本文關(guān)鍵詞： 肝再生 基因表達譜 聚類 基因共表達網(wǎng)絡 蛋白互作網(wǎng)絡　出處：《河南師范大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：哺乳動物肝臟具有極強的再生能力,部分肝切除(partial hepatectomy,PH)后肝臟在一定時期內(nèi)恢復原來質(zhì)量和功能的過程,稱為肝再生(liver regeneration,LR)。肝功能異�？蓪е赂鞣N肝臟疾病,對患病肝臟進行肝切除或活體肝移植后,患者的預后與肝再生能力密切相關(guān)。因此,揭示肝再生的分子調(diào)控機制是目前生物學和再生醫(yī)學領域的研究熱點。多種類型的肝臟細胞參與了肝再生,其中最主要的是肝細胞。肝細胞(hepatocyte)為終末分化細胞,正常生理條件下絕大多數(shù)處于靜息狀態(tài),人或嚙齒類動物在部分肝切除后,殘肝細胞立即啟動有絲分裂,進行細胞增殖,在一定時期內(nèi)肝臟基本恢復到原來的質(zhì)量和機能。雖然對肝再生的研究已有近百年的歷史,但在肝再生中肝細胞增殖的啟動、進展和終止的調(diào)控機理仍有不少熱點問題尚待解決。本文從再生肝的肝細胞基因表達譜數(shù)據(jù)出發(fā),運用生物網(wǎng)絡分析方法,在時間序列基因表達譜的聚類、基因共表達網(wǎng)絡分析和蛋白互作網(wǎng)絡分析等方面進行系統(tǒng)研究,為挖掘肝再生的調(diào)控機理提供理論依據(jù)。本文的主要貢獻包括:(1)利用大鼠2/3部分肝切除模型,分離出大鼠肝再生過程中不同時間節(jié)點的肝細胞,用Rat Genome 230 2.0基因芯片檢測部分肝切除和假手術(shù)后0、2、6、12、24、30、36、72、120、168h共10個時間點的肝細胞基因表達變化,獲得了完整的再生肝的肝細胞基因表達譜數(shù)據(jù),NCBI GEO:GSE55434。(2)針對再生肝的肝細胞基因表達譜的時間序列特性蘊含的基因表達相關(guān)性、延遲性和反向性等多種調(diào)控關(guān)系,本文提出一種刻畫多種相關(guān)性的基因表達譜相似度度量模型,并將其應用到近鄰傳播聚類算法對肝細胞基因表達譜進行聚類分析,能將功能上相關(guān)但表達上不同步的基因聚為一類,更有助于挖掘基因聚類富集的生物通路。(3)肝再生是一種條件特異性的生物學過程,為挖掘與肝再生密切相關(guān)的基因模塊,本文利用正常肝細胞和再生肝細胞的基因表達譜數(shù)據(jù),分別構(gòu)建它們的基因共表達網(wǎng)絡,對兩種條件下的肝細胞基因共表達網(wǎng)絡進行模塊劃分,從拓撲結(jié)構(gòu)和生物信息兩方面進行模塊比對分析,識別出12個與肝再生相關(guān)的基因模塊。通過生物通路富集分析,發(fā)現(xiàn)上調(diào)的MCM5可能促進肝細胞增殖,BCL3通過激活/抑制NF-κB信號通路在肝再生中起重要作用,MAPK9在肝細胞增殖階段通過抑制p38 MAPK活性在DNA復制中扮演重要角色。另外,發(fā)現(xiàn)IL6R-STAT信號通路、Adipocytokine信號通路、Notch通路、FGFR1信號通路在肝再生中都扮演關(guān)鍵角色。(4)建立蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡,揭示關(guān)鍵蛋白之間的相互作用關(guān)系,是組學數(shù)據(jù)分析的一個有力工具。本文挑選在肝再生中發(fā)生顯著表達上調(diào)和表達下調(diào)的基因,搜索它們的編碼蛋白,利用Pathway Studio軟件構(gòu)建再生肝的肝細胞蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡,融合復雜網(wǎng)絡的度中心性、介數(shù)中心性和最短路徑長度等統(tǒng)計屬性,識別影響網(wǎng)絡性能的hub節(jié)點作為候選的肝再生關(guān)鍵蛋白,精確地識別出TNF、TGFβ1、EGF、IL-1β、IL-10、MYC、JUN、FOS等與肝再生密切相關(guān)的關(guān)鍵蛋白,證明了關(guān)鍵節(jié)點識別方法的有效性。同時還識別出APP、CD8A、CXCL12、CDH1、CD40等幾個可能與肝再生相關(guān)的新蛋白及其子網(wǎng)絡,為肝再生的分子機制研究提供新的參考。細胞或生物體的基因/蛋白之間的相互作用構(gòu)成了一個復雜的生物網(wǎng)絡,單個基因或蛋白的異常表達往往不能影響整個生理活動的正常運行,生理活動往往受生物通路或基因模塊的協(xié)同調(diào)控。利用生物網(wǎng)絡分析基因組學數(shù)據(jù)具有天然的優(yōu)勢。本文用生物網(wǎng)絡方法從系統(tǒng)水平研究肝再生中肝細胞的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),識別調(diào)控肝再生的關(guān)鍵基因模塊、關(guān)鍵基因和信號通路,發(fā)現(xiàn)了比一般生物信息學方法更豐富的信息,為肝再生的調(diào)控機理研究提供新的理論依據(jù)。
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【學位授予單位】：河南師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：Q78;Q485

【參考文獻】

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 張?zhí)m華;復雜網(wǎng)絡建模的仿真與應用研究[D];大連理工大學;2013年

2 常翠芳;大鼠再生肝中星形細胞的基因表達譜分析[D];新疆大學;2011年

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本文編號：1473299