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)展過程的一個典型范本.然而雖然現(xiàn)在對前列腺癌已有很多研究，特別是基于基因芯片數(shù)據(jù)，但是對其發(fā)生發(fā)展的分子機制仍然缺乏全面、系統(tǒng)的了解.其中一個主要原因是對芯片數(shù)據(jù)蘊含的信息缺乏基于真實生物過程的合理分析，即在芯片數(shù)據(jù)挖掘時，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際過程，導(dǎo)致得出的結(jié)論不能反映真實的分子機制.

2、>　　針對上述問題，為了給癌癥發(fā)生發(fā)展分子機制的實驗研究提供準(zhǔn)確有效的生物信息學(xué)分析預(yù)測，在前期的前列腺癌轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究基礎(chǔ)上，我們進行了兩個方面的工作.一個工作是利用腫瘤組織樣本的基因表達譜數(shù)據(jù)，基于隨機行走模型模擬重現(xiàn)癌癥從一個階段發(fā)展到另一個階段的過程，找出在發(fā)展過程中有顯著共表達變化的基因?qū)?，以?zhǔn)確給出癌癥發(fā)展過程中分子機制上的變化;另一個工作是對雄激素處理腫瘤細胞后的匹配的miRNA-mRNA時間點芯片數(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，以建立一個較為系統(tǒng)的miRNA介導(dǎo)的AR級聯(lián)調(diào)控網(wǎng)絡(luò).在這兩個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胞內(nèi)的反應(yīng)過程都考慮入.因此第一項工作所得到的結(jié)果較為符合實際的癌癥發(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給出合理解釋，并且給出很多新的合理的分子機制調(diào)控網(wǎng)絡(luò);第二項工作預(yù)測得到的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)實驗很好地證實.
　　具體來說，在第一項工作中，我們基于癌癥細胞內(nèi)發(fā)生進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，利用隨機行走模型來鑒定在癌癥發(fā)展的兩個階段之間發(fā)生了顯著共表達變化的基因?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)樣本的對比，另一套數(shù)據(jù)是前列腺癌與正常前列腺組織的對比.我們也把現(xiàn)有的另外兩種分析顯著共表達差異基因?qū)Φ姆椒☉?yīng)用到兩套數(shù)據(jù)中，將三種方法的結(jié)果進行了對比.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.我們著重分析了將SIG方法應(yīng)用到AD vs.AI數(shù)據(jù)中的計算結(jié)果，結(jié)合已有的功能研究報道，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)錄的分子機制，這些有待進一步的驗證.我們的SIG算法的優(yōu)勢在于能夠追蹤重現(xiàn)癌癥的發(fā)展過程，因此構(gòu)建的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分子機制結(jié)果中，大多還未被研究者發(fā)現(xiàn)，因此對分子機制的生物實驗研究提供了重要的線索和方向.同時，我們的SIG方法

7、也為從基因芯片數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確深入的分子機制信息挖掘提供了一個有力的工具.
　　在第二項工作中，我們?yōu)榱溯^為完整地構(gòu)建miRNA介導(dǎo)的AR級聯(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細胞系做研究模型，用基因芯片檢測了LNCaP細胞在雄激素處理后的十個時間點上的miRNA和mRNA表達情況.然后基于細胞真實的反應(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的時間點匹配的芯片數(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)計算得到的預(yù)測結(jié)果進行了生物學(xué)實驗驗證，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道，我們構(gòu)建了一個從AR起始的由miRNA介導(dǎo)的雄激素信號級聯(lián)調(diào)控網(wǎng)絡(luò).發(fā)現(xiàn)miR-19a、miR-27a及miR-133b能夠分別促進癌細胞的生長和增值，而miR-421能抑制癌細胞的生長;并且發(fā)現(xiàn)miR-19a介導(dǎo)了AR自身的負反饋調(diào)控，為AR信

10、號由激活到逐漸關(guān)閉提供了分子機制上的解釋.上述新發(fā)現(xiàn)的miRNA功能也得到了我們的生物學(xué)實驗驗證.另外，我們根據(jù)數(shù)據(jù)計算分析的結(jié)果，建立了雄激素誘導(dǎo)的前列腺癌免疫逃逸的分子機制調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并且根據(jù)嚴格的數(shù)據(jù)結(jié)果提出了細胞內(nèi)miRNA對靶基因mRNA作用時存在占優(yōu)調(diào)控效應(yīng)，且分析了可能機制.總的來說，我們的此研究為前列腺癌雄激素信號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)果也對前列腺癌機制發(fā)生機制的了解更加深入，在前列腺癌中新發(fā)現(xiàn)的

11、4個miRNA對前列腺癌的研究給出了新的線索和方向.另外，我們在該工作中提出的策略和算法，可以普遍適用于根據(jù)單因素刺激得到單組無重復(fù)時間點芯片尋找直接受單因素調(diào)控的初級基因，從而為準(zhǔn)確構(gòu)建調(diào)控網(wǎng)絡(luò)奠定堅實基礎(chǔ).而且，我們提出的研究miRNA對mRNA調(diào)控作用的算法，是首次利用芯片數(shù)據(jù)對miRNA調(diào)控的mRNA進行具有顯著性評估的嚴格預(yù)測鑒定，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，