鎳離子細(xì)胞毒性差異表達(dá)基因生物信息學(xué)分析.pdf

1、本論文的研究目的之一是在實(shí)驗(yàn)室前期對(duì)100μmol/L和200μmol/L兩種濃度的鎳離子細(xì)胞毒性基因表達(dá)芯片實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用生物信息學(xué)的分忻方法，對(duì)鎳離子細(xì)胞毒性基因表達(dá)芯片實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從基因組水平上探索Ni<'2+>離子對(duì)細(xì)胞毒性的分子機(jī)理，評(píng)價(jià)其分子生物相容性。分析的對(duì)象是100μmol/L和200 μmol/L兩種濃度的鎳離子作用小鼠結(jié)締組織成纖維細(xì)胞(L929)前后的基因表達(dá)譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用 Cluster & Tre

2、eView軟件對(duì)基因表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行樣本和基因聚類，將聚類結(jié)果按表達(dá)模式分類，詳細(xì)描述各類基因表達(dá)變化；利用基于 GO (Gene Ontology)基因功能分類體系的(GoSurfer軟件，將差異表達(dá)基因進(jìn)行功能分類，通過差異表達(dá)基因的富集程度來尋找實(shí)驗(yàn)條件相關(guān)的基因功能類；利用IngenuityPathway Anatysis(IPA)分析平臺(tái)對(duì)差異表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行基因作用網(wǎng)絡(luò)和路徑分析，結(jié)合文獻(xiàn)知識(shí)探討Ni<'2+>離子對(duì)細(xì)胞的分子毒性機(jī)

3、理。研究目的之二是探索研究生物材料與機(jī)體相互作用的機(jī)理的新途徑，為建立基于基因表達(dá)芯片技術(shù)的生物材料相容性評(píng)價(jià)的新方法打下基礎(chǔ)。 本論文的具體工作如下： 1．整理100 μmol/L和200μmol/L兩種濃度的鎳離子細(xì)胞毒性基因表達(dá)芯片實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，篩選出每個(gè)實(shí)驗(yàn)組在兩次實(shí)驗(yàn)中均差異表達(dá)、表達(dá)趨勢(shì)一致且有基因標(biāo)識(shí)的基因。統(tǒng)計(jì)100 μmol/L和200 μmol/L兩種濃度的鎳離子分別作用細(xì)胞12h、24h、48h和

4、72h的差異表達(dá)基因，分析差異表達(dá)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，并對(duì)兩個(gè)濃度各實(shí)驗(yàn)組的差異表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對(duì)鎳離子可能導(dǎo)致的差異表達(dá)情況趨勢(shì)的變化進(jìn)行簡(jiǎn)單討論。 2．運(yùn)用Cluster & TreeView軟件對(duì)差異表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，首先對(duì)200 μmol/L鎳離子作用細(xì)胞12h、24h、48h和72h發(fā)生差異表達(dá)的2439個(gè)基因進(jìn)行層次聚類分析，200μMNi<'2+>處理48h實(shí)驗(yàn)組與72h實(shí)驗(yàn)組的基因表達(dá)差異情況最相似，可能說明了

5、在200μM Ni<'2+>處理48h，72h或更長的時(shí)間大量基因的表達(dá)有一定的相似性。并且將聚類結(jié)果按表達(dá)模式分類，詳細(xì)描述各類基因表達(dá)變化情況。接著又對(duì)100 μmol/L 和200 μmol/L 兩個(gè)濃度Ni<'2+>作用細(xì)胞所有發(fā)生差異表達(dá)的基因(2998個(gè))進(jìn)行聚類分析，200μM-12h組與100μM-12h組兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組被聚類在一起，說明這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組的差異表達(dá)狀況相似，可能也說明在短時(shí)間內(nèi)細(xì)胞對(duì)這兩個(gè)濃度Ni<'2+>的應(yīng)激

6、響應(yīng)過程類似；100μM-24h組和100μM-48h組聚類在一起，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組的差異表達(dá)情況相似，可能說明100μM時(shí)24h和48h基因的差異表達(dá)在這兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)保持延續(xù)；200μM-48h組和200μM-72h組聚類在一起，和單獨(dú)分析200μM實(shí)驗(yàn)組是的聚類結(jié)果一致，說明這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組的基因表達(dá)情況很類似。 3．采用基因功能分類軟件GoSurfer，依據(jù)GO(Gene Ontology)體系進(jìn)行差異表達(dá)基因的功能分類，通過基因

7、在給分類中的富集情況分析與差異表達(dá)基因相關(guān)的功能類。分析結(jié)果顯示在細(xì)胞過程、應(yīng)激、發(fā)育、生理過程、生物過程的調(diào)節(jié)、結(jié)合、信號(hào)傳導(dǎo)活性、轉(zhuǎn)錄調(diào)控活性、運(yùn)輸活性、催化活性等功能類中有較多的差異表達(dá)基因出現(xiàn)。 4．利用JPA(Ingenuity Pathway Analysis)分析系統(tǒng)，分析100μM和200μM Ni<'2+>處理細(xì)胞的八個(gè)時(shí)間組所有發(fā)生過差異表達(dá)的基因，生成基因網(wǎng)絡(luò)100個(gè)。詳細(xì)討論前9個(gè)基因網(wǎng)絡(luò)。通過對(duì)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)