分析尿毒症外周血全转录本表达谱探究尿毒症分子机制

发布时间：2018-12-07 07:21

【摘要】：背景与目的:尿毒症是指慢性肾功能衰竭进入终末期时出现的,表现为代谢紊乱、全身多个器官病变的多种临床症状所形成的综合征。其病因复杂,分子机制上的复杂程度远高于单一疾病。我们认为,单纯的从单一分子表达层面去探究尿毒症的发病与发展机制是具有一定的局限性的。因此,尝试整合多种分子信息组(omics),从更加全局的角度去研究尿毒症的分子生物学机制并挖掘相关的调控网络,应该是尿毒症临床研究的一个突破的方向。而为了更加全面的揭示尿毒症的分子机制,本研究收集了一套包括75个尿毒症以及20个正常人的外周血全基因组表达谱数据,通过基因共表达网络、mi RNA富集分析等多种生物信息学算法对表达谱数据进行深入分析,尝试从全转录组多种RNA分子的层面去揭示尿毒症的分子机制。方法:(1)收集了一套包括75个尿毒症以及20个正常人的外周血全基因组表达谱数据(来源于National Center for Biotechnology Information(NCBI)Gene Expression Omnibus(GEO))。使用SAM算法筛选尿毒症相关差异表达基因(|log 2(fold change)|1;FDR0.05);同时应用基因共表达网络算法构建差异表达基因的共表达网络(|r|0.9以及P0.01);而后应用MCODE算法提取网络中核心基因共表达模块(度(degree)阈值=2,节点值(node score)阈值=0.2,k核心值(k-core)阈值=2,最大深度(max depth)=100);同时利用功能富集分析寻找模块相关的生物学功能与通路;最后利用mi RNA富集分析,定义模块上显著调控的mi RNA(P0.05)。(2)利用基因芯片重注释方法对表达谱数据进行lnc RNA重新注释,然后使用SAM算法定义尿毒症相关差异表达lnc RNA(|log 2(fold change)|1;FDR0.05)。利用基因共表达网络分析构建lnc RNA相关的差异表达基因的共表达网络(|r|0.9以及P0.01)。利用starbase V2.0数据库寻找lnc RNA上游靶向调控mi RNA分子以及下游互作蛋白质。(3)利用cytoscape软件将mi RNA调控核心基因共表达网络模块与lnc RNA共表达网络以及lnc RNA上下游调控网络整合,得到包含lnc RNA,m RNA以及mi RNA的整体的RNA互作网络。计算网络中各个节点的dgree,betweeness,Closeness,Bottleneck拓扑学参数。将整合网络中显著高dgree,betweeness,Closeness的节点同时其节点间具有互作关系的分子及互作提取出来,形成关键的尿毒症相关的分子网络。结果:(1)发现9个涉及到不同生物学功能与通路的核心基因网路模块;这些模块参与到"蛋白水解(Proteolysis)","生物膜内环境(Membrane-enclosed lumen)"以及"凋亡(Apoptosis)"等生物学通路。通过mi RNA富集分析得到15个模块上游的关键调控mi RNA分子。其中mi RNA-21-3p以及mi RNA-210-3p已被其他文献报道与慢性肾功能衰竭相关。(2)发现3个lnc RNA(LINC00342,LINC00607,LINC01553)在尿毒症外周血显著差异性表达,同时还利用基因共表达网络分析发现这三个lnc RNA可能参与到多种与慢性肾功能衰竭相关的功能与通路。此外,还进一步筛选3个lnc RNA上下游的互作分子。这些研究结果说明该3个lnc RNA与尿毒症相关,且其相关的分子和功能都值得进一步的研究。(3)构建了一个包括lnc RNA,mi RNA以及m RNA的RNA互作网络。其核心子网络中包含的3个非编码RNA(LINC00342,LINC00607以及hsa-mi R-154-5p)以及相关的基因,都值得进一步的研究和验证。结论:(1)大量差异表达基因通过参与到“蛋白质水解(Proteolysis)”,“炎症反应(Inflammatory response)”等生物学功能,影响尿毒症发生发展。(2)LINC00342,LINC00607以及hsa-mi R-154-5p可能通过参与“炎症反应(Inflammatory response)”影响尿毒症的发生过程。(3)本课题将生物学功能、基因、lnc RNAs以及mi RNAs联系在一起形成整合网络模块,对阐明尿毒症的具体分子机制具有一定基础性意义。(4)本课题运用了多种有力和新颖的生物信息学研究方法,其研究分析思路,可为其他涉及基因表达谱实验的课题提供一定的方法学参考。
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【学位授予单位】：安徽医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R692.5

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