數(shù)據(jù)挖掘在NDRG2轉(zhuǎn)錄調(diào)控和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究中的應(yīng)用.pdf

1、近年來，高通量技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用導(dǎo)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(zhì)序列，DNA微陣列和生物醫(yī)學(xué)圖像等。為了利用這些數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)可應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究的信息，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)得以開發(fā)和發(fā)展。在生物醫(yī)學(xué)研究中，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)發(fā)揮了越來越重要的作用，并已成為生物醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)過程的一部分。在我們的研究中，我們應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，首次從HepG2細(xì)胞的表達(dá)譜芯片中提煉出有效信息，創(chuàng)新性的預(yù)測了NDRG2的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子及NDRG2與Dusp6

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

3、降解和細(xì)胞分泌相關(guān)的基因表達(dá)降低。進(jìn)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(xì)胞中的作用機(jī)制提供分子基礎(chǔ)。
　　為了理解NDRG2在不同條件下的表達(dá)模式，我們創(chuàng)新性的使用ARACNE算法和模體掃描預(yù)測了調(diào)節(jié)NDRG2表達(dá)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點。為了提高預(yù)測的精確

4、性，我們用ARACNE算法來估算NDRG2與這些轉(zhuǎn)錄因子的相關(guān)性。最終，我們得到了53個可能調(diào)節(jié)NDRG2基因表達(dá)的候選轉(zhuǎn)錄因子。在這些轉(zhuǎn)錄因子中，由于KLF4可以誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞分化，我們選擇KLF4進(jìn)行實驗驗證。對這些轉(zhuǎn)錄因子的功能分析表明，它們主要與細(xì)胞分化，器官發(fā)育和細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運輸和定位有關(guān)。這與之前的研究結(jié)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(zhuǎn)導(dǎo)。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(jìn)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(yù)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(dá)譜數(shù)據(jù)和蛋白質(zhì)序列特征預(yù)測了Dusp6的相互作用分子。我們用MINDy算法來發(fā)現(xiàn)Dusp6的調(diào)節(jié)蛋白，用Pred_PPI來提高預(yù)測的準(zhǔn)確性。通過這一方法，我們成功預(yù)測了Mapk8為Dusp6的相互作