【摘要】 肿瘤、代谢疾病、心脑血管疾病等绝大多数复杂性疾病的的流行和发展不仅给人类带来了漫长的痛苦和折磨,也给世界各国带来了沉重的负担,广泛且深入地研究复杂疾病的发病机理成为现下最迫切的医学难题。然而复杂疾病的诊断与研究与传统的单基因遗传疾病不同,需要综合考虑疾病发生的环境因素和遗传因素,从而为其诊断、药物设计、个性化治疗以及预防提供坚实的基础和突破性思路。转录组数据对于揭示疾病相关基因及其分子机制有着重要的作用,发现了许多在癌症发生发展过程中起到重要作用的靶点,为后续的基因表达调控、代谢通路和信号转导等研究提供了有意义的启示。然而对如此庞大数据进行信息挖掘并不容易,我们在现有方法的基础上创建了一套完整的分析流程,注重各基因表达之间的共同合作关系,很好地弥补了传统方法筛选核心基因时的不足。对于每一个基因给予一个分值用以评判它在整个生物学过程的各个阶段下和全过程中是否稳定地与其他基因共表达调控,并以此参数筛选参与生物学功能的核心基因。在分析前列腺癌发生发展的分子机制中,运用这套分析流程筛选核心基因,随机检测证实全部与人类胚胎癌干细胞、增生性疾病、慢性炎症和DNA损伤等肿瘤发生机制相关,证实了该分析流程的有效和可靠,也为进一步的深入研究提供了分析基础和数据积累。在对三种人工多能干细胞全能性的机制研究中,针对全部miRNA表达情况,创新性地将miRNA靶基因和印记基因信息整合在一起,为细胞全能性研究提供思路。在抗糖尿病药物的分子机制分析中,主要关注Rosi、Pio和Met抗糖尿病药物在肝脏、心脏和脂肪组织等五种不同组织细胞中的表达差异,并且结合转录因子和蛋白质相互作用数据库,阐述了三种药物之间存在的相同或不同的作用机制,以及不同脂肪组织在功能与起源分化上的差异,为深入研究糖尿病的发生和抗糖尿病药物的研制提供思路。虽然我们的工作还不能完全揭示这些复杂疾病相关的基因群关系,但对整个基因调控网络图而言是很好的补充和完善。进一步的研究需要我们利用更多的数据和手段整合分析才能逐渐理清多基因通过蛋白质复合物、调控网络以及互作的通路网络调控。我们相信随着时间的推移和相关知识的积累,总有一天能够将这张调控网络完全呈现在人们面前。
【关键词】 复杂疾病; 核心基因; 表达数据谱; 时间序列; 相互作用网络;
摘要 3-4
ABSTRACT 4-5
第一章 绪论 8-13
1.1 课题研究的背景介绍 8-11
1.1.1 单基因疾病与复杂疾病 8-9
1.1.2 不同层面的生物学数据及其分析方法 9-10
1.1.3 系统生物学在复杂疾病研究中的应用 10-11
1.2 课题研究目的与内容 11-13
第二章 转录组数据中保守性共表达基因的筛选 13-23
2.1 转录组数据及其处理分析 13-18
2.1.1 转录组数据 13-14
2.1.2 转录组数据分析 14-18
2.2 保守性共表达基因(TICOGE)筛选流程的建立 18-22
2.2.1 具有相似表达谱的基因聚类成动态共表达基因模块 19-21
2.2.2 动态共表达基因模块中基因保守性判定 21-22
2.3 本章小结 22-23
第三章 前列腺癌发生发展过程中的核心基因研究 23-46
3.1 背景介绍 24-29
3.1.1 肿瘤的发生与发展 24-26
3.1.2 与细胞增殖相关的主要信号通路 26-29
3.2 实验数据来源与预处理 29-31
3.2.1 前列腺癌发生发展的芯片表达谱数据 29-31
3.3 TICOGE 方法的应用结果分析 31-44
3.3.1 TiCoGE 方法的具体应用 31-34
3.3.2 共表达基因模块的功能检验 34-38
3.3.3 与其他筛选方法的比较 38-40
3.3.4 筛选所得高分基因的功能 40-44
3.4 本章小结 44-46
第四章 抗糖尿病药物的分子机制研究 46-75
4.1 背景介绍 46-49
4.1.1 糖尿病的发生及其主要治疗药物 46-48
4.1.2 高通量转录组测序数据 RNA-Seq 48-49
4.2 实验数据来源与预处理 49-54
4.2.1 抗糖尿病药物在不同组织中的表达数据 49-52
4.2.2 数据预处理 52-54
4.3 TICOGE 方法的应用及结果分析 54-59
4.3.1 TiCoGE 方法的应用 56
4.3.2 保守性共表达基因的功能分析 56-58
4.3.3 保守性共表达基因与疾病关系 58-59
4.4 糖尿病药物刺激下核心共表达基因网络分析 59-73
4.4.1 协同表达基因的定义 59-60
4.4.2 协同表达基因群的功能分析 60-68
4.4.3 基因关系网络中的差异表达基因分析 68-73
4.5 本章小结 73-75
第五章 诱导性多能干细胞分化的分子机制 75-91
5.1 背景介绍 75-78
5.1.1 干细胞多能性 75-77
5.1.2 印记基因与细胞多能性关系 77-78
5.2 数据来源与处理 78-82
5.2.1 小鼠多功能干细胞的 miRNA 数据 78-79
5.2.2 数据预处理与差异表达 miRNA 筛选 79-82
5.3 差异 MIRNA 与印记基因区域比较 82-89
5.3.1 差异表达 miRNA 的染色体区域富集 82-83
5.3.2 差异表达 miRNA 靶基因与印记基因关系分析 83-89
5.4 本章小结 89-91
第六章 全文总结 91-95
6.1 工作总结 91-93
6.2 研究展望 93-95
参考文献 95-111
附录一 对前列腺癌数据应用不同方法的结果比较 111-114
致谢 114-115
攻读博士学位期间已发表或录用的论文 115-116
攻读博士学位期间参与的科研项目 116-118
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