幽门螺杆菌抗生素耐药基因突变位点鉴定与幽门螺杆菌感染相关胃癌ceRNA调控网络分析

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目的:幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,H.pylori)感染是多种胃疾病的重要病因,截止目前其致病机制仍不十分清楚。近年来,随着根除治疗的广泛实施,H.pylori对抗生素的耐药性逐年增加。本研究在前期工作基础之上主要聚焦于两个方面,1.筛选鉴定与H.pylori克拉霉素(clarithromycin,CAM),左氧氟沙星(levofloxacin,LVX)和甲硝唑(metronidazole,MNZ)耐药相关基因突变位点;2.构建H.pylori感染相关胃癌差异基因ceRNA调控网络,探讨相关分子的生物学功能和预后相关性。本研究将为H.pylori感染相关耐药性与致病性的进一步深入研究提供线索和理论依据。研究方法:1.利用分子对接模拟分析本组前期研究获得的9个23S rRNA耐药相关突变位点、35个rdxA耐药相关突变位点、4个gyrA耐药相关突变位点与CAM,LVX和MNZ之间的相互作用,以明确可能的耐药相关突变位点。进一步利用自然转化方法对筛选出的部分位点进行体外验证。2.从TCGA数据库中提取有或无H.pylori感染的胃癌患者RNA表达数据,包括20例H.pylori感染和168例无H.pylori感染的胃癌患者。选取2012年至2014年之间接受胃癌切除手术的70例患者术后新鲜胃癌组织标本。利用R软件计算得出差异表达的lncRNA,miRNA和mRNA,构建lncRNA-miRNA-mRNA ceRNA网络,并对差异表达的mRNA进行GO及通路富集分析,通过STRING数据库构建PPI互作网络,对差异表达的lncRNA和miRNA进行生存分析,最后利用胃癌组织标本进行qRT-PCR验证。结果:1.分子对接分析结果表明,H.pylori 23S rRNA A2143G,G1949A,C1953T,G2211T位点突变后和CAM之间的结合减弱。经进一步自然转化验证,G1949A是与CAM耐药有关的新发突变位点,并且23S上双突变菌株(G1949A和A2143G)能够提高CAM耐药浓度;与MNZ耐药相关位点的模拟分析发现,共有24个rdxA基因突变位点与抗生素结合能力减弱。进一步自然转化实验成功验证了第110位点的终止密码子突变、第58位点移码突变以及M21A突变与MNZ耐药相关;经分子对接分析,筛选出LVX耐药相关基因gyrA的突变位点主要是87,91,99和143,其中87和91位点的突变已被报道与之相关,而99和143位点为本研究的新发位点。2.通过使用TCGA数据库进行生物信息学分析,在有/无H.pylori感染胃癌的比较中我们发现了27个DElncRNA,32个DEmiRNA和257个DEmRNA,这些基因可能参与了H.pylori感染相关胃癌的调控。进一步,我们构建了由11个DElncRNA,10个DEmiRNA和219个DEmRNA组成的H.pylori阳性胃癌ceRNA网络。GO分析表明,ceRNA网络的DEmRNA的细胞功能中序列特异性DNA结合,蛋白水解过程和外泌体最为显著,“PI3K-Akt信号传导通路”是最有可能发挥作用的通路。通过蛋白互作分析获得了最有意义的功能模块,其可能参与角蛋白丝及角质化过程影响疾病的发展。生存分析结果发现,有4种DElncRNA(LINC01254,LINC01287,LINC01524,U95743.1)和4种DEmiRNA(miR-302b,miR-302a,miR-378g,miR-1286)与胃癌患者的生存有关。最后,我们利用qRT-PCR在新鲜胃癌组织中对上述lncRNA分子进行验证,结果显示,在H.pylori阳性胃癌组织中LINC01254,LINC01287,LINC01524,U95743.1的表达高于H.pylori阴性胃癌组织,与TCGA的预测结果相符。结论:1.与H.pylori CAM耐药相关的新发突变包括23S rRNA的G1949A,C1953T,G2211T,经自然转化成功验证G1949A与CAM耐药的相关性,且对A2143G突变位点耐药具有协同促进作用;与H.pylori MNZ耐药相关的rdxA基因上共有24个新发突变位点,经自然转化成功验证110、58位点和M21A位点突变能够影响MNZ的耐药性;与H.pylori LVX耐药相关的gyrA基因除87,91位点外,99,143位点突变为本研究新现的耐药相关突变位点。2.利用TCGA数据库挖掘,我们成功构建了H.pylori感染相关胃癌ceRNA调控网络,包含11个DElncRNA,10个DEmiRNA和219个DEmRNA;网络分子主要参与蛋白水解等细胞生物学功能,主要富集于PI3K-Akt等信号传导通路;调控网络中LINC01254,LINC01287,LINC01524,U95743.1分子可能与H.pylori阳性胃癌致病作用及预后相关。
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