基于整合組學(xué)數(shù)據(jù)的胃癌生物信息學(xué)分析.pdf

1、目的:
　　胃癌的發(fā)生發(fā)展進(jìn)程是一個(gè)多因素參與的復(fù)雜生物學(xué)過程。競爭性內(nèi)源RNA( competing endogenous RNA，ceRNA)假說認(rèn)為mRNA、lncRNA等轉(zhuǎn)錄物可以通過miRNA應(yīng)答元件（miRNA response element，MRE）競爭性結(jié)合microRNA，相互聯(lián)系進(jìn)而調(diào)控各自的表達(dá)水平，從而產(chǎn)生大規(guī)模的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。其中miRNA在網(wǎng)絡(luò)中作為中介因子發(fā)揮著重要作用，競爭性內(nèi)源RNA特別是胃癌相關(guān)c

2、eRNA的相互作用尚未完全闡明。因此，探索胃癌相關(guān)ceRNA的互作關(guān)系對(duì)于闡明胃癌的發(fā)病機(jī)制將有重要意義。本研究擬在系統(tǒng)生物學(xué)基礎(chǔ)上，利用整合組學(xué)的理念，篩選胃癌相關(guān)的功能性miRNA。應(yīng)用生物信息學(xué)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，并通過它們之間的調(diào)控關(guān)系進(jìn)行預(yù)測分析和數(shù)據(jù)整合，構(gòu)建胃癌相關(guān)ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從中尋找發(fā)揮關(guān)鍵作用的因子。為胃癌的發(fā)病機(jī)制研究提供新的思路。
　　方法:
　　整合mRNA和miRNA兩個(gè)層次的表達(dá)譜數(shù)據(jù)

3、。采用POMA（The Pipeline of Outlier MicroRNA Analysis）算法，尋找在胃癌中具有調(diào)控功能的活性miRNA，篩選胃癌發(fā)病相關(guān)的可靠分子標(biāo)志物。并對(duì)胃癌相關(guān)的miRNA靶基因進(jìn)行GO功能水平以及KEGG通路水平的富集分析。進(jìn)而利用基因功能富集分析篩選靶基因中與胃癌相關(guān)的關(guān)鍵基因。
　　基于篩選得到的胃癌調(diào)控活性miRNA，利用公共數(shù)據(jù)庫預(yù)測miRNA相關(guān)的lncRNA，并通過胃癌miRNA-m

4、RNA子網(wǎng)絡(luò)提取miRNA靶基因信息，以miRNA為中介因子，重新構(gòu)建ceRNA相互作用網(wǎng)絡(luò)。并對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。最后以胃癌相關(guān)的關(guān)鍵基因作為映射，探索胃癌特異性的子網(wǎng)絡(luò)，以挖掘調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵因子。
　　結(jié)果:
　　（1）基于POMA算法，篩選胃癌功能性microRNA，其中利用基因芯片篩選出30 miRNA，通過公共數(shù)據(jù)庫篩選出24個(gè)miRNA，最終獲得不同數(shù)據(jù)組中整合的36個(gè)miRNA。
　?。?）基因

5、富集分析中，發(fā)現(xiàn)了7個(gè)胃癌相關(guān)關(guān)鍵基因，分別是TP53，PIK3CA， VIM，ERBB2，CDK1，CDH1，TGFB1。通路顯著性分析發(fā)現(xiàn)11條胃癌相關(guān)重要通路，其中通路Pathways in cancer（XD-score=0.783），Colorectal cancer（XD-score=0.710）以及Adherens junction（XD-score=0.709）是三條最顯著的通路。
　?。?）通過miRNA基因芯片

6、驗(yàn)證，確定了16個(gè)胃癌相關(guān)調(diào)控活性的miRNA，使用生物信息學(xué)方法和預(yù)測軟件發(fā)現(xiàn)lncRNA與篩選出的microRNA有不同程度的關(guān)聯(lián)。
　?。?）網(wǎng)絡(luò)分析顯示ceRNA網(wǎng)絡(luò)為典型的生物網(wǎng)絡(luò)特征，并且具有一定的穩(wěn)健性。以關(guān)鍵基因映射得到了ceRNA子網(wǎng)絡(luò)：包括5個(gè)miRNA（miR-21-5P， miR-34a-5P，miR-193b-3p，miR-25-3P，miR-125b）8個(gè)lncRNA（HCG18， XIST，HMGB1

7、，H19，NEAT1，MALAT1，KCNQIOT1，TUG1）和3個(gè)基因（TP53，ERBB2，CDH1）。
　　結(jié)論:
　?。?）通過系統(tǒng)生物學(xué)和組學(xué)結(jié)合的方法篩選驗(yàn)證得到15個(gè)胃癌相關(guān)調(diào)控活性miRNA，生物信息學(xué)方法預(yù)測7個(gè)胃癌相關(guān)關(guān)鍵基因以及3條顯著富集通路。為胃癌的發(fā)病機(jī)制提供思路和方向。
　?。?）構(gòu)建的胃癌ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)健性良好，其中包括5個(gè)miRNA，8個(gè)lncRNA和3個(gè)基因。它們可能在胃癌的