与帕金森病相关基因的生化通路与蛋白质相互作用网络分析

来源 :天津医科大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:zhaimeng2
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
研究目的:作为一种常见的神经退行性疾病,帕金森病不仅严重影响病人及家人的生活质量,同时给社会造成了巨大的经济负担。尽管已经有很多研究致力于揭示帕金森病的致病机制,对于其分子机制的认识仍然很不充分。本研究旨在系统性地收集由遗传学研究确定的与帕金森病相关的人类基因,通过生物学功能富集和蛋白质互作网络(Protein-Protein Interaction Network,PPIN)分析,确定在帕金森病发生与发展过程中起主要作用的生物学通路,并构建与其相关的蛋白质互作网络,进而为理解与构建帕金森病的分子机制模型提供基础。与此同时,鉴于阿尔兹海默病和帕金森病存在普遍的共患病状态,本文又通过生物学功能和网络分析方法,对与两种疾病对应的相关基因进行比较,以探索两种疾病的分子机制的相互关系。研究方法:1.数据来源本研究通过特定检索关键词,对帕金森病和阿尔兹海默病的遗传相关研究报告进行筛选,分别收集由人类遗传学研究确定的与帕金森病或阿尔兹海默病相关的基因,即与帕金森病相关的基因集(Parkinson’s disease related gene set;PDgset)和与阿尔兹海默病相关的基因集(Alzheimer’s disease related gene set;Alzgset)。2.与帕金森病相关基因的功能富集分析利用Web Gestalt挖掘并分析PDgset中富集的GO Biological Process(BP)条目,从而确定与这些基因相关的主要生物学过程。3.生物学通路和通路串话分析应用Topp Gene工具确定PDgset显著富集的生物学通路,进一步通过分析通路间的串话,观察通路之间的相互联系,并利用Cytoscape软件将通路串话结果可视化。4.PPIN分析基于人类PPIN背景,计算PDgset的网络拓扑量值,以估测其网络拓扑性质。5.帕金森病特异蛋白网络的推断利用结点加权施泰纳最小树算法,推断帕金森病特定蛋白网络,并验证该蛋白网络的非随机性。同时,通过该网络预测帕金森病相关潜在基因。6.基于生物学功能和PPIN的PDgset和Alzgset的比较通过生物学功能富集分析和蛋白质互作网络拓扑分析,比较PDgset,Alzgset和78个两个数据集共有基因(Common gene set for PDgset and Alzgset,PAgset)三个基因数据集,探索帕金森病和阿尔兹海默病分子层面的关联性。研究结果:1.数据集的来源通过筛选遗传相关研究,收集到242个帕金森病相关基因和430个阿尔兹海默病相关基因。2.GO富集分析经由GO富集分析可以发现,很多与药物反应及代谢、神经发育或者突触传递、免疫反应等相关的GO生物学过程在PDgset中显著富集。例如,尼古丁反应、异生物的代谢、突触传递过程中多巴胺的摄取、神经突触可塑性的调控、白细胞介素6产物的正向调控等GO生物学过程条目。3.生物学通路和通路串话分析生物学通路富集分析结果显示,PDgset显著富集在与神经递质、免疫系统和代谢相关的生物学通路,如多巴胺能突触信号、5-羟色胺能突触信号、酪氨酸代谢通路、IL10抗炎信号、经由IL1R的信号传导等通路。此外,与雌激素信号和脂肪细胞因子信号相关的通路,也在PDgset中显著富集,表明帕金森病与雌激素信号和脂肪细胞因子信号介导的相关生命活动间可能存在联系。通路串话分析得出,PDgset富集通路主要分为两个互相联系的模块:一个与神经信号及其相关代谢通路相关,另一个主要与免疫系统通路相关。4.PPIN分析和帕金森特定蛋白网络的推断通过网络拓扑分析可以发现,PDgset的结点度分布具有显著的右偏特性。并且与尼古丁和癌症基因集相比较,较癌症基因集,PDgset的结点度分布和平均结点度与尼古丁基因集更接近且都具有较小的结点度,与癌症基因集差异很大,表明至少在网络层面上,可以观察到神经性疾病与癌症的显著差异性。通过构建帕金森特异蛋白网络,我们发现一些帕金森病相关的潜在基因,如SLC9A3R2、YWHAB及TYROBP等。5.基于生物学功能和PPIN的PDgset和Alzgset的比较通过比较PDgset和Alzgset富集到的GO生物学过程条目和生物学通路,发现两个基因集共有的GO条目和通路,在Alzgset相关GO条目和通路的排序更靠前;同时,通过比较PDgset、Alzgset和PAgset的网络拓扑量值,可以得到PAgset的网络特征值较PDgset和Alzgset更接近。综合生物学功能和网络特征值分析,我们可以得到,至少从分子层面上,PAgset与Alzgset更为接近,帕金森病和阿尔兹海默病的共有部分与阿尔兹海默病更为接近。研究结论:1.帕金森病的分子致病机制非常复杂。本研究结果显示,与突触传递及相关代谢、免疫等相关的生物学过程发生异常紊乱,最终引起多巴胺能神经元的退化、死亡。2.与癌症基因相比,PDgset和尼古丁成瘾相关基因,具有较少的蛋白相互连接数目,反映出神经病变与癌症具有显著差异。3.分子SLC9A3R2、YWHAB和TYROBP在帕金森病发生发展过程中可能起到重要作用,可作为帕金森病后续研究的潜在靶点。4.本文得出在分子层面上,帕金森病和阿尔兹海默病共有部分与阿尔兹海默病更为接近,为后续科学研究提供有价值的参考。同时,本文的方法亦可作为研究其他特定疾病的可选择分析框架,为探索复杂疾病致病分子机制提供了一条有效途径。
其他文献
本文通过对珠三角29家中小企业的深度访谈,深入了解了珠三角中小企业对CSR的认知、企业的CSR履行情况、CSR信息披露以及CSR对企业影响等。最后针对如何提高企业CSR的认识及促
论文首先分析运输车面临的威胁,并基于其面临威胁的雷达探测频率、极化形式及角域研究典型车辆的后向散射特性,给出运输车散射特性的分布规律,可用于指导同类车辆的雷达波散
<正> 外经贸部官员近日在第五届中国投资贸易洽谈会上说,中国将进一步扩大对外开放的领域和地域,有步骤地开放银行、保险、电信、贸易等领域,推动中西部地区的对外开放。外经
气体机各缸的不均匀性和燃烧的不充分有直接关系,我们针对引燃柴油油量和喷油提前角两个变量进行对比研究,一方面,立足于两者对燃烧滞燃期、缸内压力升高率、爆缸等变化规律,
<正>陶瓷绘画艺术是传统的美学思想为主导的艺术,它的艺术境界是通过时空境象的描绘,在情与景高度融汇后所体现出来的,意境是意和境的组合名词,"意"是情与理的统一,"境"是形
本文对上海市行道树树穴盖板现状进行了分析,指出了本市行道树盖板运用发展的五大特点,选择盖板应遵循"二适、三利、五标准",对各类型盖板的特点及运用进行了分析,指出了当前
我国采矿业快速发展,促使矿山的开发力度加大,随之产生大量矿山固体废弃物。通过对我国矿山固体废弃物现状的研究,以及矿山固体废弃物危害的分析,我们了解了矿山固体废弃物的
人口老龄化主要是老年人口比例在总人口中呈上升趋势的社会人口发展过程。人口老龄化是人类社会人口发展到一定阶段不可避免的产物,西方发达国家一般都已经进入人口老龄化。
<正>1初生仔猪的特点据来自世界各地的资料估计,分娩期间的仔猪死亡率在4%~10%,而断奶前的仔猪死亡率高达20%~30%,据来源于不同国家的数据统计表明,断奶前死亡率也在11.5%~18
多传感器数据融合是目前指控系统获取目标真实信息的重要途径。雷达作为一种重要的传感器,其对目标的观察精度分析是数据融合的重中之重,而对于观察同一目标的多雷达精度分析