Disease Pathways: An Atlas of Human Disease Signaling Pathways

Front Cover......Page 1
Disease Pathways: An Atlas of Human Disease Signaling Pathways......Page 4
Copyright......Page 5
Contents......Page 6
Contributors......Page 16
Foreword: The future of medical discovery......Page 18
Preface......Page 20
Intended audience......Page 21
Guide and legend......Page 22
Part I   Introduction......Page 30
Terminology of cellular systems......Page 32
Signal reception......Page 35
Signal transduction inside the cell......Page 38
Cell response......Page 39
Major signaling pathways......Page 40
Diverse definitions and concepts of systems biology......Page 43
Pathways as objects for analysis in systems biology......Page 44
Pathways ontology and disease pathways......Page 52
Reconstruction of disease pathways described in the book......Page 55
References......Page 57
Part II   Human disease pathways......Page 62
Chapter 2 Infectious diseases......Page 64
Chapter 2.1 Human immunodeficiency virus (HIV) and Łacquired immunodeficiency syndrome (AIDS)......Page 66
Outcome effects......Page 69
Transport to the nucleus and viral integration......Page 70
Viral reproduction......Page 71
Outcome effects......Page 73
Signaling......Page 74
Low level of viral production ( Fig. 3)......Page 77
Postintegration latency ( Fig. 4)......Page 78
References......Page 82
Chapter 2.2 Human T-cell leukemia virus infection and leukemia progression......Page 84
Signaling......Page 87
Signaling......Page 89
Signaling......Page 92
Signaling......Page 94
Signaling......Page 97
Signaling......Page 100
References......Page 102
Chapter 2.3 Human papillomavirus infection and cancer......Page 104
Signaling......Page 107
Signaling......Page 110
Signaling......Page 113
Signaling......Page 116
Signaling......Page 119
References......Page 122
Chapter 3 Diseases of the blood......Page 124
Chapter 3.1 Anemia of chronic disease (inflammatory anemia)......Page 126
Signaling......Page 129
Signaling......Page 131
Signaling......Page 134
Signaling......Page 136
Signaling......Page 138
References......Page 140
Chapter 3.2 Hemophilia......Page 141
Coagulation cascade ( Fig. 6)......Page 145
Feedback relations between coagulation and fibrinolysis ( Fig. 7)......Page 146
References......Page 147
Chapter 4 Endocrine, nutritional, and metabolic diseases......Page 150
Chapter 4.1 Diabetes mellitus type I......Page 153
Signaling......Page 157
Inducing signals......Page 160
Signaling......Page 161
Signaling......Page 164
References......Page 167
Chapter 4.2 Type 2 diabetes mellitus......Page 169
Signaling......Page 173
Insulin processing and storage ( Fig. 4)......Page 174
Insulin secretion ( Fig. 5)......Page 175
Signaling......Page 178
Proliferation ( Fig. 7)......Page 181
Neogenesis/dedifferentiation ( Fig. 8)......Page 182
Recovery ( Fig. 9)......Page 183
Outcome effects......Page 188
Inflammation-related insulin resistance ( Fig. 11)......Page 189
FFA-related insulin resistance ( Fig. 12)......Page 190
References......Page 195
Chapter 4.3 Diabetic neuropathy......Page 198
Signaling......Page 201
Signaling......Page 204
Signaling......Page 207
References......Page 210
Chapter 4.4 Hypothyroidism......Page 211
Thyrotropin-releasing hormone......Page 214
Thyroid stimulating hormone......Page 215
TSHR signaling and thyroid follicle cells......Page 216
Hashimoto’s thyroiditis......Page 217
General pathways of thyroid hormone signaling ( Fig. 17)......Page 219
Cell-specific effects of thyroid hormone action ( Fig. 18)......Page 220
References......Page 226
Chapter 4.5 Alpha-1 antitrypsin deficiency......Page 228
Signaling......Page 230
Signaling......Page 233
References......Page 235
Chapter 4.6 Cystic fibrosis......Page 236
Signaling......Page 239
Outputs......Page 242
Mucus production......Page 243
Oxidative stress......Page 244
References......Page 246
Chapter 5 Diseases of the nervous system......Page 248
Chapter 5.1 Alzheimer’s disease......Page 250
Signaling......Page 253
References......Page 260
Chapter 5.2 Amyotrophic lateral sclerosis......Page 263
Signaling......Page 266
Signaling......Page 269
References......Page 273
Chapter 5.3 Familial hemiplegic migraine (FHM)......Page 275
NO and PGH2 synthesis in neuronal tissue ( Fig. 5)......Page 278
NO-mediated vasodilation ( Fig. 6)......Page 279
Outcome effects......Page 282
Signaling......Page 283
References......Page 286
Chapter 6 Diseases of the eye......Page 288
Chapter 6.1 Glaucoma......Page 290
Signaling......Page 293
Signaling......Page 296
Signaling......Page 298
References......Page 300
Chapter 6.2 Age-related macular degeneration......Page 302
Signaling......Page 305
Signaling......Page 307
Signaling......Page 310
References......Page 312
Chapter 6.3 Cataract......Page 314
Signaling......Page 316
Signaling......Page 319
Signaling......Page 321
References......Page 324
Chapter 7 Diseases of the ear......Page 326
Chapter 7.1 Hearing loss......Page 328
Signaling......Page 331
Signaling......Page 335
Signaling......Page 338
References......Page 341
Chapter 7.2 Otitis media......Page 344
Signaling......Page 347
Signaling......Page 350
References......Page 353
Chapter 8 Diseases of the circulatory system......Page 356
Chapter 8.1 Atherosclerosis description......Page 359
Signaling......Page 362
The first mechanism is NO and ROS production......Page 365
The third mechanism is ECM remodeling......Page 366
Signaling......Page 369
References......Page 372
Chapter 8.2 Hypertension......Page 374
Signaling......Page 377
Signaling......Page 380
Signaling......Page 383
Signaling......Page 386
References......Page 389
Chapter 8.3 Pulmonary arterial hypertension......Page 390
Signaling......Page 393
Signaling......Page 396
Signaling......Page 399
References......Page 402
Chapter 8.4 Hypertrophic cardiomyopathy......Page 403
Signaling......Page 405
Signaling......Page 408
References......Page 410
Chapter 8.5 Arrhythmogenic right ventricular dysplasia (ARVD)......Page 411
Signaling......Page 413
Signaling......Page 415
Signaling......Page 417
References......Page 419
Chapter 9 Diseases of the respiratory system......Page 420
Chapter 9.1 Asthma......Page 422
Key cellular contributors and processes......Page 424
Outputs......Page 426
Antigen-presenting cells in asthma......Page 427
IgE antibodies production......Page 428
Outcome effects......Page 431
Eosinophil migration and activation (Fig. 2)......Page 432
Eosinophil apoptosis (Fig. 4)......Page 433
Neutrophil chemotaxis and activation (Fig. 4)......Page 434
Outcome effects......Page 438
Mucins release (Fig. 5)......Page 439
Regulation of airway surface liquid thickness (Fig. 6)......Page 440
Airway smooth muscle cell contraction (Fig. 7)......Page 444
ASM proliferation and airway tissue remodeling (Fig. 8)......Page 445
References......Page 449
Chapter 9.2 Chronic obstructive pulmonary disease......Page 454
Key cellular contributors and processes......Page 456
Signaling......Page 459
Signaling......Page 462
Signaling......Page 465
Signaling......Page 468
References......Page 470
Chapter 10 Diseases of the digestive system......Page 472
Chapter 10.1 Crohn’s disease......Page 474
Incoming signals......Page 478
Signaling......Page 479
Signaling......Page 482
Signaling......Page 484
References......Page 486
Chapter 10.2 Ulcerative colitis......Page 488
Outcome effects......Page 491
Cell-to-cell junctions......Page 492
Short-chain fatty acids......Page 493
Signaling......Page 495
Signaling......Page 498
Polymorphisms associated with inflammatory bowel diseases ( Fig. 7)......Page 500
References......Page 503
Chapter 10.3 Celiac disease......Page 505
Signaling......Page 507
Signaling......Page 510
References......Page 512
Chapter 10.4 Nonalcoholic fatty liver disease......Page 513
Signaling......Page 515
Signaling......Page 518
References......Page 520
Chapter 11 Diseases of the skin and subcutaneous tissue......Page 522
Chapter 11.1 Acne vulgaris......Page 524
Signaling......Page 526
Signaling......Page 528
Signaling......Page 530
References......Page 532
Chapter 11.2 Atopic dermatitis......Page 533
Signaling......Page 537
Outcome effects......Page 539
Signaling......Page 540
References......Page 542
Chapter 11.3 Psoriasis......Page 543
Signaling......Page 545
Signaling......Page 548
References......Page 551
Chapter 11.4 Ichthyosis......Page 552
Signaling......Page 554
Signaling......Page 556
Signaling......Page 559
References......Page 561
Chapter 12 Diseases of the musculoskeletal system......Page 562
Chapter 12.1 Osteoarthritis......Page 564
Signaling......Page 567
Signaling......Page 570
Signaling......Page 573
References......Page 576
Chapter 12.2 Osteoporosis (type I)......Page 577
Signaling......Page 579
Signaling......Page 582
References......Page 585
Chapter 12.3 Osteopetrosis......Page 586
Signaling......Page 588
Signaling......Page 592
Signaling......Page 594
References......Page 596
Chapter 13 Diseases of the genitourinary system......Page 598
Chapter 13.1 Pyelonephritis......Page 601
Signaling......Page 604
Signaling......Page 606
Signaling......Page 608
References......Page 610
Chapter 13.2 Glomerulonephritis......Page 611
Signaling......Page 615
Signaling......Page 617
Signaling......Page 620
References......Page 622
Chapter 13.3 Polycystic kidney disease......Page 623
Signaling......Page 626
Signaling......Page 629
References......Page 631
Chapter 13.4 Polycystic ovary syndrome......Page 632
Signaling......Page 635
Signaling......Page 638
References......Page 641
Chapter 13.5 Endometriosis......Page 642
Signaling......Page 645
Signaling......Page 648
Signaling......Page 651
References......Page 653
Part III   Pathway analysis perspectives/advantages......Page 656
Chapter 14 Applications of disease pathways in biology and medicine......Page 658
Pathway analysis for personalized medicine......Page 661
Bioinformatics foundation for patient data analysis......Page 665
Gene grouping techniques......Page 666
Pathway analysis as a part of functional enrichment analysis......Page 669
Pathway topology–based enrichment analysis......Page 672
Network-based enrichment analysis......Page 674
Pathway and network analysis output interpretation......Page 677
In silico modeling in biomedicine......Page 681
Pathway collections and network databases......Page 685
Software and tools......Page 687
Conclusion......Page 688
References......Page 689
Glossary and index......Page 698
Links......Page 710
Index......Page 716
Back Cover......Page 734