轉(zhuǎn)移潛能遞進(jìn)的肝癌細(xì)胞系模型多組學(xué)數(shù)據(jù)整合分析研究.pdf

1、2006年中，隨著人類基因組一號染色體的全部序列測序完成，人類完成了全部染色體（22+XY）的測序工作，人類進(jìn)入后基因組時代。在此之后，人類不斷推進(jìn)技術(shù)和儀器的更新，為了解讀所謂“生命天書”的人類基因組做出各種嘗試。各類組學(xué)技術(shù)在這樣的背景下大力發(fā)展，成為后基因組時代生物學(xué)研究的熱門領(lǐng)域。而在各類組學(xué)研究層出不窮，新興技術(shù)迅速涌現(xiàn)的今天，以高通量測序技術(shù)（high-throughput sequencing,HTS）為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)錄組學(xué)和以

2、串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)為基礎(chǔ)的蛋白質(zhì)組學(xué)（tandem mass spectrometry,MS/MS）憑借高覆蓋率，高精度，高通量等特點，成為生物大數(shù)據(jù)時代組學(xué)研究的中流砥柱。
　　隨著近年來高通量測序技術(shù)和質(zhì)譜技術(shù)的不斷進(jìn)步，運用轉(zhuǎn)錄組學(xué)或蛋白質(zhì)組學(xué)對生物學(xué)問題的研究水平不斷提高，成果越來越多。但利用組學(xué)技術(shù)解答生物學(xué)問題的研究中，多數(shù)只關(guān)注轉(zhuǎn)錄組或蛋白質(zhì)組，少有研究同時利用兩者，整合分析轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)。依照中心法則，一個基因的轉(zhuǎn)

3、錄本中攜帶的遺傳信息通過翻譯傳遞到蛋白產(chǎn)物中，這二者的表達(dá)量之間必然有一定聯(lián)系。但上升到組學(xué)水平后，研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組之間的相關(guān)性并不如預(yù)期，這意味著轉(zhuǎn)錄和翻譯過程具有復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制。在這樣的基礎(chǔ)上，我們?nèi)钥梢詮膬煞N組學(xué)數(shù)據(jù)的整合分析中獲得從單一組學(xué)數(shù)據(jù)中不能獲得的知識。
　　目前，多組學(xué)數(shù)據(jù)整合分析存在兩個極端，一方面生物信息學(xué)家利用統(tǒng)計學(xué)和計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的先進(jìn)知識，開發(fā)了很多多組學(xué)數(shù)據(jù)整合的算法，但缺乏實踐應(yīng)用；另一方面

4、多數(shù)組學(xué)領(lǐng)域的研究者只精通一種組學(xué)數(shù)據(jù)的分析處理手段，即使獲得多組學(xué)數(shù)據(jù)也只是簡單的進(jìn)行整合。本文針對上述問題，通過選取合適的算法和軟件，對轉(zhuǎn)移潛能遞進(jìn)的肝癌細(xì)胞系模型的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)進(jìn)行了整合分析，具體內(nèi)容有以下幾個方面：
　　1.組學(xué)數(shù)據(jù)分析結(jié)果中具有不可避免的假陽性，為了獲取真實可靠的分析數(shù)據(jù)，嚴(yán)格的原始數(shù)據(jù)處理和質(zhì)控流程必不可少。本文針對基于RNA-Seq的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和基于SILAC標(biāo)記的定量蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)，根據(jù)各自的

5、實驗設(shè)計選取合適的原始數(shù)據(jù)處理和分析流程，在經(jīng)過組學(xué)數(shù)據(jù)基本信息分析后獲得了高質(zhì)量的表達(dá)譜。在此基礎(chǔ)上選用EdgeR方法和ANOVA方法分別對轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組中的差異表達(dá)基因/蛋白進(jìn)行篩選，獲得各自的差異表達(dá)譜，用于進(jìn)一步分析。
　　2.基于轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組的差異表達(dá)譜，我們分析了不同生物樣品的組學(xué)數(shù)據(jù)內(nèi)部，以及轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組之間的相關(guān)性。并通過定義累積差異，選取組學(xué)數(shù)據(jù)間差異較大的基因，并對這些基因功能的同質(zhì)性與肝癌轉(zhuǎn)移潛能的

6、增加之間的關(guān)系進(jìn)行分析。為了研究轉(zhuǎn)移潛能增加過程中，蛋白質(zhì)組的動態(tài)變化，我們對差異表達(dá)蛋白的動態(tài)變化模式進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在肝癌細(xì)胞系模型中，蛋白質(zhì)組的顯著變化可分為四個類群，且這些類群的基因在功能上具有一定的特征性。
　　3.上述多組學(xué)數(shù)據(jù)整合分析的思想和流程，我們也應(yīng)用到了人類染色體蛋白質(zhì)組計劃（C-HPP）的相關(guān)研究中。我們對肝癌細(xì)胞系的基因組、轉(zhuǎn)錄組、翻譯組和非標(biāo)定量蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)進(jìn)行了整合分析，闡述了組學(xué)數(shù)據(jù)之間反映出的遺傳信

7、息流的變化，并對不同組學(xué)數(shù)據(jù)的相關(guān)性進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，我們依據(jù)大規(guī)模數(shù)據(jù)集整合分析提供的線索，利用多種富集策略對肝癌細(xì)胞系中可能表達(dá)的漏檢蛋白進(jìn)行了針對性的檢測。
　　綜上所述，本文通過對轉(zhuǎn)移潛能遞進(jìn)的肝癌細(xì)胞系模型的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，建立了從多組學(xué)原始數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)質(zhì)量分析，差異表達(dá)篩選到組學(xué)數(shù)據(jù)功能聚類，蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等系統(tǒng)生物學(xué)分析的完整流程，對肝癌轉(zhuǎn)移侵襲能力增強過程中的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組變化進(jìn)行了