膀胱癌相關(guān)易感基因的生物信息分析

1/1膀胱癌相關(guān)易感基因的生物信息分析膀胱癌相關(guān)易感基因的生物信息分析任春貞駱亞莉劉永琦莊夢婕龔紅霞李玲王鳳梅盧志偉甘肅中醫(yī)藥大學(xué)甘肅省高校重大疾病分子醫(yī)學(xué)與中醫(yī)藥防治研究省級重點實驗室敦煌醫(yī)學(xué)與轉(zhuǎn)化省部共建教育部重點實驗室摘要：

目的:歸納分析膀胱癌易感基因的相關(guān)文獻(xiàn),并進(jìn)行生物信息學(xué)分析,為進(jìn)一步的研究提供參考依據(jù)。

方法:檢索Pubmed、中國知網(wǎng)、萬方三大數(shù)據(jù)庫2006年1月1日-2015年12月31日發(fā)表的文獻(xiàn),摘錄膀胱癌易感基因并進(jìn)行生物信息學(xué)分析。

結(jié)果:共檢索有效文獻(xiàn)405篇,摘錄膀胱癌相關(guān)易感基因188個,不同分級的基因本體論(GO)分類201種,京都基因與基因組百科全書數(shù)據(jù)庫(KEGG)通路7種。

GO分類這些基因主要與細(xì)胞損傷修復(fù)、免疫反應(yīng)、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、炎性反應(yīng)、DNA損傷修復(fù)、凋亡和抗原遞呈等有關(guān)。

KEGG通路主要是參與細(xì)胞受體相互作用、細(xì)胞凋亡、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、氨基酸和脂肪酸代謝等。

在線STRING軟件構(gòu)建其中166個可翻譯成蛋白的蛋白與蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)圖,提示這些基因的表達(dá)產(chǎn)物大部分存在密切的相互關(guān)系。

進(jìn)一步運用Cytoscape軟件將STRING軟件所構(gòu)建的蛋白網(wǎng)絡(luò)圖可視化及量化,篩選出TP53、MTHFR、IL6、CDKN2A、GSTP1共5個基因。

結(jié)論:通過對膀胱癌易感基因的生物分析研究,TP53、MTHFR、IL6、CDKN2A、GSTP1共5個基因可能為膀胱癌易感關(guān)鍵基因。

關(guān)鍵詞：

膀胱癌;易感基因;生物信息學(xué);文獻(xiàn)計量學(xué);TP53;MTHFR;IL6;CDKN2A;GSTP1;作者簡介：

劉永琦,甘肅省蘭州市城關(guān)區(qū)定西東路35號甘肅中醫(yī)藥大學(xué),郵編:730000,電話-mail:liuyongqi73@163.com收稿日期：

2016年10月11日基金：

國家自然科學(xué)基金項目(No.81473457)BioinformaticsanalysisoftherelatedsusceptibilitygenesinbladdercancerBioinformaticsanalysisoftherelatedsusceptibilitygenesinbladdercancerRENChun-zhenLUOYa-liLIUYong-qiZHUANGMeng-jieGONGHong-xiaLILingWANGFeng-meiLUZhi-weiProvincial-LevelKeyLaboratoryforMolecularMedicineofMajorDiseasesandStudyonPreventionandTreatmentofTraditionalChineseMedicine,GansuUniversityofChineseMedicine;Abstract：

Objective:Tosummarizetherelatedliteraturesoftherelatedsusceptibilitygenesinbladdercancerandcarryoutbioinformaticsanalysis,andtoprovidereferenceforfurtherresearch.Methods:LiteraturepublishedonPubmed,CNKIandWangfangdatafrom1January2006to31December2015werecollected.Thesusceptibilitygenesinbladdercancerwereextractedandanalyzedbybioinformatics.Results:Fourhundredandfiveeffectiveliteraturewerecollected,onehundredandeighty-eightsusceptibilitygenesinbladdercancerwereextracted,201kindsofdifferentgradesgeneontology(GO)inclassificationwerecollected,and7pathwaysofKyotoEncyclopediaofGenesandGenomesdatabase(KEGG)wereextracted.Thesegenesweremainlyassociatedwithcellularinjuryandrepair,immuneresponse,cellcycleregulation,inflammation,DNAdamagerepair,apoptosis,antigenpresentation,andsoon.KEGGpathwayweremainlyinvolvedincellreceptorsignalingpathways,cellcycleregulation,poisondegradation,aminoacidsandfattyacidmetabolism.Onehundredandsixty-sixofthesusceptibilitygenesinbladdercancerthatcouldbetranslatedintoproteinswereconstructedproteininteractionnetworkbyonlineSTRINGsoftware,whichsuggestingthattherewasclosecorrelationamongmostoftheexpressionproductsofthesegene.Cytoscapesoftwarewasusedtomaketheproteininteractionnetworkfurthervisualizationandquantification,andfivegenescontainingTP53,MTHFR,IL6,CDKN2AandGSTP1wereselected.Conclusion:Bybioinformaticsanalysisofsusceptibilitygenesinbladdercancer,TP53,MTHFR,IL6,CDKN2AandGSTP1maybethekeysusceptibilitygenesinbladdercancer.Keyword：

Bladdercancer;Susceptibilitygenes;Bioinformatics;Bibliometrics;TP53;MTHFR;IL6;COKN2A;GSTP1;Received：

2016年10月11日膀胱癌是最常見的泌尿系統(tǒng)惡性腫瘤,其發(fā)病率在人類腫瘤發(fā)病率中較高,并呈明顯的上升趨勢,嚴(yán)重危及人類的健康[1]。

膀胱癌主要的治療方法是手術(shù)治療,且復(fù)發(fā)率、病死率高[2-4]。

近年來,基因測序等技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步,為膀胱癌的分子診斷和治療提供了理論和依據(jù),且針對膀胱癌易感基因的研究很多,為了更好地了解膀胱癌易感性基因的研究動態(tài)和發(fā)展趨勢,發(fā)現(xiàn)其中的關(guān)鍵基因,本研究運用文獻(xiàn)計量學(xué)方法和生物信息學(xué)方法對相關(guān)基因的研究文獻(xiàn)及所涉及的相關(guān)基因進(jìn)行系統(tǒng)分析。

材料與方法1.文獻(xiàn)檢索從Pubmed數(shù)據(jù)庫以Search(cancer)ANDsusceptibilitygeneSortby:RelevanceFilters:publishedinthelast10years為檢索式;從中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫、萬方數(shù)據(jù)庫以膀胱癌合并易感基因為關(guān)鍵詞,檢索2006年1月1日-2015年12月31日的文獻(xiàn),檢索與膀胱癌易感性相關(guān)的基因。

2.納入標(biāo)準(zhǔn)(1)納入能提供足夠信息的摘要或全文;(2)納入臨床研究文獻(xiàn);(3)納入文獻(xiàn)的研究物種限定為人類。

3.排除標(biāo)準(zhǔn)不能滿足納入標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)均排除。

4.膀胱癌易感性相關(guān)基因的篩選對納入研究的文獻(xiàn)所研究的基因或基因產(chǎn)物進(jìn)行篩選統(tǒng)計,主要指的是基因本身多態(tài)性位點、放大、突變、過表達(dá)等;基因產(chǎn)物包含基因及其翻譯的蛋白。

5.膀胱癌易感基因生物信息學(xué)分析5.1基因分類和通路分析利用GATHER在線[5]軟件將統(tǒng)計的膀胱癌易感基因進(jìn)行GO分類和KEGG通路分析。

5.2基因所表達(dá)蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建將統(tǒng)計所得膀胱癌易感基因上傳至在線STRING9.05軟件[6],構(gòu)建由導(dǎo)入基因表達(dá)產(chǎn)物所組成的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò),該軟件包含各種蛋白質(zhì)相互作用的數(shù)據(jù)庫。

描述的相互作用關(guān)系包括生理上的直接作用和功能上的間接作用。

6.網(wǎng)絡(luò)可視化及關(guān)鍵基因的篩選將STRING9.05軟件所得網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Cytoscape2.8.2軟件[7],對相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)做進(jìn)一步可視化處理,同時利用插件Centiscape1.2[8],計算網(wǎng)絡(luò)及各個節(jié)點的拓?fù)涮匦?并篩選出關(guān)鍵基因節(jié)點。

關(guān)鍵基因是指在基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中,可以引起下游大量基因表達(dá)變化的基因,其對網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定具有重要作用。

網(wǎng)絡(luò)圖中的節(jié)點是指基因、蛋白質(zhì)或分子,其中的連接則代表這些分子間的相互作用關(guān)系。

網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點度數(shù)和中介性值高的節(jié)點在整個網(wǎng)絡(luò)中的作用和影響較大,它們的功能改變可能對于整個網(wǎng)絡(luò)有重要影響,因此,可參考節(jié)點度數(shù)及中介性篩選關(guān)鍵基因。

結(jié)果1.文獻(xiàn)檢索結(jié)果檢索得到的文獻(xiàn)根據(jù)納入排除標(biāo)準(zhǔn),共篩選出有效文獻(xiàn)405篇,分布年份見圖1。

圖1檢索論文年份分布圖下載原圖2.基因統(tǒng)計與生物信息學(xué)分析2.1GO分類2.基因統(tǒng)計與生物信息學(xué)分析2.1GO分類從納入文獻(xiàn)中共統(tǒng)計出基因或其表達(dá)產(chǎn)物188個。

使用GATHER在線軟件將所得基因進(jìn)行GO分類,共有201種類別。

這些基因主要與細(xì)胞損傷修復(fù)、免疫反應(yīng)、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、炎性反應(yīng)、DNA損傷修復(fù)、凋亡和抗原遞呈等有關(guān)。

2.2KEGG通路及基因?qū)⑸鲜龌蜻M(jìn)一步進(jìn)行KEGG通路分析,共涉及通路7種,ln0的通路有7種,見表1。

主要是參與細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體相互作用、細(xì)胞凋亡、toll樣受體信號通路、谷胱甘肽代謝、MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、脂肪酸代謝、JAK-STAT信號通路、縫隙連接等。

表1KEGG通路及基因(ln0)下載原表2.3蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建將上述188個基因上傳至STRING9.05在線軟件,對膀胱癌易感基因表達(dá)的蛋白質(zhì)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。

166個基因參與了網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建,22個基因未參與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。

網(wǎng)絡(luò)是由166個節(jié)點組成,見圖2-圖4,其中圖2中孤立蛋白已剔除,節(jié)點的度數(shù)越高表示與該基因相互作用的基因越多,在膀胱癌的發(fā)生過程中起的作用越大。

因此,本研究篩選所得關(guān)鍵節(jié)點基因共5個,具體見表2。

通過對膀胱癌易感基因的生物分析研究,TP53、GSTP1、MTHFR、IL6、CDKN2A共5個基因可能為膀胱癌易感關(guān)鍵基因。

圖2膀胱癌易感基因相關(guān)蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)圖下載原圖圖3與TP53蛋白有直接相互作用關(guān)系的基因產(chǎn)物網(wǎng)絡(luò)圖下載原圖圖4與GSTP1蛋白有直接相互作用關(guān)系的基因產(chǎn)物網(wǎng)絡(luò)圖下載原圖表2篩選所得關(guān)鍵節(jié)點基因情況下載原表討論膀胱癌作為2012年全世界癌癥相關(guān)病死中整體病死率排名第3的癌癥[9],其早期無癥狀的發(fā)展通常會導(dǎo)致延誤診斷,因此,患者的預(yù)后往往不良。

本研究是基于基因GO分類的基礎(chǔ)上對膀胱癌相關(guān)易感基因做一統(tǒng)計分析,以期為膀胱癌的分子診斷與研究提供基礎(chǔ)。

本研究匯總的膀胱癌易感基因GO分類及KEGG通路分析顯示,基因主要分布在與細(xì)胞損傷修復(fù)、免疫反應(yīng)、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、炎性反應(yīng)、DNA損傷修復(fù)、凋亡和抗原遞呈等有關(guān)的功能類別和信號通路中,蛋白質(zhì)相互作用分析篩選的5個關(guān)鍵節(jié)點基因也是主要參與這些功能通路的關(guān)鍵基因,這些通路反映了膀胱癌發(fā)生發(fā)展的相關(guān)機(jī)制。

TP53基因編碼一個含有DNA結(jié)合轉(zhuǎn)錄激活抑癌蛋白結(jié)構(gòu)域。

它所編碼的蛋白對不同的細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng),調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá),從而誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯、凋亡、衰老、修復(fù)或代謝變化。

p53在維持細(xì)胞正常生長、抑制細(xì)胞惡性增殖中起著非常重要的作用,它可使線粒體的完整性被破壞,進(jìn)而釋放細(xì)胞因子,并最終導(dǎo)致半胱天冬酶活化而調(diào)控細(xì)胞凋亡。

p53基因突變是一個標(biāo)志性的變化。

有研究[10]顯示,一半以上的腫瘤患者攜帶突變的p53基因,大多數(shù)人類腫瘤細(xì)胞中含有突變的p53基因。

同時,這個基因突變與多種人類癌癥有關(guān),包括遺傳性癌癥,如LiFraumeni綜合征等。

TP53變異與膀胱癌風(fēng)險的關(guān)系研究較多,其中文獻(xiàn)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),有5篇Meta分析的文章[11-15]論述了p53基因突變加大了機(jī)體膀胱癌的發(fā)生風(fēng)險。

WangC等[16]研究結(jié)果顯示,野生型p53dsp53-285可以通過抑制RNA活化,促進(jìn)人膀胱癌細(xì)胞在體外和體內(nèi)細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。

BazrafshaniMRR等[17]通過檢測發(fā)現(xiàn),TP53基因外顯子1突變可能在膀胱癌發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要的作用。

NoelN等[18]研究證實,TP53突變大大增加了膀胱癌的發(fā)生率。

PapadogianniD等[19]研究結(jié)果表明,所有p53家族成員在膀胱癌異常表達(dá)但不協(xié)同作用。

谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(GSTs)是一個家庭的參與解毒酶。

GSTA1、GSTM1、GSTT1、GSTP1基因及蛋白質(zhì)的多態(tài)性,可導(dǎo)致酶活性喪失或部分完成。

相關(guān)研究報道,GSTA1、GSTM1和GSTP1基因多態(tài)性與膀胱癌的風(fēng)險較高,這是國內(nèi)外學(xué)者公認(rèn)的。

GSTP1與各種癌癥包括膀胱癌風(fēng)險相關(guān)。

PandithAA等[20]以及MaticM等[21]研究證實,GSTP1基因Ile105Val多態(tài)性導(dǎo)致吸煙者的膀胱癌的風(fēng)險升高。

SafarinejadMR等[22]研究表明,GSTP1基因多態(tài)性與GSTM1和GSTT1基因的組合,可以增加伊朗人膀胱癌易感性。

細(xì)胞介素-6(IL-6)是一種多功能的細(xì)胞因子,在腫瘤的增殖和分化中起著關(guān)鍵的作用。

IL-6基因變異序列可能影響機(jī)體患上各種癌癥的風(fēng)險,包括膀胱癌。

GautamKA等[23]研究認(rèn)為,IL-6基因啟動子區(qū)多態(tài)性使印度人群患膀胱癌的風(fēng)險增加。

EbadiN等[24]研究發(fā)現(xiàn),IL-12和IL-6基因多態(tài)性與伊朗人群患膀胱癌風(fēng)險有關(guān)。

ChenMF等[25]研究結(jié)果提示,IL-6的高表達(dá)可促進(jìn)膀胱癌的發(fā)生發(fā)展,IL-6可作為臨床分期及膀胱癌預(yù)后的重要預(yù)測因子。

本研究文獻(xiàn)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)有2篇Meta分析的文章[26-27]論述了IL-6基因突變有助于機(jī)體膀胱癌的發(fā)生風(fēng)險。

此外,CDKN2A、MTHFR基因多態(tài)性與膀胱癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[28-29]報道發(fā)現(xiàn),隨著CDKN2A的突變,大大增加了膀胱癌發(fā)生的風(fēng)險,只有抑制CDKN2A,才能降低膀胱癌的發(fā)生率。

BorkowskaE等[30]研究證明,CDKN2A基因多態(tài)性a148t改變與膀胱癌的風(fēng)險增加存在潛在聯(lián)系。

近年Meta分析[31-34]結(jié)果顯示,MTHFR基因多態(tài)性與膀胱癌的易感風(fēng)險相關(guān)。

雖然研究取得了一些進(jìn)展,但仍需進(jìn)一步深入研究相關(guān)易感基因與膀胱癌發(fā)展的相關(guān)性及機(jī)制,進(jìn)而在此基礎(chǔ)上探索檢測、預(yù)防及治療膀胱癌的新方法。

且膀胱癌的分型分期較多,本研究僅僅針對膀胱癌這一大的研究方向進(jìn)行簡要的分析,為了更加明確地進(jìn)行研究,需要根據(jù)不同分期分型篩選相關(guān)的關(guān)鍵基因并進(jìn)行驗證分析。

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