用計(jì)算生物學(xué)方法根據(jù)基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)挖掘大鼠肝再生關(guān)鍵基因研究.pdf

1、生物高通量技術(shù)可以同時(shí)檢測數(shù)以萬計(jì)的基因或蛋白的表達(dá)水平，檢測基因表達(dá)的技術(shù)主要包括的生物芯片技術(shù)和生物高通量測序技術(shù)，檢測蛋白表達(dá)的技術(shù)主要有雙向電泳加質(zhì)譜或是iTRAQ技術(shù)等。生物高通量技術(shù)使生物學(xué)家或醫(yī)學(xué)工作者有機(jī)會(huì)從整個(gè)基因組水平檢測細(xì)胞內(nèi)基因/蛋白的表達(dá)情況。但是，如何解釋和分析這些高通量技術(shù)所產(chǎn)生的大量的數(shù)據(jù)仍是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。為此，本研究采取多種方法，對(duì)大鼠肝再生基因芯片檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的挖掘，并從中找出了一些在肝

2、再生過程中起重要作用的基因。
　　目前，常用的選擇特征基因的算法過濾法、包裝法、內(nèi)含法。其中，過濾法的特點(diǎn)是計(jì)算速度快，效率較高，是最常用的算法。本研究首先運(yùn)用過濾法的12種算法選擇特征基因，然后，建立整合統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，即統(tǒng)計(jì)基因在每種方法中的名次之和，按名次之和，從小到大排序，同時(shí)以基因在各種方法中出現(xiàn)的頻率，從大到小排序，又進(jìn)一步加和兩種排序后，從小到大排序。在此基礎(chǔ)上，分別采用序列向前法和遺傳算法并結(jié)合四種分類器:決策樹，支持

3、向量機(jī)，樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等對(duì)特征基因進(jìn)行了進(jìn)一步的篩選。為了進(jìn)一步分析特征基因之間的相互作用關(guān)系，本研究采用當(dāng)前研究較熱的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法分別構(gòu)建了大鼠肝再生關(guān)鍵基因的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)靜態(tài)、分階段和整體的動(dòng)態(tài)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，和Pathway studio中已經(jīng)報(bào)道過的和真實(shí)的基因相互作用關(guān)系進(jìn)行了對(duì)比。然后通過網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)上述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了分析。整合統(tǒng)計(jì)學(xué)方法結(jié)果表明，整合統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和大部分方法結(jié)果相吻合，有效的避免了使用固定一種方法出現(xiàn)的偏

4、差，其中，基于相關(guān)系數(shù)的方法和基于T檢驗(yàn)的方法吻合率最高。用整合統(tǒng)計(jì)學(xué)方法篩選的1000個(gè)大鼠肝再生特征基因中，文獻(xiàn)報(bào)道135個(gè)基因與肝再生相關(guān)。這些基因參與細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化、免疫反應(yīng)等多種生理活動(dòng)，與已知的肝再生涉及的生理活動(dòng)一致。包裝法結(jié)果表明，從分類正確率指標(biāo)來看，兩種方法都能在相對(duì)較少的基因數(shù)目的基礎(chǔ)上，達(dá)到很高的分類正確率。其中序列向前法在4-5個(gè)基因時(shí)，三個(gè)分類器的分類正確率達(dá)到了100％。遺傳算法在經(jīng)過多代以后也都達(dá)到了

5、99％左右，說明所選的基因在PH組和SO組之間有很高的區(qū)分度。通過查找相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)序列向前法所選基因都是與代謝密切相關(guān)，遺傳算法所選基因與肝再生關(guān)系密切，如Myc原癌基因參與細(xì)胞增殖和癌發(fā)生;Glod5在肝腫瘤組織中上調(diào)，可能參與負(fù)調(diào)控肝腫瘤。Ccdc126為盤繞圈狀結(jié)構(gòu)域蛋白家族成員，在肝臟、腎、血液中特異性表達(dá)。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法結(jié)果表明，在分階段網(wǎng)絡(luò)中啟動(dòng)階段和終止階段網(wǎng)絡(luò)較稀疏，進(jìn)展階段的網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜，和肝再生實(shí)際情況符合。貝葉斯網(wǎng)

6、絡(luò)中和實(shí)際發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)中得分最高的前18條相互關(guān)系中有7條已經(jīng)被文獻(xiàn)報(bào)道。在整個(gè)肝再生中通過時(shí)間點(diǎn)敲出實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，12h對(duì)于整個(gè)肝再生過程的影響最大。文獻(xiàn)資料表明，12h是肝再生啟動(dòng)和進(jìn)展階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，對(duì)肝再生過程意義重大。通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的分析發(fā)現(xiàn)了很多重要的節(jié)點(diǎn)基因。Tec基因，在肝再生早期表達(dá)，可能參與到了已分化肝細(xì)胞的激活反應(yīng)中。Lyn可能參與負(fù)調(diào)控早期階段的由線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡反應(yīng)，在肝損傷早期抑制肝細(xì)胞凋亡。
　　綜上所述