miRNA靶基因优选及网络分析

发布时间：2017-04-02 12:15

  本文关键词：miRNA靶基因优选及网络分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：microRNAs(miRNAs)是一类内源性非编码RNA分子,长度为19~23nt。近年来发现它与多种生命活动密切相关,并且在疾病的发生发展过程中起着重要的作用。miRNA本身并不编码蛋白质,它是通过与转录后的mRNA结合,抑制翻译或直接降解mRNA来调控基因表达。研究miRNA及其靶基因,对于理解miRNA的作用机制以及认识miRNA在疾病发生和发展过程中的作用具有重要意义。miRNA靶基因的识别主要包括两种途径,其中分子生物学实验是确定miRNA靶基因的基本途径,但它存在识别靶基因数量有限、操作过程复杂且耗时久等缺点,不能满足对mi RNA及其靶基因的整体认识。因此生物信息学家利用计算机技术,基于miRNA与靶基因的结合特点开发了一系列预测miRNA靶基因的工具,例如:Targetscan、microT、miRanda、miRTarget、Pictar和PITA等。这些方法大多基于种子位点的序列匹配、结合位点的自由能以及位点保守性等特征,然而这些特征还不足以对靶基因进行准确识别和预测,所得结果往往具有较高的假阳性。近年来,随着已证实靶基因数量的不断积累,以及对miRNA靶基因结合特点的不断认识,使得我们可以对mi RNA的靶基因进行进一步地分析和筛选。在本研究中,我们开发了一种对miRNA靶基因进行优选的方法TarpriGO。TarpriGO由三部分构成:第一部分,基于被同一个miRNA调控的靶基因具有功能注释相似性原理,计算候选基因与已证实靶基因间的功能相似性,对候选靶基因进行排序;第二部分,针对现有预测工具都具有一定准确性但预测结果重合率低的特点,为多来源数据分配权重,计算候选靶基因的综合得分并排序;最后,综合两部分的结果得出TarpriGO的最终靶基因排序。为验证该方法的可靠性,我们用留一交叉验证法检测该方法对已知靶基因的优选性能,得到AUC值为0.93,说明TarpriGO对已知靶基因具有较好的优选效果。另外,将高通量靶基因数据比对到优选列表中得AUC值为0.70,说明TarpriGO对潜在的靶基因有一定的识别能力。与其它优选算法比较,发现本算法对标准靶基因集有更好的识别能力。并且与原有预测工具的靶基因列表比较,发现优选后的已证实的靶基因排名显著提高。另外,对六个原有靶基因预测工具最优权重分析发现,Pictar和Targetscan算法的权重65%以上的大于平均权重1/6,说明这两种预测工具更为可靠。一种miRNA分子可调控多种基因的表达,同一个基因也可能被多种miRNA调控,这种复杂而精确的调控关系构成了miRNA-靶基因调控网络。而对miRNA调控网络的分析,有助于进一步理解miRNA作用的分子机制及miRNA在疾病中的作用机理。本文以与药物成瘾相关的基因及其靶基因为例,构建并分析miRNA-疾病调控网络与miRNA-靶基因调控网络。结果显示,一种miRNA能够调控多种致病基因,所以在复杂疾病中miRNA起到了中心调控作用。一种疾病伴随多种miRNA差异表达,表明同一种疾病中多种miRNA具有协同作用。在调控网络基础上,我们筛选出四种可能与尼古丁成瘾相关的miRNA,分别是hsa-miR-124-3p、hsa-miR-16-5p、hsa-miR-155-5p和hsa-mi R-222-3p。通过对它们的靶基因进行功能注释和通路富集分析,发现许多与尼古丁成瘾相关的生物过程、细胞组成以及生化通路在这些靶基因中显著富集,进一步验证了这些miRNA与尼古丁成瘾相关。综上所述,本文在分析mi RNA及其靶基因对应关系的基础上,开发了一种对miRNA靶基因进行优选的工具TarpriGO,构建并分析了与尼古丁成瘾相关的miRNA-靶基因调控网络。
【关键词】：miRNA 靶基因 调控网络 基因优选 功能分析
【学位授予单位】：天津医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R3416
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 缩略语/符号说明10-11
• 一、前言11-20
• 1.1 研究背景11-18
• 1.1.1 问题的提出11-12
• 1.1.2 miRNA概述12-14
• 1.1.3 miRNA靶基因概述14-16
• 1.1.4 miRNA与疾病16-17
• 1.1.5 miRNA靶基因调控网络17-18
• 1.2 研究目的及意义18
• 1.3 研究内容和方法18-19
• 1.4 本文的结构安排19
• 1.5 论文创新点19-20
• 二、数据和方法20-31
• 2.1 数据库及工具介绍20-26
• 2.1.1 基础数据库20-21
• 2.1.2 靶基因预测工具21-23
• 2.1.3 已验证靶基因收集数据库23-24
• 2.1.4 GO注释数据分析与整理24-25
• 2.1.5 工具25-26
• 2.2 靶基因优选算法设计26-31
• 2.2.1 基于基因功能相似性的靶基因优选26-28
• 2.2.2 基于多来源数据的靶基因优选28-29
• 2.2.3 数据整合29-30
• 2.2.4 ROC曲线意义及绘制30
• 2.2.5 网络构建30-31
• 三、结果31-46
• 3.1 数据整理结果31
• 3.2 靶基因优选31-39
• 3.2.1 miRNA靶基因功能相似性分析31-33
• 3.2.2 权重分析33-34
• 3.2.3 三步优选的结果对比34
• 3.2.4 靶基因的优选阈值选取34-35
• 3.2.5 性能验证35-37
• 3.2.6 与现有靶基因预测工具比较37-38
• 3.2.7 多种靶基因优选方法比较38-39
• 3.3 网络构建与分析39-46
• 3.3.1 miRNA与药物成瘾的调控网络39-40
• 3.3.2 尼古丁成瘾中miRNA-靶基因调控网络40-42
• 3.3.3 与尼古丁成瘾相关的mi RNA靶基因功能分析42-46
• 四、讨论46-49
• 4.1 基因功能相似性优选靶基因46
• 4.2 靶基因预测算法性能分析46-47
• 4.3 已证实的靶基因增加对本方法的影响47
• 4.4 TarpriGO方法的局限47
• 4.5 miRNA靶基因调控网络的构建47-49
• 五、总结与展望49-50
• 5.1 总结49
• 5.2 工作展望49-50
• 参考文献50-56
• 发表论文和参加科研情况说明56-57
• 附录57-64
• 综述 microRNA及其靶基因的分析64-80
• 综述参考文献74-80
• 致谢80

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 文辉;人到底有多少个基因?[J];百科知识;2003年11期

2 张丽华;侯振江;;p53基因在肺癌研究中的进展[J];临床肺科杂志;2006年01期

3 程鹏,童茂荣;p53基因在肺癌的治疗及预后中的价值[J];江苏医药;2000年03期

4 卢薇薇;仇容;;nm23基因的研究进展[J];中国实用医药;2008年30期

5 张爱菊;P~(53)基因与人类肿瘤[J];医学综述;1998年08期

6 熊建新,吴子忠;p53基因与肺癌[J];中国煤炭工业医学杂志;1999年01期

7 姚松朝;李辉;;p53基因与肺癌[J];海军医学;1995年01期

8 王武;卢辉山;;KAI1基因与消化道恶性肿瘤关系的研究现状[J];医学综述;2007年07期

9 马秀华,李翠萍,王建伟;Rb与P~(16)基因在肺癌组织中的表达及其意义[J];山东医药;1999年19期

10 智荣乐;黄英;高士争;赵素梅;;HIG2基因的研究进展[J];中国医药科学;2013年21期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张蕊;Liang Zhao;Tom Gonda;;慢病毒介导的多西环素可诱导式短发夹RNA抑制K562细胞系e-myb基因的表达[A];中华医学会第十四次全国儿科学术会议论文汇编[C];2006年

2 高艳红;岳文;秦立鹏;张鹏;陈琳;裴雪涛;;人Spindlin1基因的功能初探[A];第九届全国实验血液学会议论文摘要汇编[C];2003年

3 王卫东;陈正堂;李德志;;肿瘤治疗新策略——基因—放射治疗:原理、现状及展望[A];中华医学会放射肿瘤治疗学分会六届二次暨中国抗癌协会肿瘤放疗专业委员会二届二次学术会议论文集[C];2009年

4 王今达;;21世纪生命科学飞跃发展的基础——基因工程[A];2000年全国危重病急救医学学术会议论文集[C];2000年

5 李宝健;许新萍;冯道荣;范钦;朱华晨;林莉;;论改良生物体遗传性的多基因策略——Ⅰ.多基因改良策略将成为未来基因工程的主流方向[A];中国生物工程学会第三次全国会员代表大会暨学术讨论会论文摘要集[C];2001年

6 王根轩;;基因表达格局与植物数量性状的控制[A];全国植物分子生物学与生物技术学术研讨会论文集[C];2000年

7 彭志宏;黄柏胜;文芳;韩仰;刘发益;邬力祥;;Mettl9基因对U251细胞生长的影响及机制研究[A];湖南省生理科学会2013年度学术年会论文摘要汇编[C];2013年

8 付凌洁;张淑兰;;RASSF1A基因在卵巢癌中的表达及其对增殖、凋亡的影响[A];东北三省第四届妇产科学术会议论文汇编[C];2008年

9 钱伟;何云刚;赖建华;舒坤贤;谭德勇;余敏;;p53基因对mybbp1a(p160)基因的正调控作用研究[A];中国生物化学与分子生物学会第八届会员代表大会暨全国学术会议论文摘要集[C];2001年

10 薛世伟;林艳丽;熊福银;吴晓洁;周艳荣;郭虹敏;陈红星;陈树林;;人Nanog基因的克隆及其在CHO-K1细胞中的表达[A];中国畜牧兽医学会动物解剖学及组织胚胎学分会第十六次学术研讨会论文集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 全国政协委员 民盟中央委员 曹义孙;立法规范基因检测[N];团结报;2010年

2 吕回;鸟儿会唱人会说 只缘基因太相似[N];广东科技报;2004年

3 ;认识我们的基因[N];科技日报;2003年

4 本报记者 张丽;基因可以透视明天吗[N];中国消费者报;2001年

5 姜海;科学家发现新的致盲基因[N];科技日报;2007年

6 徐阳;基因与长寿[N];光明日报;2000年

7 记者 林小春 任海军;美国研究表明懒或许源于基因[N];新华每日电讯;2013年

8 卢菁;怕胖可就是管不住嘴,原是基因作怪[N];新华每日电讯;2008年

9 本报记者 卢雁妮;“从对生命及疾病本源的认识到基因科技造福人类”讲座开讲[N];黔西南日报;2014年

10 张小军;美发现老鼠性别新基因[N];医药经济报;2001年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 刘芳;RB94基因在非小细胞肺癌治疗中的作用及机制研究[D];山东大学;2015年

2 金旭;心血管内靶向定位基因递送体系—载基因支架的实验研究[D];中国协和医科大学;2006年

3 杨春霞;生活方式和基因多态与食道癌的关系[D];四川大学;2005年

4 吴汉林;人NIT1基因cDNA的克隆、原核表达及抗体制备[D];四川大学;2005年

5 何勇;p73基因在人肺癌中的表达及对其细胞生物学行为的影响[D];第三军医大学;2004年

6 张贺龙;p53和K-ras基因及其表达产物的检测对肺癌患者诊断价值的研究[D];第四军医大学;1998年

7 刘金毅;EcoRII R-M基因在大肠杆菌中的表达及EcoRII（M）特异性甲基化对正常和肿瘤细胞的影响研究[D];中国协和医科大学;1999年

8 朱大兴;利用定点突变技术研究nm23-H1基因逆转肺癌侵袭转移表型的分子机制[D];四川大学;2006年

9 朱正茂;PNAS-4基因结构与功能的初步研究[D];中国农业科学院;2007年

10 梁利波;造血系统特异启动子调控的耐药、耐辐射基因的研究[D];中国协和医科大学;2002年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 邓小冬;ERCC1、XPF和XPG基因在法医学年龄推断中的初步研究[D];川北医学院;2015年

2 张润贤;论基因权的私权属性及民法保护[D];东北林业大学;2015年

3 刘伟;家蚕受体酪氨酸激酶样的孤独受体Ror2基因功能的研究[D];苏州大学;2015年

4 卫姣;铜离子感应基因MAC1转录机理的研究[D];郑州大学;2015年

5 杨镇宇;禁食—恢复投喂条件下鲢神经肽Y及三个瘦素相关基因的表达分析[D];华中农业大学;2015年

6 周彦宽;Fam49b基因在人类细胞系中的定向敲除及其功能研究[D];浙江大学;2015年

7 刘如锦;病毒巨噬细胞炎症蛋白Ⅱ调控抗HIV-1基因APOBEC3G表达机制的初步探讨[D];杭州师范大学;2015年

8 罗萌萌;HEPIS基因功能的初步研究[D];华北理工大学;2015年

9 梁一丹;应用双荧光素酶报告载体研究上游开放阅读框的突变对靶基因的影响[D];南方医科大学;2015年

10 李霞;miRNA靶基因优选及网络分析[D];天津医科大学;2015年

  本文关键词：miRNA靶基因优选及网络分析，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：282489