干細(xì)胞中microRNA和靶基因相互作用的數(shù)據(jù)庫(kù).pdf

1、背景：
　　生物信息學(xué)分析表明人類全部基因的三分之一都受到miRNA的調(diào)控，這表明miRNA分子實(shí)際上是基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的核心成分。miRNA在多種生物的進(jìn)程中起到了關(guān)鍵的作用，分別為調(diào)節(jié)細(xì)胞早期發(fā)育、細(xì)胞增殖、干細(xì)胞分化和凋亡，而突變的miRNA則與多種疾病和腫瘤相關(guān)。在生物體內(nèi)，miRNA的特異性都不是很明顯，往往是一個(gè)miRNA對(duì)多個(gè)靶基因作用，也可能有多個(gè)miRNA對(duì)一個(gè)靶基因進(jìn)行調(diào)控的情況。miRNA的調(diào)控作用可能構(gòu)成一種

2、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，而且它自己也受到其他條件的調(diào)控作用。全部正常的細(xì)胞分化過(guò)程都可以隨著miRNA表達(dá)譜的改變而改變，這種改變的反常就是各種腫瘤所共有的特性。所以，miRNA可能成為新的癌癥分類、分型甚至分期的標(biāo)記。由于其靶基因種類很多而且數(shù)量龐大，miRNA普遍介入到許多細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)中，并與其共一起組成巨大的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從而施展多種生物學(xué)功能。miRNA通過(guò)與信號(hào)蛋白直接或者間接作用來(lái)介入到腫瘤發(fā)生相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程里，進(jìn)而影響腫瘤發(fā)生。甚至

3、有研究表明，一些與腫瘤相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可以直接調(diào)節(jié)某些特別的miRNA的表達(dá)。
　　材料和方法：
　　1.數(shù)據(jù)篩選
　　隨著生物信息學(xué)的興起，文獻(xiàn)的挖掘慢慢成為生物醫(yī)學(xué)的研究輔助手段，同時(shí)也成為大范圍獲取原始數(shù)據(jù)的重要手段之一;為推進(jìn)疾病的診斷、預(yù)防和治療研究起到關(guān)鍵作用。文獻(xiàn)的挖掘在很多重要的生物信息范圍（例如，獲取蛋白質(zhì)之間的作用、基因功能注釋和生物通路等）起到關(guān)鍵作用。GenCLiP2.0結(jié)合了文獻(xiàn)挖掘和數(shù)據(jù)庫(kù)

4、挖掘的能力，可以給生物醫(yī)學(xué)研究人員提供一站式的服務(wù)，同時(shí)能夠利用他們的專業(yè)知識(shí)對(duì)信息進(jìn)行深度挖掘。GenClip2.0在查詢摘要或者句子中基因的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)歷了摘要和句子中的單詞和詞的索引，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶提交的查詢?cè)~匯迅速查找與它相匹配的摘要或者句子還有其中的基因，確定和查詢?cè)~匯共發(fā)生的全部基因。
　　2.數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建
　　MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言(Structured Query Language，SQL)來(lái)實(shí)現(xiàn)和

5、數(shù)據(jù)庫(kù)之間的交流。SQL語(yǔ)言的主要功能就是構(gòu)建各種數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)操作指令，用于插入、查詢、修改或刪除各類數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象。實(shí)現(xiàn)和MySQL的交互方式有指令行、編程接口、各類本地和遠(yuǎn)程的客戶端。最方便快速的方法是通過(guò)指令行與數(shù)據(jù)庫(kù)直接交流，在對(duì)SQL語(yǔ)言熟練的前提下，可以用編程接口對(duì)大數(shù)據(jù)量進(jìn)行操作。對(duì)于不熟悉SQL語(yǔ)言的或者想方便日常管理的用戶可以使用客戶端，進(jìn)行可視化的操作。
　　1)下載WampServer軟件，并安裝調(diào)試。
　　

6、2)新建數(shù)據(jù)庫(kù)，名稱為“anaysis_of_ microRNA”。
　　3)數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建的下一步是對(duì)表格的創(chuàng)建。在數(shù)據(jù)庫(kù)中新建表格，名稱為“microrna_stemcell_targetgene”。
　　4)將目前得到的記錄加載到數(shù)據(jù)庫(kù)中。加載數(shù)據(jù)有兩種方法，第一種方法為在MySQL命令提示符下，對(duì)每一條記錄進(jìn)行加載到數(shù)據(jù)庫(kù)中，該方法保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)所加載數(shù)據(jù)存在的問(wèn)題，但是消耗大量時(shí)間和人力;另外一種方法為將

7、所收集的記錄經(jīng)Excel表格進(jìn)行“.csv”格式轉(zhuǎn)換，在WampServer軟件利用數(shù)據(jù)直接加載控件直接將轉(zhuǎn)換的記錄加載到數(shù)據(jù)庫(kù)中，該方法可以節(jié)省時(shí)間，缺點(diǎn)為精確性不夠，不能實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)所加載數(shù)據(jù)存在的問(wèn)題。因此，在記錄加載中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際，合理使用兩種方法。
　　5)數(shù)據(jù)加工
　　瀏覽加載到數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，將不能正常顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行改正。
　　3.網(wǎng)站建設(shè)
　　在浪潮高性能計(jì)算集群服務(wù)器上，使用LAMP組合(Linux+

8、 Apache+ MySQL+PHP/Perl)，即整個(gè)系統(tǒng)工作在Linux平臺(tái)，Web服務(wù)器是Apache，使用MySQL作為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，同時(shí)運(yùn)用PHP/Perl腳本語(yǔ)言聯(lián)合HTML語(yǔ)言和JavaScript進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。在最大的限度上設(shè)計(jì)出一個(gè)穩(wěn)定并且容易擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，和一個(gè)簡(jiǎn)單而且方便操作的網(wǎng)頁(yè)界面。
　　PHP是一種執(zhí)行于服務(wù)器端的，嵌入HTML文檔的腳本語(yǔ)言，語(yǔ)言風(fēng)格與C語(yǔ)言相類似，如今被許多的網(wǎng)站編程職員普遍的使用。

9、在WEB服務(wù)器端中PHP腳本的運(yùn)行方法:當(dāng)WEB服務(wù)器收到一個(gè)WEB頁(yè)面請(qǐng)求的時(shí)候如果請(qǐng)求的是HTML文件，WEB服務(wù)器就直接給瀏覽器提供文件的顯示功能;如果請(qǐng)求的文件是以“.php”為擴(kuò)展名的，則WEB服務(wù)器先把文件傳給PHP引擎執(zhí)行，分析兩個(gè)PHP分界符號(hào)之間的PHP程序，然后再將PHP程序按照程序運(yùn)行的時(shí)候各類差異的條件轉(zhuǎn)換為相呼應(yīng)的HTML代碼返回給客戶端的瀏覽器。PHP奇特的語(yǔ)法包含了C、Java、Perl以及PHP自創(chuàng)的語(yǔ)法

10、，執(zhí)行動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)比CGI和Perl更加快速。
　　1)網(wǎng)頁(yè)整體布局。網(wǎng)頁(yè)一共分為五個(gè)部分，分別為:header1、header2、header3、menu、 cytoscapeweb。
　　2)連接數(shù)據(jù)庫(kù)。該課題的成敗在于是否可以順利連接相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。
　　3) microRNA、干細(xì)胞、靶基因之間的組合設(shè)置，共有八種組合關(guān)系。
　　4)關(guān)于microRNA和靶基因配對(duì)的圖像顯示。將想對(duì)應(yīng)的microRNA和靶基

11、因放入同一個(gè)數(shù)組中，其中microRNA為$geneNode[$id1]，靶基因?yàn)?geneNode[$id2]。
　　結(jié)果：
　　1.登陸GenClip2.0(http://ci.smu.edu.cn/GenCLip/analysis.php)，獲得包含關(guān)鍵詞為干細(xì)胞的的基因498個(gè)。
　　2.將獲得的基因復(fù)制到Excel2007中進(jìn)行篩選，選擇以“MIR”開頭的基因，63個(gè)。
　　3.將以“MIR”開頭的基因

12、重新輸入GenClip2.0中，分別選擇關(guān)鍵詞，得到286篇相關(guān)文獻(xiàn)。
　　4.對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)摘要進(jìn)行詳細(xì)閱讀，收集文獻(xiàn)的題目、PMID以及文獻(xiàn)涉及的干細(xì)胞類型、物種類型、靶基因、microRNA和靶基因之間的相互關(guān)系。
　　5.去掉沒(méi)有靶基因和干細(xì)胞類型的數(shù)據(jù)，最終獲得356條記錄。
　　從上述所得數(shù)據(jù)可以得到:
　　1.涉及文章118篇;
　　2.記錄中共涉及4種動(dòng)物模型，分別為人類、小鼠、大鼠、轉(zhuǎn)基因小鼠

13、;
　　3.microRNA中共收集58種，其中前三位分別為MIR145(共有55條記錄)、MIR21（共有31條記錄）、MIR34A（共有16條記錄）;
　　4.靶基因中共收集153種，其中前三位分別為Oct4（共有19條記錄）、Nanog（共有19條記錄）、Sox2（共有17條記錄）;
　　5.干細(xì)胞類型中共收集53種，其中前三位分別為mesenchymal stem cells（共有66條記錄）、embryoni

14、c stem cells（共有38條記錄）、breast cancer stemcells（共有27條記錄）。
　　6.干細(xì)胞中microRNA和靶基因相互作用的系統(tǒng)提供了三種檢索詞選擇，分別為干細(xì)胞類型、microRNA、靶基因等，可以形成八種不同的組合方式。
　　7.結(jié)果顯示了該檢索詞搭配條件下所檢索到的數(shù)量，以表格的方式顯示該檢索結(jié)果的序號(hào)、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、干細(xì)胞類型、microRNA、靶基因、作用以及來(lái)源文獻(xiàn)，其中micr

15、oRNA和靶基因可以鏈接到NCBI的GENE中相對(duì)應(yīng)的基因介紹網(wǎng)頁(yè)，來(lái)源文獻(xiàn)可以鏈接到NCBI的PubMed中所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)，讓使用者能夠快速、有效地了解所檢索信息的相關(guān)信息。同時(shí)，在網(wǎng)頁(yè)下方形成一個(gè)關(guān)系圖，直觀地展示出檢索得到的microRNA和靶基因之間的相互關(guān)系，所形成的關(guān)系圖可以進(jìn)行放大縮小等常規(guī)操作。
　　結(jié)論：
　　干細(xì)胞中microRNA和靶基因相互作用的數(shù)據(jù)庫(kù)的開發(fā)最大程度上設(shè)計(jì)出一個(gè)穩(wěn)定并且容易擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

16、，同時(shí)是一個(gè)簡(jiǎn)單并且容易操作的網(wǎng)頁(yè)界面。結(jié)果顯示了該檢索詞搭配條件下所檢索到的數(shù)量，以表格的方式顯示該檢索結(jié)果的序號(hào)、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、干細(xì)胞類型、microRNA、靶基因、作用以及來(lái)源文獻(xiàn)，其中microRNA和靶基因可以鏈接到NCBI的GENE中相對(duì)應(yīng)的基因介紹網(wǎng)頁(yè)，來(lái)源文獻(xiàn)可以鏈接到NCBI的PubMed中所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)，讓使用者能夠快速、有效地了解所檢索信息的相關(guān)信息。同時(shí)，在網(wǎng)頁(yè)下方形成一個(gè)關(guān)系圖，直觀地展示出檢索得到的microRNA

17、和靶基因之間的相互關(guān)系，所形成的關(guān)系圖可以進(jìn)行放大縮小等常規(guī)操作。解決了由于實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)眾多，雜亂無(wú)章，無(wú)法快速獲得所需干細(xì)胞類型中microRNA與靶基因的相互作用關(guān)系的問(wèn)題，給使用者的后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供參考，降低實(shí)驗(yàn)成本。然而，該系統(tǒng)還存在一些不足，收集文獻(xiàn)共118篇，在數(shù)量上不能很好地突出該實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)。沒(méi)有收集文獻(xiàn)中所涉及的實(shí)驗(yàn)材料和方法，對(duì)于實(shí)驗(yàn)者后續(xù)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)作用明顯減弱，不能高效地進(jìn)行更新，不能顯示實(shí)驗(yàn)材料和方法，網(wǎng)頁(yè)頁(yè)面不夠精美