前列腺癌雄激素轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究.pdf

1、前列腺癌是歐美男性中致病率和致死率都很高的腫瘤，以其在治療發(fā)展過程中特有的激素依賴性轉(zhuǎn)變，成為研究癌癥發(fā)展過程的一個(gè)典型范本.然而雖然現(xiàn)在對(duì)前列腺癌已有很多研究，特別是基于基因芯片數(shù)據(jù)，但是對(duì)其發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制仍然缺乏全面、系統(tǒng)的了解.其中一個(gè)主要原因是對(duì)芯片數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的信息缺乏基于真實(shí)生物過程的合理分析，即在芯片數(shù)據(jù)挖掘時(shí)，或者挖掘深度不夠而不能找出準(zhǔn)確信息，或者挖掘方法偏離生物的實(shí)際過程，導(dǎo)致得出的結(jié)論不能反映真實(shí)的分子機(jī)制.

2、>　　針對(duì)上述問題，為了給癌癥發(fā)生發(fā)展分子機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究提供準(zhǔn)確有效的生物信息學(xué)分析預(yù)測(cè)，在前期的前列腺癌轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究基礎(chǔ)上，我們進(jìn)行了兩個(gè)方面的工作.一個(gè)工作是利用腫瘤組織樣本的基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)，基于隨機(jī)行走模型模擬重現(xiàn)癌癥從一個(gè)階段發(fā)展到另一個(gè)階段的過程，找出在發(fā)展過程中有顯著共表達(dá)變化的基因?qū)?，以?zhǔn)確給出癌癥發(fā)展過程中分子機(jī)制上的變化;另一個(gè)工作是對(duì)雄激素處理腫瘤細(xì)胞后的匹配的miRNA-mRNA時(shí)間點(diǎn)芯片數(shù)據(jù)，給出策略和算法以分別

3、鑒定雄激素受體(AR)直接調(diào)控的靶基因以及miRNA直接調(diào)控的靶基因mRNA，以建立一個(gè)較為系統(tǒng)的miRNA介導(dǎo)的AR級(jí)聯(lián)調(diào)控網(wǎng)絡(luò).在這兩個(gè)工作中我們提出的算法是將癌癥發(fā)展的本質(zhì)生物過程以及外界因素刺激后細(xì)胞內(nèi)的反應(yīng)過程都考慮入.因此第一項(xiàng)工作所得到的結(jié)果較為符合實(shí)際的癌癥發(fā)生發(fā)展過程，能夠?qū)η叭搜芯恐泻芏嗷蚬δ苌系囊牲c(diǎn)給出合理解釋，并且給出很多新的合理的分子機(jī)制調(diào)控網(wǎng)絡(luò);第二項(xiàng)工作預(yù)測(cè)得到的AR通路中新的調(diào)控關(guān)系以及功能都被我們的生

4、物學(xué)實(shí)驗(yàn)很好地證實(shí).
　　具體來說，在第一項(xiàng)工作中，我們基于癌癥細(xì)胞內(nèi)發(fā)生進(jìn)化突變以及外界存在自然選擇壓力的原則，提出了SIG((Stochastic process model for Identifyingdifferentially coexpressed Gene pair)算法，利用隨機(jī)行走模型來鑒定在癌癥發(fā)展的兩個(gè)階段之間發(fā)生了顯著共表達(dá)變化的基因?qū)?我們將SIG算法分別應(yīng)用到兩套已公布的前列腺癌基因芯片數(shù)據(jù)中，一套數(shù)

5、據(jù)是前列腺癌的激素依賴型(AD)樣本與激素非依賴型(AI)樣本的對(duì)比，另一套數(shù)據(jù)是前列腺癌與正常前列腺組織的對(duì)比.我們也把現(xiàn)有的另外兩種分析顯著共表達(dá)差異基因?qū)Φ姆椒☉?yīng)用到兩套數(shù)據(jù)中，將三種方法的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比.我們發(fā)現(xiàn)，SIG算法較之另兩種算法，在癌癥的發(fā)展過程分析，基因?qū)Ψ治鲆约巴贩治龅确矫嬗兄黠@的優(yōu)勢(shì).我們著重分析了將SIG方法應(yīng)用到AD vs.AI數(shù)據(jù)中的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合已有的功能研究報(bào)道，發(fā)現(xiàn)了PPARG基因在前列腺癌中功能

6、失活的可能分子機(jī)制，也推導(dǎo)出在前列腺癌激素依賴性轉(zhuǎn)變過程中起了重要作用的3個(gè)分子通路:以花生四烯酸為代表的脂類代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、TNF信號(hào)通路由誘導(dǎo)凋亡向激活NF-κB通路轉(zhuǎn)變的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、以及AR的激活且在核中協(xié)同因子輔助轉(zhuǎn)錄的分子機(jī)制，這些有待進(jìn)一步的驗(yàn)證.我們的SIG算法的優(yōu)勢(shì)在于能夠追蹤重現(xiàn)癌癥的發(fā)展過程，因此構(gòu)建的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分子機(jī)制結(jié)果中，大多還未被研究者發(fā)現(xiàn)，因此對(duì)分子機(jī)制的生物實(shí)驗(yàn)研究提供了重要的線索和方向.同時(shí)，我們的SIG方法

7、也為從基因芯片數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確深入的分子機(jī)制信息挖掘提供了一個(gè)有力的工具.
　　在第二項(xiàng)工作中，我們?yōu)榱溯^為完整地構(gòu)建miRNA介導(dǎo)的AR級(jí)聯(lián)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)以系統(tǒng)地分析雄激素在前列腺癌發(fā)生過程中所起的作用，則用激素依賴性的前列腺癌LNCaP細(xì)胞系做研究模型，用基因芯片檢測(cè)了LNCaP細(xì)胞在雄激素處理后的十個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的miRNA和mRNA表達(dá)情況.然后基于細(xì)胞真實(shí)的反應(yīng)過程規(guī)律，提出策略將基因的雄激素反應(yīng)分成了早期反應(yīng)和晚期反應(yīng)，并且據(jù)此提出

8、了RS(Response Score)統(tǒng)計(jì)量及算法，鑒定顯著的直接受AR調(diào)控的靶基因，包括miRNA和mRNA基因.然后基于miRNA與mRNA的時(shí)間點(diǎn)匹配的芯片數(shù)據(jù)，考慮到miRNA調(diào)控作用的可能延遲效應(yīng)，提出了MS(Modulation Score)統(tǒng)計(jì)量及算法，鑒定顯著的直接受miRNA調(diào)控的靶基因mRNA.我們根據(jù)計(jì)算得到的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了生物學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了新的調(diào)控方式，即miR-19a、miR-27a、miR-133b、mi

9、R-421、BRF2、IRS2和PHLDA1都被AR直接調(diào)控，也發(fā)現(xiàn)了很多參與細(xì)胞關(guān)鍵過程與癌癥發(fā)展密切相關(guān)的mRNA基因也被那4個(gè)miRNA顯著下調(diào).根據(jù)所鑒定的結(jié)果并結(jié)合已有的生物功能報(bào)道，我們構(gòu)建了一個(gè)從AR起始的由miRNA介導(dǎo)的雄激素信號(hào)級(jí)聯(lián)調(diào)控網(wǎng)絡(luò).發(fā)現(xiàn)miR-19a、miR-27a及miR-133b能夠分別促進(jìn)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和增值，而miR-421能抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng);并且發(fā)現(xiàn)miR-19a介導(dǎo)了AR自身的負(fù)反饋調(diào)控，為AR信

10、號(hào)由激活到逐漸關(guān)閉提供了分子機(jī)制上的解釋.上述新發(fā)現(xiàn)的miRNA功能也得到了我們的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.另外，我們根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算分析的結(jié)果，建立了雄激素誘導(dǎo)的前列腺癌免疫逃逸的分子機(jī)制調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并且根據(jù)嚴(yán)格的數(shù)據(jù)結(jié)果提出了細(xì)胞內(nèi)miRNA對(duì)靶基因mRNA作用時(shí)存在占優(yōu)調(diào)控效應(yīng)，且分析了可能機(jī)制.總的來說，我們的此研究為前列腺癌雄激素信號(hào)通路的分析提供了一套新的研究思路，并且所發(fā)現(xiàn)的結(jié)果也對(duì)前列腺癌機(jī)制發(fā)生機(jī)制的了解更加深入，在前列腺癌中新發(fā)現(xiàn)的

11、4個(gè)miRNA對(duì)前列腺癌的研究給出了新的線索和方向.另外，我們?cè)谠摴ぷ髦刑岢龅牟呗院退惴ǎ梢云毡檫m用于根據(jù)單因素刺激得到單組無重復(fù)時(shí)間點(diǎn)芯片尋找直接受單因素調(diào)控的初級(jí)基因，從而為準(zhǔn)確構(gòu)建調(diào)控網(wǎng)絡(luò)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).而且，我們提出的研究miRNA對(duì)mRNA調(diào)控作用的算法，是首次利用芯片數(shù)據(jù)對(duì)miRNA調(diào)控的mRNA進(jìn)行具有顯著性評(píng)估的嚴(yán)格預(yù)測(cè)鑒定，可以廣泛適用于由芯片數(shù)據(jù)鑒定miRNA調(diào)控的靶基因mRNA的研究，可以取得較為準(zhǔn)確的效果.此外，