HBV相关性肝癌基因调控网络建模与分析

发布时间：2019-07-14 21:08

【摘要】：慢性乙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV)感染引起的原发性肝癌依赖于多种基因、转录组、蛋白质的相互作用及调控。从单个基因的角度来看,某个基因的表达量的改变只能对肝癌发生发展的局部作出解释,无法从整体行为进行更为深入和全面的探索。生物网络是基于微阵列数据,对基因之间调控关系的一种仿真和重建,可直观地展现生物系统中各个功能元件之间的相互关系。本研究借助加权基因共表达网络分析(Weighted Gene Co-expression Network Analysis,WGCNA)模拟肝癌复杂的调控网络,寻找关键节点基因,并通过相关实验验证关键节点基因预测结果的可靠性,同时初步探究关键节点基因对人类肝癌细胞株HepG2的生物学影响,阐明关键节点基因的作用机理,以此体现生物信息学在抗癌靶标筛选工作的显著优势。本研究的数据源是Agilent芯片上HBV感染引起的HCC差异表达的基因(61个癌症样本,63个癌旁正常组织)。利用WGCNA对5968个高度差异基因进行scale-free共表达网络建模并进行聚类分析,获得13个共表达模块,并检验所有模块与肝癌相关的显著性,共表达模块最终可视化展示。结合富集分析和目前的文献报道,根据它们已知的生物过程,最终确定发现13个与上皮细胞分化、细胞外基质重构、细胞周期等功能分类密切相关的模块中的hub基因。我们又进一步开展相关实验验证hub基因的生物学功能:结合数据对比分析并通过文献调查确定研究对象SHANK家族蛋白的RH结构域交互作用蛋白(SHANK-associated RH domain interacting protein,SHARPIN)。以人类肝癌细胞株HepG2为材料进行体外培养,通过构建真核过表达质粒和干扰质粒并转染质粒,进行增殖、迁移及凋亡等实验,结果显示:过表达SHARPIN,将主要影响HepG2细胞的增殖和迁移,而干扰SHARPIN表达后,发现细胞增殖和迁移受到一定抑制,说明SHARPIN shRNA可特异有效地干扰肝癌HepG2细胞内SHARPIN基因的表达,但转染的质粒对细胞凋亡无明显影响。综上所述,本课题结合生物信息学方法对HBV相关的肝癌数据集进行了分析和研究,构建基因相互作用网络图谱,筛选出共表达的13个网络,并确定了与HCC相关的关键节点基因身份;功能分析和文献调查结果一致发现,大部分hub基因在其他癌症相关的文献中有所提及。其中,SHARPIN参与了NF-κB通路,而这条通路与癌症的发生发展关系密切;应用RNA干扰技术在肝癌细胞中验证了关键节点SHARPIN基因对的生物学功能。研究证实WGCNA是识别和建立具有生物学意义的基因模块的较为有效的方法,提示这种方法具备一定的可行性,可以将筛选的其它hub基因应用到相关的实验研究中,以期更深入地研究关键基因、关键信号通路、基因之间的调控机制对于肿瘤发生发展的作用和意义,为肝癌治疗发现新的诊断标志和药物作用靶点提供了新的视野。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R512.62;R735.7

【参考文献】

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1 翁心华,张继明;乙型肝炎的流行病学和防治现状[J];胃肠病学;2002年05期

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本文编号：2514522