学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

miRNA介导的病毒—宿主网络分析

作　者: 李臻鹏
导　师: 王升启; 伯晓晨
学　校: 中国人民解放军军事医学科学院
专　业: 生物化学与分子生物学
关键词: miRNA 病毒-宿主相互作用疱疹病毒蛋白质相互作用网络
分类号: R34
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 97次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

miRNAτ即microRNAυ是一类内源性,长度约为22个核苷酸的单链RNA分子,可通过5端的种子区与靶标转录本mRNA的3 UTR配对,导致靶mRNA的降解或翻译抑制。越来越多的研究发现,miRNA在介导病毒-宿主相互作用过程中发挥着重要的作用,作用模式包括病毒miRNA靶向人及自身的转录本。人miRNA靶向病毒及自身的转录本。病毒的miRNA介导人miRNA调控的网络。RNAi相关和干扰素相关的宿主对病毒的抑制及反抑制。miRNA介导的病毒-人相互作用的研究对于全面理解病毒-宿主相互作用的机制。开发抗病毒的药物具有重要意义。本文从两个方面阐述了病毒-宿主在miRNA水平的调控:(1)基于人类PIN的疱疹病毒miRNA调控模式分析;(2)病毒宿主因子与宿主miRNA共调控模式分析。首先基于人类蛋白质相互作用网络τprotein interaction network, PINυ进行了疱疹病毒miRNA调控模式分析。病毒miRNA的发现及人类蛋白质-蛋白质相互作用τprotein-protein interaction,PPIυ数据集的整理和完善为从整体上研究病毒miRNA在PIN上的靶向倾向性提供了可能。由于目前疱疹病毒科编码的miRNA分子发现的最为全面,本章只选择了疱疹病毒科的病毒进行研究。因此,我们构建了人类PIN并预测了六种疱疹在人类基因上的所有靶标,对疱疹病毒编码的miRNA在人类PIN上靶向倾向性进行了分析,从以下三个方面进行分析:τ1υ首先,我们检查了是否显著多的中心节点τhubυ和桥节点τbottleneckυ被疱疹病毒miRNA靶向,结果是肯定的;然后我们把PIN中所有节点按其是否为中心节点τ桥节点υ分为两类中心节点τ桥节点υ和非中心节点τ非桥节点υ,然后计算了疱疹病毒miRNA靶向这两类节点的差异,结果显示:与非中心节点和非桥节点相比,中心节点和桥节点被显著多的疱疹病毒miRNA靶向,并且疱疹病毒miRNA显著的靶向更多的中心节点。疱疹病毒miRNA靶向网络中的关键节点可能有助于其对PIN的最大控制;τ2υ在PIN中,我们定义了被6种疱疹病毒同时靶向的节点为共同靶标,而只被一种疱疹病毒靶向的为特异靶标,结果显示共同靶标比特异靶标相比有着较高的度和介中中心性,并且我们观察到靶向这些节点的病毒类型和中心节点比例之间存在显著的正相关,这与共同靶标有着较高的度和介中中心性是一致的。共同靶标可能涉及到疱疹病毒感染的通用细胞过程,而特异靶标可能涉及个别疱疹病毒感染的特异细胞过程。对共同靶标的GO富集结果显示过表达的GO术语大多涉及到各种发育及调控过程。τ3υ我们使用k-core和ER分析来度量共同靶标距离PIN网络中心的距离,分析的结果显示随着k的增大,ER值不断增加,提示共同靶标位于人类PIN的中心。为了度量共同靶标在PIN中的组织情况,我们定义了两个指标来度量共同靶标的模块性:共同靶标形成的最大联通组分(Giant connected component, GCC)和共同靶标形成的子网的密度。与随机情况相比,共同靶标形成的GCC和共同靶标形成的子网的密度显著具有较高的值,这一现象暗示共同靶标在网络中具有模块性,疱疹病毒miRNA靶向网络中心的节点可能有助于相互作用信息的快速和有效传递。这些结果有助于揭示复杂的疱疹病毒-宿主相互作用,并为开发新的抗疱疹病毒药物提供借鉴。同时,我们又对病毒宿主因子与宿主miRNA共调控模式进行分析。对病毒-宿主PPI数据基本分析的结果显示目前病毒的研究集中在少数几种病毒上,数目最多的前十种热门病毒的PPI占到总数的78.59%。大部分宿主蛋白与较少数目的病毒发生作用,只有少数宿主蛋白与多个病毒发生作用,表明不同的病毒可能在体内有着不同的作用体系,虽然病毒靶标之间存在少量的重叠。病毒关系网络τvirus relation network,VRNυ和宿主miRNA关系网络(miRNA relation network, MRN)的构建及分析表明这两个网络均具有显著的无标度网络的性质。VRN的建立从生物网络的角度确定了病毒之间的关系,具有相似致病机制的病毒可能表现出较近的网络距离,甚至根据病毒在网络上的分布和关系可以逆向的利用已知病毒的信息预测未知病毒的相关属性。另外,VRN和MRN都能形成较大的GCC,结合病毒及miRNA的靶标数目较少这一事实,提示虽然病毒在宿主中有不同的致病体系,但可能相关的病毒之间存在明显的联系才使得网络成为一个整体。为了从整体上研究病毒致病因子与宿主miRNA的关系,我们首先分析了病毒与miRNA靶标在宿主基因上重叠的显著性,结果显示两者靶标重叠显著。提示病毒可能选择性的靶向被宿主miRNA靶向的靶标。然后从人类PIN的层次研究了两者的调控的关系,结果发现病毒与宿主miRNA倾向于靶向PPI作用对的两端。结合上述提到的两者靶标重叠的显著性,提示两者靶标在网络上具有较近的拓扑距离,这可能是在长期的进化过程中形成的病毒操纵宿主细胞的一种策略或宿主抗病毒的机制,以便于病毒对宿主miRNA的操纵,从而为自身所用,或者便于宿主抗病毒作用的发挥。病毒与宿主miRNA重叠靶标的拓扑分析结果显示重叠靶标倾向于是网络的中心节点或桥节点。K-core分析的结果显示重叠蛋白处在网络整体的中心位置。这些结果提示病毒或者宿主miRNA可能通过靶向位于网络中心的关键基因而更有效的发挥调控作用。最后,我们结合宿主miRNA靶标和病毒靶标的拓扑信息及GO语义相似性两个因素对可能的病毒-宿主miRNA功能对进行预测。预测结果可以为后续的实验验证提供借鉴。最后对论文的发现进行了简要概括,进一步对可能的研究方向进行了展望。

全文目录

缩略词表  6-7
摘要  7-9
Abstract  9-12
第一章前言  12-20
  1.1 前言  12
  1.2 病毒编码的miRNA 及其功能  12-15
    1.2.1 病毒编码以自身基因为靶标的miRNA  12-14
    1.2.2 病毒编码以人的基因为靶标的miRNA  14-15
  1.3 与病毒生命活动相关的人编码的miRNA  15-17
    1.3.1 人编码靶向病毒基因的miRNA  15
    1.3.2 人编码靶向自身基因并影响病毒感染的miRNA  15-16
    1.3.3 miRNA/siRNA 参与抗病毒的RNAi  16
    1.3.4 IFN 相关的涉及miRNA 的抗病毒作用  16-17
  1.4 miRNA 介导的病毒-人相互作用模式的系统生物学解决方案  17
  参考文献  17-20
第二章基于人类PIN 的疱疹病毒miRNA 调控模式分析  20-31
  2.1 前言  20-21
  2.2 材料与方法  21-23
    2.2.1 miRNA 的来源  21
    2.2.2 miRNA 靶标预测  21
    2.2.3 PPI 数据  21
    2.2.4 拓扑参数的定义和计算  21-22
    2.2.5 随机测试  22
    2.2.6 置换检验  22
    2.2.7 PIN 的k-core 分析  22
    2.2.8 GO 富集分析  22-23
  2.3 结果  23-27
    2.3.1 疱疹病毒miRNA 倾向于靶向中心节点和桥节点  23-24
    2.3.2 共同靶标与特异靶标的比较  24-25
    2.3.3 疱疹病毒miRNA 共同靶标的拓扑分析  25-27
  2.4 讨论  27-28
  2.5 结论  28-29
  参考文献  29-31
第三章病毒宿主因子与宿主miRNA 共调控模式分析  31-50
  3.1 前言  31-32
  3.2 材料与方法  32-33
    3.2.1 人类PPI 数据集  32
    3.2.2 病毒-宿主PPI 数据集  32
    3.2.3 已验证的miRNA-靶标数据集  32-33
    3.2.4 GO 语义相似性的计算  33
    3.2.5 拓扑参数的计算  33
    3.2.6 随机测试  33
    3.2.7 k-core 与ER（Excess Retention）分析  33
  3.3 结果  33-45
    3.3.1 病毒-宿主PPI 数据的基本分析  33-34
    3.3.2 病毒关系网络的构建及分析  34-36
    3.3.3 miRNA 关系网络的构建与分析  36-37
    3.3.4 病毒宿主因子与miRNA 靶标的重叠分析  37-38
    3.3.5 病毒与宿主miRNA 重叠靶标的拓扑性质及GO 分析  38-40
    3.3.6 病毒-宿主miRNA 功能关系对的预测  40-45
  3.4 讨论  45-46
  3.5 结论  46-47
  参考文献  47-50
第四章结束语  50-52
  4.1 全文总结  50
  4.2 研究课题展望  50-52
综述  52-57
个人简历  57-58
致谢  58

miRNA介导的病毒—宿主网络分析

内容摘要

全文目录

相似论文