發(fā)布時(shí)間：2017-11-09 20:13

  本文關(guān)鍵詞：乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)基因的篩選及系統(tǒng)生物學(xué)分析

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【摘要】：乳腺癌是全世界嚴(yán)重威脅女性健康的首位惡性腫瘤。在近十年里,不僅在發(fā)達(dá)國(guó)家里乳腺癌的發(fā)病率持續(xù)升高,發(fā)展中國(guó)家的乳腺癌患病率也已經(jīng)超過(guò)宮頸癌,成為了女性癌癥死亡的首位因素,且乳腺癌的發(fā)病年齡呈現(xiàn)年輕化趨勢(shì)。然而隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展,乳腺癌的診治水平有了顯著的提高,使乳腺癌的死亡率明顯下降,并改善了患者的生活質(zhì)量。但是,乳腺癌的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移仍然占有相當(dāng)大的比例,有文獻(xiàn)報(bào)道,乳腺癌術(shù)后復(fù)發(fā)現(xiàn)象大約占乳腺癌患者中的10%~30%之多,且出現(xiàn)復(fù)發(fā)的患者的治愈率也會(huì)明顯降低,嚴(yán)重影響患者的生存率。系統(tǒng)生物學(xué)是一個(gè)以信息為基礎(chǔ)、以整合為靈魂、以干涉為鑰匙的對(duì)生物體系中所有組成包括基因、蛋白質(zhì)等的構(gòu)成進(jìn)行研究,并探尋其中相互關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系的新型生物學(xué)交叉學(xué)科。它的系統(tǒng)性及整體性研究就是該學(xué)科的特點(diǎn)。系統(tǒng)生物學(xué)方法的研究包含了多種學(xué)術(shù)理論的支持,其中包括生物信息學(xué)研究、計(jì)算信息學(xué)研究、基因組學(xué)研究等。生物信息學(xué)作為系統(tǒng)生物學(xué)發(fā)展基礎(chǔ)的重要一部分,是一門以研究生物信息的采集、儲(chǔ)存、處理、傳播為基礎(chǔ)的交叉學(xué)科。其總和了生命科學(xué)、信息學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)等多種技術(shù)手段,包含了海量的數(shù)據(jù)庫(kù),還擁有多種在線分析軟件,收集并分析遺傳相關(guān)數(shù)據(jù),探索生物學(xué)的奧秘。并對(duì)人類的基因及疾病發(fā)生相關(guān)的基因進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計(jì)分析、功能注釋、通路分析及網(wǎng)絡(luò)可視化分析,從而對(duì)疾病尤其是惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展有了更深一步的認(rèn)識(shí)。本研究課題通過(guò)以Pubmed/Medline數(shù)據(jù)庫(kù)、Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)、CNKI(中國(guó)知網(wǎng))數(shù)據(jù)庫(kù)及萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)4個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的文獻(xiàn)挖掘?yàn)檠芯炕A(chǔ),總結(jié)出與乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)的基因,通過(guò)文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)及系統(tǒng)生物學(xué)的方法對(duì)當(dāng)今研究現(xiàn)狀做出總結(jié),并研究分析乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)基因及mi RNA(micro RNA,內(nèi)源性非編碼微小RNA)之間的相互作用關(guān)系,構(gòu)建ce RNAs(compting endogenous RNAs,競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNAs)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控圖,從而進(jìn)一步了解乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)基因的功能及作用通路,為探究乳腺癌復(fù)發(fā)的發(fā)生及發(fā)展的分子作用機(jī)制提供更全面的信息和理論基礎(chǔ),更為能夠進(jìn)一步預(yù)防和治療乳腺癌的復(fù)發(fā)提供新的研究方向。第一部分:乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)基因的篩選及生物信息學(xué)分析背景與目的乳腺癌是我國(guó)最常見的女性惡性腫瘤之一,其發(fā)病率仍以每年3%的趨勢(shì)上升,且發(fā)病越來(lái)越年輕化。乳腺癌不僅是一個(gè)激素依賴性惡性腫瘤,更是一個(gè)復(fù)雜的多基因性的全身性、終身性疾病,遺傳及環(huán)境等因素都參與了乳腺癌的發(fā)生和發(fā)展,而乳腺癌的復(fù)發(fā)更讓我們認(rèn)識(shí)到這個(gè)疾病有著同其他惡性腫瘤一樣的侵襲性和危險(xiǎn)性,它會(huì)大大降低乳腺癌患者的生存時(shí)間,嚴(yán)重威脅著廣大女性患者的生命。基因組學(xué)的發(fā)展讓我們?cè)絹?lái)越多的了解和認(rèn)識(shí)腫瘤相關(guān)基因的功能及腫瘤細(xì)胞信號(hào)通路的作用。本研究的目的:通過(guò)對(duì)乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)基因的生物信息學(xué)分析,了解與乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)的基因的功能、信號(hào)通路及其表達(dá)蛋白質(zhì)之間的相互作用的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,為探索乳腺癌復(fù)發(fā)的分子機(jī)制提供理論基礎(chǔ)。研究方法檢索2001.01-2015.01期間發(fā)表的所有關(guān)于乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)基因的中英文文章,通過(guò)納入以人類為限定物種且能夠提供乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)基因足夠信息的相關(guān)的研究文獻(xiàn),排除綜述類及重復(fù)文獻(xiàn)等不相符文獻(xiàn),篩選出有效文獻(xiàn)并提取所需要的數(shù)據(jù),應(yīng)用Note Express文獻(xiàn)檢索與管理軟件及Excel 2010軟件進(jìn)行納入文獻(xiàn)的管理及文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)分析,并匯總與乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)的基因。運(yùn)用基因注釋工具GATHER(Gene annotation tool to help explain relationships)在線軟件(http://gather.genome.duke.edu/)對(duì)乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)基因進(jìn)行GO(Gene Ontology,基因本體)功能分析。應(yīng)用圖形化網(wǎng)絡(luò)顯示及分析編輯免費(fèi)開源軟件Cytoscape中的一個(gè)插件JEPETTO(Java Enrichment of Pathways Extended To Topology)(Version 1.3.1)進(jìn)行KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,京都基因與基因組百科全書數(shù)據(jù)庫(kù))通路分析。采用STRING(Search Tool for the Retrieval of Interacting Genes/Proteins)在線軟件(http://string.embl.del/)繪制相關(guān)基因表達(dá)蛋白質(zhì)的互作網(wǎng)絡(luò)圖,并應(yīng)用Cytoscape軟件計(jì)算網(wǎng)絡(luò)及各節(jié)點(diǎn)的拓?fù)涮匦院Y選出關(guān)鍵基因。結(jié)果1.本研究共納入了196篇中英文文獻(xiàn),經(jīng)分析得出,在近14年里對(duì)于乳腺癌復(fù)發(fā)的相關(guān)基因的研究論文數(shù)量處于顯著上升的趨勢(shì),并總結(jié)出59個(gè)相關(guān)基因。2.GO分析發(fā)現(xiàn)乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)基因及其產(chǎn)物的功能主要集中在細(xì)胞周期的調(diào)控、膠原蛋白的分解代謝、細(xì)胞的增殖及細(xì)胞生理過(guò)程的負(fù)調(diào)控等。3.KEGG通路分析發(fā)現(xiàn)乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)基因在信號(hào)通路中主要參與了腫瘤信號(hào)通路、P53信號(hào)通路、Erb B信號(hào)通路、VEGF信號(hào)通路等。4.經(jīng)STING軟件篩選出59個(gè)相關(guān)基因中7個(gè)基因表達(dá)蛋白未參與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建,52個(gè)相關(guān)基因表達(dá)蛋白存在相互作用,成功構(gòu)建了相關(guān)基因表達(dá)蛋白互作圖。5.應(yīng)用Cytoscape軟件共篩選出7個(gè)關(guān)鍵基因,分別為,是TP53(腫瘤蛋白p53)、VEGFA(血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A)、ESR1(雌激素受體1)、ERBB2(人表皮生長(zhǎng)因子受體2)、CDH1(上皮-鈣黏連蛋白)、PTEN(磷酸酶-張力蛋白抑癌基因)及MMP2(基質(zhì)金屬蛋白酶)。結(jié)論1.成功篩選出乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)的59個(gè)基因,并對(duì)其進(jìn)行GO功能注釋及KEGG通路分析,為乳腺癌復(fù)發(fā)的分子機(jī)制提供理論基礎(chǔ)2.成功構(gòu)建乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)基因的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建圖,并篩選出7個(gè)關(guān)鍵基因,提示TP53基因乳腺癌的復(fù)發(fā)過(guò)程密切相關(guān),有利于研究相關(guān)基因的相互作用及密切關(guān)系,為乳腺癌復(fù)發(fā)的預(yù)防、診斷及治療提供了研究方向。第二部分:乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)mi RNA的篩選及ce RNAs調(diào)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建背景與目的非編碼RNA(non-coding RNA,nc RNA),是一類除m RNA、t RNA和r RNA以外的,不編碼蛋白質(zhì)卻發(fā)揮功能的RNA分子,它包含微小RNA(micro RNA,mi RNA)和長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lnc RNA)。micro RNA是內(nèi)源性非編碼微小RNA的總稱,它可以通過(guò)與靶基因的結(jié)合從而引導(dǎo)沉默復(fù)合體降解m RNA或者阻礙其翻譯,抑制其轉(zhuǎn)錄后的基因表達(dá)作用。ce RNA(compting endogenous RNA,競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA)假說(shuō)揭示了RNA之間相互作用的新機(jī)制。lnc RNA是ce RNA的其中一種,在細(xì)胞周期調(diào)控、分化調(diào)控、表觀遺傳學(xué)調(diào)控中發(fā)揮著重要的作用。系統(tǒng)生物學(xué)作為一門信息科學(xué),整合了基因組學(xué)及轉(zhuǎn)錄組學(xué)等信息,系統(tǒng)分析其中的關(guān)聯(lián)性及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造,構(gòu)建ce RNAs網(wǎng)絡(luò)調(diào)控圖,對(duì)于生命的整個(gè)過(guò)程如細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖及凋亡等,以及腫瘤的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中,都起到了越來(lái)越重要的作用。本研究目的:通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)庫(kù)及靶基因預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)的mi RNA-靶基因,mi RNA-lnc RNA匹配對(duì)數(shù),運(yùn)用生物信息學(xué)分析,構(gòu)建相關(guān)ce RNAs網(wǎng)絡(luò)調(diào)控圖,了解其中的相互作用,篩選出與乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)的重要mi RNA。研究方法選用POMA算法,利用3個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)庫(kù):mi Records(http://mirecords.biolead.org/)、Tar Base(http://diana.cslab.ece.ntua.gr/tarbase/)、mi RTar Base(http://mirtarbase.mbc.nctu.edu.tw/)及2個(gè)靶基因預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù):star Base(http://www.targetscan.org/)和mi RDB(http://www.microrna.org/microrna/home.do),采用Z=α/β公式(α代表僅受該mi RNA調(diào)控的靶基因的個(gè)數(shù)。β代表受該mi RNA調(diào)控的所有靶基因的個(gè)數(shù))。以Z值0.1為閾值,共同篩選出Z值0.1的mi RNA定為有意義的乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)的mi RNA,并找出mi RNA-靶基因匹配對(duì)數(shù)。應(yīng)用star Base v2.0數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)測(cè)mi RNA-lnc RNA的相互關(guān)聯(lián),找出相互作用的匹配對(duì)數(shù)。通過(guò)Cytoscape3.2.1軟件構(gòu)建乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)ce RNA網(wǎng)絡(luò)調(diào)控圖篩選相關(guān)重要mi RNA。結(jié)果1.本研究通過(guò)運(yùn)用POMA篩選預(yù)測(cè)模型,在3個(gè)提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)庫(kù)和2個(gè)靶基因預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上,篩選出乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)mi RNA共104個(gè)。通過(guò)Z公式評(píng)分后,大于閾值的mi RNA共12個(gè),分別為:mi R-204、mi R-29c、mi R-29b、mi R-146a、mi R-9、mi R-491、mi R-222、mi R-27b、mi R-324-5p、mi R-124、mi R-141及mi R-122。并找出16對(duì)mi RNA-靶基因?qū)?yīng)關(guān)系。2.通過(guò)star Base數(shù)據(jù)庫(kù)中內(nèi)置的Lnc RNABase預(yù)測(cè)mi RNA-lnc RNA的相互關(guān)聯(lián),檢索發(fā)現(xiàn)乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)的lnc RNA共12個(gè),分別為:NEAT1(核副斑點(diǎn)包裝轉(zhuǎn)錄本1)、MALAT1(肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1)、XIST(X染色體失活特異轉(zhuǎn)錄本)、HCG18(人類主要組織相容性復(fù)合體組18)、KCNQ1OT1(KCNQ1相反鏈/反義轉(zhuǎn)錄物1)、SNHG7(小核仁RNA宿主基因7)、HOTAIR(HOX反轉(zhuǎn)錄RNA)、TUG1(上調(diào)牛磺酸1)、GAS5(生長(zhǎng)阻滯特異轉(zhuǎn)錄本5)、HCP5(人類主要組織相容性復(fù)合體p5)、H19(母系印跡表達(dá)轉(zhuǎn)錄本)、MIAT(心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄本)。并得到40對(duì)mi RNA-lnc RNA對(duì)應(yīng)關(guān)系。3.通過(guò)應(yīng)用Cytoscape軟件,成功將56對(duì)調(diào)控關(guān)系導(dǎo)入并構(gòu)建了ce RNAs網(wǎng)絡(luò)調(diào)控圖,篩選出4個(gè)與乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)重要mi RNA,分別為:mi R-204、mi R-29c、mi R-29b及mi R-146a。結(jié)論成功構(gòu)建出了與乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)的ce RNAs網(wǎng)絡(luò)調(diào)控圖,并篩選出4個(gè)與乳腺癌復(fù)發(fā)相關(guān)的重要mi RNA。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R737.9

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本文編號(hào)：1163409