用計算生物學方法根據(jù)基因表達譜數(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)可以同時檢測數(shù)以萬計的基因或蛋白的表達水平，檢測基因表達的技術(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)使生物學家或醫(yī)學工作者有機會從整個基因組水平檢測細胞內(nèi)基因/蛋白的表達情況。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)仍是一個相當大的挑戰(zhàn)。為此，本研究采取多種方法，對大鼠肝再生基因芯片檢測數(shù)據(jù)進行了較為系統(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，過濾法的特點是計算速度快，效率較高，是最常用的算法。本研究首先運用過濾法的12種算法選擇特征基因，然后，建立整合統(tǒng)計學方法，即統(tǒng)計基因在每種方法中的名次之和，按名次之和，從小到大排序，同時以基因在各種方法中出現(xiàn)的頻率，從大到小排序，又進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，樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等對特征基因進行了進一步的篩選。為了進一步分析特征基因之間的相互作用關(guān)系，本研究采用當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)鍵基因的各個時間點靜態(tài)、分階段和整體的動態(tài)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，和Pathway studio中已經(jīng)報道過的和真實的基因相互作用關(guān)系進行了對比。然后通過網(wǎng)絡(luò)分析法對上述網(wǎng)絡(luò)進行了分析。整合統(tǒng)計學方法結(jié)果表明，整合統(tǒng)計學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檢驗的方法吻合率最高。用整合統(tǒng)計學方法篩選的1000個大鼠肝再生特征基因中，文獻報道135個基因與肝再生相關(guān)。這些基因參與細胞增殖、細胞分化、免疫反應(yīng)等多種生理活動，與已知的肝再生涉及的生理活動一致。包裝法結(jié)果表明，從分類正確率指標來看，兩種方法都能在相對較少的基因數(shù)目的基礎(chǔ)上，達到很高的分類正確率。其中序列向前法在4-5個基因時，三個分類器的分類正確率達到了100％。遺傳算法在經(jīng)過多代以后也都達到了

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原癌基因參與細胞增殖和癌發(fā)生;Glod5在肝腫瘤組織中上調(diào)，可能參與負調(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。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法結(jié)果表明，在分階段網(wǎng)絡(luò)中啟動階段和終止階段網(wǎng)絡(luò)較稀疏，進展階段的網(wǎng)絡(luò)較為復雜，和肝再生實際情況符合。貝葉斯網(wǎng)

6、絡(luò)中和實際發(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)被文獻報道。在整個肝再生中通過時間點敲出實驗發(fā)現(xiàn)，12h對于整個肝再生過程的影響最大。文獻資料表明，12h是肝再生啟動和進展階段的轉(zhuǎn)折點，對肝再生過程意義重大。通過對網(wǎng)絡(luò)指標的分析發(fā)現(xiàn)了很多重要的節(jié)點基因。Tec基因，在肝再生早期表達，可能參與到了已分化肝細胞的激活反應(yīng)中。Lyn可能參與負調(diào)控早期階段的由線粒體介導的細胞凋亡反應(yīng)，在肝損傷早期抑制肝細胞凋亡。
　　綜上所述