Systematic characterization of multi-omics landscape between gut microbial metabolites and GPCRome in Alzheimer’s disease

疾病 G蛋白偶联受体 转录组 肠道菌群 计算生物学 代谢组学 生物 神经退行性变 肠-脑轴 系统生物学 受体 神经科学 生物信息学 遗传学 医学 生物化学 基因 基因表达 病理
作者
Yunguang Qiu,Yuan Hou,Dhruv Gohel,Yadi Zhou,Jielin Xu,Marina Bykova,Yuxin Yang,James B Leverenz,Andrew A. Pieper,Ruth Nussinov,Jessica Caldwell,J Mark Brown,Feixiong Cheng
出处
期刊:Cell Reports [Cell Press]
卷期号:43 (5): 114128-114128 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.celrep.2024.114128
摘要

Shifts in the magnitude and nature of gut microbial metabolites have been implicated in Alzheimer's disease (AD), but the host receptors that sense and respond to these metabolites are largely unknown. Here, we develop a systems biology framework that integrates machine learning and multi-omics to identify molecular relationships of gut microbial metabolites with non-olfactory G-protein-coupled receptors (termed the "GPCRome"). We evaluate 1.09 million metabolite-protein pairs connecting 408 human GPCRs and 335 gut microbial metabolites. Using genetics-derived Mendelian randomization and integrative analyses of human brain transcriptomic and proteomic profiles, we identify orphan GPCRs (i.e., GPR84) as potential drug targets in AD and that triacanthine experimentally activates GPR84. We demonstrate that phenethylamine and agmatine significantly reduce tau hyperphosphorylation (p-tau181 and p-tau205) in AD patient induced pluripotent stem cell-derived neurons. This study demonstrates a systems biology framework to uncover the GPCR targets of human gut microbiota in AD and other complex diseases if broadly applied.
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