2型糖尿病小鼠肝脏代谢动态网络的系统分析与小RNA高通量测序的生物信息学分析

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近年来随着我国人民生活水平的提高,糖尿病患病率日趋增加,已经成为常见病多发病。不断增多的糖尿病致残率严重影响人们的健康和生活质量。目前通过药物强化控制血糖水平,明显增加了家庭及社会的经济负担。提高2型糖尿病(T2DM)发病机制研究、临床诊断水平和发现新的治疗靶点,是降低T2DM致残率,改善患者生活质量和保护社会劳动力的重要方法。而T2DM患者常伴随着血脂异常,脂代谢异常为2型糖尿病及其并发症的原发性病理生理过程。至今还没有完善的T2DM糖脂代谢物与相关基因相互关系的整体水平研究,这些都制约了T2DM临床治疗手段的完善。  本研究针对糖代谢和脂代谢中糖脂代谢物与相关基因的网络关系,进行整体水平上的建模与仿真。采用高通量测序获得差异基因表达谱,运用数字化基因表达谱差异基因检测方法,筛选出T2DM小鼠与正常对照小鼠的差异表达基因。重建T2DM小鼠肝脏糖脂代谢网络,分析基因表达量和代谢物含量变化趋势间的关系。利用微分方程描述系统的动力学特征,将上述重建的T2DM小鼠肝脏糖脂代谢网络生物学模型转化为数学语言描述的数学模型。应用计算机进行动态模拟,实现代谢网络的动态仿真,定量描述糖脂代谢网络代谢物和基因之间的相互作用。依据仿真结果,探讨糖代谢和脂代谢网络间相互作用和相互调控形成的复杂网络的动态平衡分子机制。  另外,近年来小RNA的研究发展迅猛,本研究对2型糖尿病小鼠小RNA进行了高通量测序。本研究发现,测序数据中存在相当数量和已有的人、小鼠等哺乳动物基因组不能匹配的小RNA,这些小RNA中相当一部分可以和rDNA完全匹配,我们首次将其命名为小核糖体RNA(Small rDNA-derived RNA)。在此基础上,比较系统地分析了人、小鼠等物种的srRNA,发现srRNA主要分布在rDNA的编码区并和正义链相匹配。利用拟南芥、果蝇和人的Agronaute(AGO)蛋白免疫沉淀的小RNA高通量测序数据分析发现,srRNA可以和AGO蛋白特异性结合。进一步的小鼠糖尿病模型研究发现,srRNA的表达谱和糖尿病存在相关性。并且利用细胞模型的初步研究发现,srRNA具有生物学功能。  本研究结果将有利于发现对T2DM具有明显影响作用的关键基因和代谢物,有助于从整体的角度阐明糖脂代谢网络在T2DM发生发展中的调控机制。srRNA这一新概念的提出,一方面会加深对于小RNA的理解,另一方面会引起科研人员对于srRNA在不同生理病理过程中的作用和机制的重视,为糖尿病等疾病的诊断和治疗提供新的思路,从而对T2DM的防治有着积极的推动作用。
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