數(shù)據(jù)挖掘在NDRG2轉錄調控和信號轉導研究中的應用.pdf

1、近年來，高通量技術在生物醫(yī)學研究中的應用導致了大量生物數(shù)據(jù)的積累。這些數(shù)據(jù)涉及基因與蛋白質序列，DNA微陣列和生物醫(yī)學圖像等。為了利用這些數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)可應用于生物醫(yī)學研究的信息，數(shù)據(jù)挖掘技術得以開發(fā)和發(fā)展。在生物醫(yī)學研究中，數(shù)據(jù)挖掘技術發(fā)揮了越來越重要的作用，并已成為生物醫(yī)學發(fā)現(xiàn)過程的一部分。在我們的研究中，我們應用數(shù)據(jù)挖掘技術，首次從HepG2細胞的表達譜芯片中提煉出有效信息，創(chuàng)新性的預測了NDRG2的轉錄調控因子及NDRG2與Dusp6

2、的相互作用分子。
　　由于NDRG2在腫瘤細胞中的表達是降低的，為了全面理解NDRG2對腫瘤細胞的生物學效應，我們用表達譜芯片檢測了HepG2細胞的基因表達，并對芯片數(shù)據(jù)進行了富集度分析。GO生物學過程分析表明參與G蛋白信號轉導的基因表達增加了。我們選擇其中5個基因進行qRT-PCR驗證。而參與細胞M期的基因則降低了，這與細胞周期的分析結果一致。信號通路分析表明與血細胞分化和細胞粘附有關的分子表達明顯增加，與蛋白的GPI修飾，蛋白

3、降解和細胞分泌相關的基因表達降低。進一步通過模體分析和實驗驗證，我們發(fā)現(xiàn)NDRG2可以增加p38的磷酸化水平。通過富集度分析，我們成功從芯片數(shù)據(jù)中提取了有效信息，并為理解NDRG2在腫瘤細胞中的作用機制提供分子基礎。
　　為了理解NDRG2在不同條件下的表達模式，我們創(chuàng)新性的使用ARACNE算法和模體掃描預測了調節(jié)NDRG2表達的轉錄因子。通過模體掃描，我們發(fā)現(xiàn)在NDRG2啟動子區(qū)域有129個轉錄因子的結合位點。為了提高預測的精確

4、性，我們用ARACNE算法來估算NDRG2與這些轉錄因子的相關性。最終，我們得到了53個可能調節(jié)NDRG2基因表達的候選轉錄因子。在這些轉錄因子中，由于KLF4可以誘導結腸癌細胞分化，我們選擇KLF4進行實驗驗證。對這些轉錄因子的功能分析表明，它們主要與細胞分化，器官發(fā)育和細胞內物質的運輸和定位有關。這與之前的研究結果是一致。
　　最后，為了發(fā)現(xiàn)NDRG2的相互作用分子，我們搜索了NDRG2在擬南芥中的同源物，并鑒定出NDL1,N

5、DL2和NDL3為NDRG2的同源蛋白。這些NDL蛋白曾被報道可以與AGB1和RGS1相互作用，這提示NDRG2可以與這兩個分子的人的同源物相互作用。AGB1為G蛋白三聚物的β亞單位。在人中，有5個AGB1的同源物，即GNB1—GNB5。RGS1為一GTP酶激活物，其可以與G蛋白三聚物的α亞單位相互作用,激活其活性使GTP發(fā)生水解，從而抑制G蛋白信號通路的轉導。盡管只在擬南芥中只有一個RGS蛋白，但是，在人中卻有20個左右的RGS蛋白。

6、在這些蛋白中，RGS5與擬南芥中的RGS1的序列最相似，因而用于進一步的實驗驗證。通過免疫共沉淀實驗和His-pulldown實驗，我們發(fā)現(xiàn)RGS5可以與NDRG2相互作用。為了建立一種可以預測某一蛋白相互作用分子的方法，我們首次聯(lián)合基因表達譜數(shù)據(jù)和蛋白質序列特征預測了Dusp6的相互作用分子。我們用MINDy算法來發(fā)現(xiàn)Dusp6的調節(jié)蛋白，用Pred_PPI來提高預測的準確性。通過這一方法，我們成功預測了Mapk8為Dusp6的相互作