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转录因子(transcription factor,TF)是一类通过结合特定DNA序列而选择性的激活或抑制基因表达的蛋白质,在转录调控过程发挥重要功能,鉴定和注释是其生物学功能研究的基础。TF和miRNA分别作为转录水平和转录后水平的关键调控因子,可以形成前馈环或反馈环协同调控靶基因表达,该种调控方式已被成功的应用到乳腺癌和神经脑胶质瘤等的研究中。我们合作方之前的研究发现,慢性髓系细胞白血病(Chronic myeloid leukemia,CML) K562细胞系释放的微泡,在持续加样14天后正常单个核细胞群体中出现少量类似急性白血病的癌细胞,21天后绝大部分单个核细胞转变成急性白血病表型的癌细胞。这个系统可作为稳定产生癌变细胞和研究CML急变的模型,但转化过程中的分子机理还不清楚。本研究,首先系统地预测了已测序动物物种的TF并进行详细的功能注释和数据库构建,通过构建TF-miRNA共调控网络,分析了 K562微泡诱导正常单个核细胞癌变模型中基因的失调机制,并对关键TF和miRNA的作用机理进行阐述,取得以下重要结果。第一,通过文献阅读和数据库检索,收集了完整的动物转录因子家族并为每个家族构建隐马尔科夫模型(Hidden Markov Model,HMM),利用HMM对所有已测序动物物种的TF进行了全面地预测和注释,并构建成数据库AnimalTFDB。首先,该数据库共包含65个动物物种,70个TF家族,72336个TF基因、21053个转录辅因子和6502个染色质重塑因子,是目前最完整的动物转录因子数据库。其次,我们分别在基因和家族层面对三类调控因子进行注释和分析,提供了大量有用的信息。在基因层面,包括基因的基本信息、功能结构域、GO注释、KEGG和BioCarta注释、同源基因、基因表达量、基因表型、蛋白相互作用、TF结合位点和靶基因信息等。在TF家族层面,我们为每个TF家族提供了结构和功能描述,对同一家族的DNA结合结构域进行多序列比对和进化树构建。此外,该数据库还提供了在线的TF预测平台和BLAST搜索工具,方便研究者对新测序物种进行转录因子预测。第二,为了研究K562微泡诱导正常单个核细胞癌变过程中的作用机制,我们对K562分泌的微泡、正常单个核细胞(MNC)、转化一周(1W)、两周(2W)和三周(3W)的细胞进行转录组和小RNA测序,并将MNC-1W、1W-2W、2W-3W作为细胞转化的三个阶段。第一步,利用多种分析方法研究了不同转化阶段细胞间的差异。通过差异表达分析,得到了 3717个差异基因和143个差异miRNA。GO富集分析发现,三个转化过程中多数差异基因富集在免疫相关的信号通路,另外在2W-3W过程中大量细胞增殖和凋亡相关基因出现差异表达。基因聚类分析发现,在3W样本中上调的基因多参与细胞增殖、DNA损伤修复、氧化还原反应和新陈代谢等过程,下调的基因多与细胞凋亡、免疫应答和信号传递有关;miRNA聚类结果显示,在3W样本中上调的miRNA多为促癌miRNA,比如miR-17-92和miR-183/96/182,下调的miRNA多为抑癌miRNA,比如let-7家族、miR-181家族和miR-15a/16-5p等。第二步,利用TF-miRNA共调控网络分析,发现大量差异TF和miRNA与上述基因的失调有关,尤其是微泡中高表达的TF (如YBX1、MYC、STAT5A、GATA2)和miRNA(如 miR-146b-5p、miR-17-92、miR-92b-3p),这些调控因子与 BCR-ABL1 一起上调细胞增殖、DNA损伤修复、能量代谢和PI3K/AKT通路基因的表达,下调细胞凋亡、免疫系统和肿瘤抑制基因的表达。而且,这些高表达调控因子还可激活促癌TF和miRNA,抑制抑癌TF和miRNA的表达。我们筛选了 miR-146b-5p进行实验验证,荧光素酶报告实验和细胞内转染实验显示,miR-146b-5p通过抑制NUMB和NOTCH2的表达,加速正常单个核细胞到白血病细胞的转化,在诱导过程起到重要作用。本研究系统的预测了动物转录因子并提供丰富的注释信息,为动物转录因子的功能和比较基因组学研究提供了可靠的数据资源。通过对K562微泡诱导正常单个核细胞癌变模型的差异比较和调控网络分析,发现了促进细胞转化的关键TF和miRNA,并通过实验证实了 miR-146b-5p上调可以加速正常单个核细胞癌变,为CML的发生发展和治疗提供了新的研究思路和分子靶标。