 0,091). DGraph, un programa de software que crea dirigida gráficos, produjo resultados similares (p = 0,684, p = 0,280 y p = 0,04, respectivamente). Este resultado apoya una respuesta inflamatoria de etiología trabajo humano. Estos resultados demuestran el valor de los gráficos dirigidos a determinar la probabilidad de que las relaciones causales en la biología en las situaciones en que los experimentos no son posibles.

Introducción

En la mayoría de los mamíferos, el embarazo se mantiene por los altos materna las concentraciones plasmáticas de progesterona, y la mano de obra se produce cuando las concentraciones de progesterona caen. Sin embargo, el parto en los seres humanos es poco frecuente, como la maternidad siguen siendo altos los niveles de progesterona hasta el parto. Los mecanismos que regulan humanos parto siguen siendo opacas. Estudios experimentales para resolver esta incertidumbre están restringidas debido a consideraciones éticas. En este entorno no es de extrañar que los predictores de parto prematuro y de los tratamientos para el trabajo de parto prematuro por lo general son de limitada eficacia [1]. La ignorancia en relación con el parto humano es costosa, ya que las tasas de aumento de los nacimientos prematuros son el nacimiento prematuro y es una de las principales causas de muerte neonatal y la parálisis cerebral [2]. Los recientes avances en la modelización causal vía utilizando gráficos dirigidos plantear la posibilidad de fomentar los conocimientos en este ámbito sin la necesidad de que los experimentos de intervención [3].

Empezamos reuniendo conocimientos acerca de las posibles variables que podrían desempeñar un papel causal en una vía que conduzca a la entrega en los seres humanos. Tres han sido las principales hipótesis para explicar la aparición de parto normal en los seres humanos: un endocrino vía que comienza con un retiro funcional de la progesterona, estimula el proceso inflamatorio, y un mecanismo mediado por la oxitocina.

En la ruta de retirada de progesterona funcional, un factor desconocido estimula la expresión de un tipo de receptor de la progesterona (ERP), que actúa como un factor negativo represor de la progesterona de señalización del receptor de tipo B (PRB) [4 - 6]. Funcional retirada progesterona conduce a un aumento de expresión de los receptores α estrógeno (ER α) y, por lo tanto, la activación de proteínas asociadas a la contracción como la de receptores de oxitocina (OTR) [7] y de la prostaglandina sintética enzima ciclooxigenasa-2 (COX-2) [8] . El apoyo de la literatura para este itinerario incluye la eficacia del fármaco RU486 para iniciar el trabajo [9] y estudios recientes con la administración de progesterona resultando en una disminución en el riesgo de parto prematuro [10, 11]. Una vía alterna comienza con la activación inmune y la producción de citoquinas como la interleuquina-8 (IL-8), prostaglandinas, inflamatorios y otros factores como el manganeso superóxido dismutasa (MnSOD) [12, 13]. Estos factores inflamatorios conducir a una retirada funcional de la progesterona, posiblemente mediado por el factor nuclear kappa B (NF-κ B) [8]. El apoyo a esta hipótesis se deriva de la (1) estudios en trabajo de parto prematuro donde la infección del tracto genital ha sido implicado como un disparador [14], (2) el uso de métodos mecánicos y de prostaglandinas (tanto estimular la inflamación) para la inducción del trabajo [15], (3) la asociación entre infecciones sistémicas en la madre en las etapas posteriores del embarazo y el comienzo del trabajo [16], y (4) las pruebas fisiológicas de la inflamación de la miometrio iniciada por proteínas alveolar fetal en la última etapa del embarazo [17 ]. Para la tercera alternativa, la oxitocina también ha sido sugerida como un mediador de la activación miometriales, especialmente desde el descubrimiento de la producción local de la oxitocina en el endometrio [18], el marcado sobre regulación de los receptores de oxitocina en el trabajo [13], y la introducción Antagonistas de los receptores de oxitocina para el tratamiento del trabajo de parto prematuro [19].

Resultados

LISREL Utilizando el enfoque de modelos de ecuaciones estructurales (con el análisis de Monte Carlo; Figura 1], el modelo de causalidad en la vía dirigida gráfico en el que la inflamación representada por la COX-2, IL-8, y MnSOD (p = 0,925; véase la figura 1 B ) Como un inicio de evento fue casi el doble de probabilidades que el modelo funcional de la incorporación de la progesterona retirada como un paso de iniciar (p = 0,499; ver Figura 1 A), y mucho más probable que la modelo con una mediada por receptores de oxitocina vía (p = 0,091 ; Véase Figura 1 C). El gráfico enfoque dirigido a evaluar el postulado vías produjo resultados similares: un itinerario de iniciación inflamatorio generado un valor p exacto de 0,684, mientras que la progesterona fue retirada valor p = 0,280, y el de receptores de oxitocina vía modelo p valor, 0,040.

Discusión

Nuestros resultados dan soporte a la hipótesis de que la estimulación inmune juega un papel en las últimas semanas de embarazo, a la larga conduce a la aparición de las contracciones coordinadas sostenido requerido para el trabajo humano. Además in vitro apoyo a esta vía ha informado recientemente, en una línea de células miometriales, prostaglandina PGF 2 α estimulado expresión de la ERP como pronosticado por el modelo B en la figura 1 [23]. Fortalecimiento adicional de la hipótesis de que provienen de la confirmación de que las concentraciones de la proteína inflamatoria de los distintos factores de los cambios paralelos que se han observado en especies de mRNA. Los datos no determinar la etiología de la activación inmune, pero ese camino puede ser ampliada con relativa facilidad. Por ejemplo, el papel de NF-κ B, líquido amniótico proteína surfactante A, y se puede estirar a prueba mediante la adición de estas variables a la vía causal cuando se disponga de datos. Esa vía indica posibles lugares de intervención terapéutica para modificar el proceso de trabajo. Trabajo también puede ser visto como una retirada de los factores que mantener reposo uterino. Desde esta perspectiva, la inflamación puede ser visto como un factor probable que se extingue de reposo uterino. También es importante tener en cuenta que el cuello uterino y otras partes del útero puede comportarse de manera diferente a la del segmento inferior del útero de la que nuestras muestras se derivan. En el futuro, las muestras de estos sitios pueden facilitar los datos de las variables adicionales para ampliar nuestro conocimiento de las vías del nacimiento humano. Más en general, los datos que ilustran el valor de la vía causal y la elaboración de modelos gráficos dirigidos en situaciones biológica para estudios experimentales que son problemáticos para razones prácticas o éticas.

Materiales y Métodos

Para explorar la hipótesis alternativas, hemos utilizado los datos obtenidos de los anteriores RT-PCR cuantitativa de los estudios pertinentes de expresión mRNA en muestras de humanos miometrio obtenidos en la cesárea, ya sea realizado antes del inicio de trabajo o durante el trabajo de parto activo (para agrupar los datos y las variables véase la figura 2] [4, 13]. La no trabajan todas las muestras fueron tomadas en plazo, pero cada mujer es casi seguro que en las diferentes etapas de un proceso continuo que conduzca a la mano de obra. Astillas de tejidos (0,5 cm × 1 cm) se obtuvieron a partir de la parte superior de los márgenes de los segmentos más bajos uterino (n = 12 N, L n = 12). QRT-RTPCR se realizó a lo descrito previamente para medir la abundancia relativa del mRNA de 11 genes que se han relacionado con el parto por estudios anteriores [4, 13]. QRT-ensayos de RT-PCR utilizado ya sea SYBR Green (Applied Biosystems, Foster City, California, Estados Unidos) como inespecífico intercalante fluorescente tinte o sondas Taqman específicas 5'-etiquetados con fluorescentes o bien 6-FAM CIV o en un termociclador (ABI Prisma 7700 Secuencia sistema Detector, Applied Biosystems) vinculado a una Macintosh G4 (Apple Computer, Sunnyvale, California, Estados Unidos).

Los datos fueron inicialmente objeto de un análisis de componentes principales, que se realizó con STATA (Stata Corporation, Collegeville, Texas, Estados Unidos). El uso de los datos en bruto, se extrajeron dos factores que explican el 61% de la variación total en los datos. Factor 1, que comprende ADNc de la ERP, ER α, CX-43, IL-8, y la COX-2, representaron el 46% de la variación total en los datos. Factor 2, que comprende ADNc para HoxA10, OTR, MnSOD, y β2μ, aportó otro 15%. Cada sujeto fue evaluado sobre la base de estos factores, resultando en una parcela gráfica (Figura 3]. Los resultados indicaron que el 61% de la diferencia es atribuible a nueve variables que figuran en dos factores, y este análisis llevó a una apretada agrupación de las muestras no trabajan, mientras que trabajan muestras mostraron una variabilidad mucho mayor. La amplia variabilidad de los datos en la que trabajan los tejidos sugiere que esta condición fue heterogénea en la naturaleza. Por lo tanto, nuestro itinerario se centró en el análisis de datos más homogéneos, de las organizaciones no trabajan muestras.

Los datos se transformaron utilizando equivalente normal se desvía para satisfacer los supuestos de normalidad la vez que conserva la variación de los datos originales (MLwiN Versión 1.10.0006, los modelos multinivel Proyecto, Instituto de Educación, Universidad de Londres, Reino Unido). Utilizando datos de las muestras no trabajan, hemos creado una dirigida gráfico para cada una de las hipótesis derivadas de la literatura de acuerdo a los métodos descritos por Shipley y Pearl [3, 20] y sobre la base de trabajos anteriores por Wright [21] (véase la figura 1 ).

Para evaluar la probabilidad relativa de los modelos alternativos, que utilizó un programa creado para la elaboración de modelos de ecuaciones estructurales, LISREL [22], y un enfoque alternativo, DGraph [3]. Los pasos para la elaboración de modelos de ecuaciones estructurales son: (1) especificar una vía causal, (2) generar una serie de ecuaciones que están implícitos en la red o vía causal, (3) el cálculo de estimaciones de los parámetros de las ecuaciones usando máxima verosimilitud en el que el objetivo es Parámetro para elegir estima que minimizar la diferencia entre observar y predecir las matrices de covarianza, (4) calcular una varianza-covarianzas predicha por estas ecuaciones y calcular una matriz de varianza-covarianza directamente de los datos observados, (5) el cálculo de la diferencia entre estos dos Diferencia de las matrices de covarianza, (6) y calcular un valor de probabilidad para la causal de red basada en la mencionada diferencia, que sigue una distribución Chi 2. Donde hay una discrepancia importante entre la observada y la esperada matrices de covarianza, en el proyecto de red causal es poco probable. Con el fin de abordar el relativamente pequeño tamaño de la muestra para este estudio, utilizando difíciles de obtener muestras humanos miometriales, un límite de confianza para el valor de p fue calculado utilizando métodos de Monte Carlo [3].

El segundo método consiste en el uso de gráficos y dirigido más sencillos cálculos. También es más apropiado para los pequeños tamaños de muestra [3]. La idea de dirigirse gráficos pasado de trabajar en la inteligencia artificial. El primer paso en este proceso de inferencia es formalmente especificar una red causal, conocido como dirigidas gráfico, y se muestra en la Figura 1. La justificación de la expresión es clara, ya que una dirección explícita de influencia se propone. El segundo paso es reconocer oficialmente la causal implicaciones de este gráfico con una serie de declaraciones de independencia calificó de "D-separación declaraciones" (Figura 1]. Central a la comprensión de tales redes causal es el concepto de independencia condicional (Figura 4], es decir, que dos variables conectadas por una tercera variable, a través de los cuales el camino de la influencia está mediada A → B → C (Figura 4 B), Ser independiente si el valor de la variable B se mantienen constantes. La declaración de independencia implica directamente la causal camino. En una situación alternativa A → B ← C (Figura 4 A), A y C será independiente, pero si se convertirá relacionadas B se mantienen constantes. Como hay ocho variables en cada una de nuestras redes, hay 8! Posibles acuerdos o declaraciones de independencia. Debido a los despidos, un número menor de la independencia estados pueden especificar toda la estructura causal. Este conjunto finito de la independencia declaraciones que se denomina la base establecida [3, 20].

El tercer paso es estadísticamente prueba de la independencia condicional de las declaraciones que figuran en una regresión B y C sobre B, y los residuos generados por estas dos ecuaciones son revisadas por la independencia mediante coeficiente de correlación de Pearson con técnicas o pruebas, en función de la naturaleza y la distribución de los datos . Desde que transforma los datos en bruto en equivalente normal se desvía, el coeficiente de correlación de Pearson fue adecuada, la que produce un valor p exacto (véase el cuadro 1].

Por último, el general de verosimilitud del modelo se evaluó a través de un dato estadístico de Fisher C [3]

Esto sigue una distribución Chi 2 con 2k 2k grados de libertad, siendo k el número de declaraciones de independencia.

Apoyo a la Información

Esta labor fue apoyada por el Thyne Andrew Reid Trust y la Fundación Banco Macquarie.