本文關(guān)鍵詞：基于表達(dá)譜印記的病原體—宿主相互作用研究

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【摘要】：宿主對(duì)微生物感染的反應(yīng)在病原體的致病機(jī)理鑒定、疾病診斷與預(yù)后、以及新療法研發(fā)上的重要作用越來(lái)越受到重視。在描述宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的各種組學(xué)數(shù)據(jù)中,基于基因芯片的宿主轉(zhuǎn)錄組反應(yīng)是一種對(duì)病原體感染和疾病的復(fù)雜狀態(tài)最為適合的描述,具有足夠的復(fù)雜度,廣泛的覆蓋性,實(shí)際的易得性以及較高的精確性。系統(tǒng)性地比較宿主對(duì)不同微生物感染的細(xì)胞反應(yīng)可以幫助深入理解微生物宿主相互作用。在轉(zhuǎn)錄組水平,Jenner RG以及Young RA曾經(jīng)將來(lái)自32個(gè)不同研究的代表77種不同的病原體-宿主相互作用的表達(dá)譜數(shù)據(jù)按照細(xì)胞類型進(jìn)行分層聚類,以獲得感染中的共同宿主反應(yīng)。這些策略也在后來(lái)的研究中得到運(yùn)用,以確定感染中的關(guān)鍵宿主因子和發(fā)現(xiàn)在某種微生物感染中的宿主細(xì)胞防御機(jī)制。然而這些研究都沒(méi)有形成對(duì)于宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的全面而系統(tǒng)的認(rèn)識(shí),也沒(méi)有深入研究其中的分子機(jī)制異同與病原體本身特征之間的關(guān)聯(lián)。由于在這些研究中得到的宿主反應(yīng)往往受到實(shí)驗(yàn)室不同的影響(即不同實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)分布和特征差異很大),數(shù)據(jù)之間的橫向比較難以進(jìn)行。而且在大多數(shù)研究中,只有變化最顯著的基因受到研究者的關(guān)注和進(jìn)行后期的系統(tǒng)分析,這些研究策略忽略了大量的相對(duì)較弱的重要基因變化。此外,由于不同研究中關(guān)注的差異基因數(shù)量不同,以及芯片實(shí)驗(yàn)本身相對(duì)較低的精度導(dǎo)致的彼此之間的低重合率,簡(jiǎn)單的根據(jù)差異基因的重疊情況難以準(zhǔn)確不同感染之間的相關(guān)性。因此,我們使用了一種通用無(wú)偏的宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)特征描述方法以及基于基因表達(dá)變化的秩序列的轉(zhuǎn)錄組比較方法(表達(dá)譜印記方法)描述和比較了50種臨床重要病原體之間的宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)相關(guān)性。研究發(fā)現(xiàn)了宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)與微生物重要臨床及實(shí)驗(yàn)室屬性之間具有重要相關(guān)性,并鑒定出8個(gè)具有類內(nèi)相似性的病原體聚類社團(tuán),發(fā)現(xiàn)了不同聚類社團(tuán)所具有的臨床及實(shí)驗(yàn)室屬性特征以及基因表達(dá)模式特征。此外,我們通過(guò)整合外部的病原體感染以及疾病的表達(dá)譜數(shù)據(jù),重新發(fā)現(xiàn)已知的關(guān)聯(lián),驗(yàn)證新發(fā)現(xiàn)的生物學(xué)聯(lián)系,證明了該研究對(duì)于揭示不同病原微生物之間的功能聯(lián)系的重要作用以及該研究在從宿主反應(yīng)角度發(fā)現(xiàn)感染與疾病之間的關(guān)聯(lián)方面的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)表達(dá)譜印記分析得到的病原體-宿主反應(yīng)聚類社團(tuán)具有很強(qiáng)的魯棒性和生物學(xué)意義。這些結(jié)果證明了宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)與傳統(tǒng)的生物學(xué)分類、感染及相關(guān)疾病特征之間存在直接關(guān)聯(lián),且表現(xiàn)出有限的模式特點(diǎn)。通過(guò)使用表達(dá)譜印記分析方法整合外部的感染印記則進(jìn)一步證明感染模式劃分可以用于判定具有相似宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的病原體(例如變形菌門的細(xì)菌);區(qū)分具有遺傳進(jìn)化或分類學(xué)的關(guān)聯(lián)病原體的不同致病機(jī)制(例如不同種類的鏈球菌);鑒定具有相似寄生環(huán)境而對(duì)宿主的致病程度不同的病原體(例如口腔的共生與致病細(xì)菌);發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致相似臨床特征但具有不同宿主反應(yīng)模式的病原體(例如呼吸道病毒)。該研究同時(shí)表明表達(dá)譜印記分析方法可用于確認(rèn)已知和預(yù)測(cè)未知的感染模式與疾病關(guān)聯(lián),例如致瘤病毒的不同致瘤機(jī)制和哮喘的衛(wèi)生學(xué)假說(shuō)的驗(yàn)證以及根據(jù)分子機(jī)制推測(cè)的系統(tǒng)性紅斑狼瘡病及阿爾茲海默癥與不同感染模式的關(guān)聯(lián)等等。在疾病與感染模式關(guān)聯(lián)分析中,正向和反向關(guān)聯(lián)都體現(xiàn)了重要的意義。總之,我們使用了盡可能多的外部病原體感染及疾病的印記與不同感染模式進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析和相關(guān)的文獻(xiàn)支持來(lái)作為有力證據(jù)證明了感染模式的魯棒性以及新發(fā)現(xiàn)的可靠性。表達(dá)譜印記分析方法也可以用于發(fā)現(xiàn)新的宿主靶向抗感染療法。通過(guò)多種系統(tǒng)生物學(xué)分析方法整合多種數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)可用于研究EV71感染機(jī)制及作用蛋白的靶向價(jià)值,并用于預(yù)測(cè)抗病毒藥物。我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法鑒定了EV71蛋白與人類蛋白之間的相互作用組關(guān)系,并以此為基礎(chǔ),通過(guò)將該作用組數(shù)據(jù)與人類蛋白相互作用數(shù)據(jù)整合,研究了EV71靶向的人類蛋白在人類蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)湮恢?并根據(jù)其推斷EV71致病性相關(guān)的功能通路。EV71靶向蛋白與其它病原體感染中的關(guān)鍵宿主因子的關(guān)聯(lián)分析提示了ATP6V0C可能是一個(gè)廣譜的關(guān)鍵宿主因子。我們通過(guò)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了它在EV71感染中的關(guān)鍵作用。以EV71靶向蛋白為出發(fā)點(diǎn),關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)方法可用于預(yù)測(cè)宿主靶向抗感染藥物。該方法提示了一批以神經(jīng)和精神系統(tǒng)藥物以及抗炎癥藥物為主的候選藥物可能對(duì)EV71作用的蛋白產(chǎn)生干預(yù)效果,藥物種類顯示出與EV71致病特點(diǎn)的相關(guān)性,進(jìn)一步說(shuō)明了EV71靶向蛋白作為潛在抗病毒-宿主靶標(biāo)的潛力。表達(dá)譜印記方法也被用于尋找藥物刺激表達(dá)譜公共數(shù)據(jù)集中可對(duì)EV71靶向蛋白的表達(dá)產(chǎn)生抑制效應(yīng)的藥物作候選宿主靶向抗病毒藥物。細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)的對(duì)EV71靶向宿主蛋白具有最高抑制效果的藥物坦螺旋霉素在細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出抗病毒活性。這些研究說(shuō)明了對(duì)EV71與宿主蛋白質(zhì)組學(xué)的系統(tǒng)生物學(xué)分析以及表達(dá)譜印記方法在揭示致病機(jī)制和制定治療策略上發(fā)揮重要作用。該研究首次從宿主轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的角度系統(tǒng)研究了不同病原體的感染,并以此為切入點(diǎn),以共同影響的生物通路為重要標(biāo)志,劃分了能夠區(qū)分和描述病原體感染特征的感染模式。我們還指出了其在發(fā)現(xiàn)新病原體感染特征及感染與疾病關(guān)聯(lián)之中的巨大潛力。而以EV71為例的整合多種系統(tǒng)生物學(xué)分析方法進(jìn)行機(jī)制研究和藥物重定位研究的內(nèi)容則為研制新的宿主靶向抗感染藥物提供了一個(gè)可以選用的技術(shù)路線。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R37
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本文編號(hào)：1282401