山东医药2012年第52卷第33期Her2(+)/Her2(一)乳腺癌差异表达microRNAs的生物信息学分析曾融,张积仁,姜茂竹。麦仲伦。吴钢,郑燕芳(南方医科大学珠江医院肿瘤中心,广州510282)摘要:目的通过文献挖掘与生物信息学分析的方法,探讨Her2(+)/Her2(一)乳腺癌之间差异表达的mi—croRNAs可能涉及的生物学功能和信号通路。方法在NCBI数据库的GEO子数据库及EBI数据库中的ArrayEx.press子数据库开展检索,使用关键词“breastcancer”、“microRNA”进行检索,获取Her2(+)/Her2(一)乳腺癌之间差异表达microRNAs。利用microRNAs靶基因预测软件预测所有差异表达microRNAs的靶基因,进行通路分析。结果找到2个在Her2表型不同的乳腺癌中差异表达的microRNAs数据集,利用软件TargetScan预测差异表达microRNAs的靶向基因,取其合集进行富集分析,最后将富集得到的基因利用David数据库进行分析,从而得到了上述差异表达的microRNAs可能具有的生物学功能和参与的诵节通路。结论差异表达的microRNAs通过调节靶向基因参与不同信号通路,实现多种生物学功能。关键词:乳腺肿瘤;受体,Her2;小RNA病毒;计算机生物学中图分类号:R737.9文献标志码:A文章编号:1002-266X(2012)33-0005-03Bioinformatics—basedanalysisfordifferentlyexpressedmicroRNAsbetweenHer(+)/Her(一)breastcancersZENGRong,ZHANGJi—Fen,JIANGMao-zhu,MAIZhong—lun,形UGang,ZHENGYah-fang(ZhujiangHospitalofentSouthernMedicalUnivenity,Guangzhou510282,P.R.China)ToexplorebiologicalfunctionsandpathwaysofdifferentiallyexpressedmiRNAsbetweendiffer-cancerAbstract:ObjectiveHer2phenotypesofbreastthroughliteratureminingandbioinformaticanalysis.MethodsCarryingoutthesearchinGEO,thesub-databaseoftheNCBIdatabaseandArrayExpress,thesub—databaseoftheEBIdatabase,usingkeywords“breastcancer…‘miRNA”tocancerdeterminetheusefulliterature.Accordingtoliteratureprovidedbythepmicroarraydata,Her2(+)/(一)breasttargetgenedifferencebetweentheexpressionofmiRNAswasfound.Finally,usingmiRNAsoutpredictionsoftwarestopredictallthedifferentiallyexpressedmiRNAstargetgenesandcarrypathwayanaly—sis.ResultssingmayTwomicroRNAscollectionsdifferentiallyexpressedinHer2phenotypesofdifferentbreastcancers,thenenrichgenesoftwaresTargetScantofinishenrichmentanalysis,andfinallyusingDaviddatabasetoanalysis,whichhavebiologicalfunctionsofthesedifferentiallyexpressedmicroRNAsandparticipateinthepathwayregulating.Con-ThedifferentiallyexpressedmicroRNAsregulatetargetgenesinvolvesindifferentsignalingpathwaystoclusionvarietyofachieveabidogicalfunctions.Keywords:breastneoplasms;receptors,Her2;parechovirus;computationalbiologymicroRNAs是一类长约22核苷酸的非编码的作用的分子。这样的发现使得研究入员对microR-单链RNA分子,它们广泛存在于从植物、线虫到人类的细胞中¨。。最早发现的是lin-4和它的靶mR—NA。即1in一14¨J。2000年第2个microRNA,即let.7L3NA的研究延伸到包括调控生命体的发生、生长、发育和分化等各个方面。microRNAs同样参与乳腺癌发病风险、进展及转移等多个过程。Mattie等∽3检测了20例乳腺癌标本发现,miR.125a与miR一125b在Her2阳性的标本中的表达是下降的。Scotto及其人类和果蝇中同源物的发现确定了microR.NAs是一类进化上保守的、在生命中起着重要调控基金项目:卫生部科技专项基金(W2009BX015)。作者简介:曾融(1987一),女。硕士研究生,主要研究肿瘤的靶向治疗。E-mail:zengrongtannan@163.tom通讯作者:张积仁(1955一),男,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为肿瘤个体化靶向综合治疗与肿瘤发生机斜及临床治疗。5万方数据等∞o发现在SKBR3(一种Her2依赖性的乳腺癌细胞系)中过表达miR一125a或miR一125b能够下调Her2和Her3mRNA的表达,进而抑制Her2和Her3的蛋白水平,最终抑制SKBR3细胞的增殖、迁移及侵袭能力。2011年10月~2012年2月,本文拟通过文献挖掘的方法获取Her2(+)/Her2(一)差异表达的microRNAs,并利用生物信息学方法进行系统分析,了解与Her2受体相关差异表达microRNAs可能涉及的相关功能和信号通路,以进一步理解microR—NAs在Her2(+)/Her2(一)乳腺癌分化中可能发挥的作用。1资料与方法1.1临床资料I期或Ⅱ期的ErbB2(+)或ER/PR(+)及p53突变的乳腺癌患者20例,年龄29~79岁、平均55岁,其对照组的组织来自Ambion公司为1例55岁妇女的正常乳腺组织。B组标本来自爱尔兰戈尔韦大学医院,包括用来进行基因芯片分析的早期乳腺导管癌29例患者的标本,以及进行后续研究的95例乳腺癌患者冰冻切片和17份正常乳腺组织。1.2方法1.2.1数据获取以“microRNAs”和“breastcanc.er”为任意词,选择NCBI数据库的GEO子数据库及EBI数据库中的ArrayExpress子数据库开展检索,进而将纳入标准定为“人类”及“临床样本”,进行人工分析。1.2.2预测靶基因目前主要是利用生物信息学方法寻找microRNAs的靶基因,这需要用到一些国际上流行的准确度比较高的预测软件。针对这2个microRNAs集,运用靶基因预测软件TargetScan(6.0版本)进行,从中找出经预测和经实验验证得到的靶基因,进而形成靶基因合集。利用DAVID数据库(6.7版本)中的“GeneIDConversion”功能模块对靶基因集去除重复基因,并将其通用名称转换成“Unigene”格式。1.2.3富集分析以整个人类基因组为背景对照,利用DAVID数据库中“FunctionalAnnotationChart”功能模块对靶基因集进行乳腺组织特异表达的基因的组织富集。完成上一步后,仍然以人类基因组为背景对照,再利用DAVID数据库中“FunctionalAn.notationChart”功能模块下的GO生物学过程(BP)分类对靶基因集进行GOBP分类富集,统计学显著性临界值取P≤0.05。1.2.4功能及通路分析对经过两步富集分析后6万方数据山东医药2012年第52卷第33期的2组靶基因集分别进行GOBP、GO分子功能(MF)、KEGG通路和BIOCARTA通路分析,均取整个人类基因组为背景对照。1.2.4.1GOBP/MF分类分析利用DAVID数据库中“FunctionalAnnotationChart”功能模块下的“GOTERM—BP—FAT”和“GOTERM—MF—FAT”功能对靶基因集进行分析,统计学显著性临界值取P≤0.05。1.2.4.2KEGG信号通路分析利用DAVID数据库中“FunctionalAnnotationChart”功能模块下的“KEGG—Pathways”分析功能对靶基因集进行分析,统计学显著性临界值取P≤0.05。1.2.4.3BIOCARTA代谢通路分析利用DAVID数据库中“FunctionalAnnotationChart”功能模块下的“BIOCARTA”分析功能对靶基因集进行分析。P≤0.05为有统计学差异。2结果2.1microRNAs数据集获得两组Her2(+)/Her2(一)乳腺癌之间差异表达的microRNAs集,并分别命名为A、B,差异表达的microRNA数目分别是43个Ho及5个∞o。2.2靶基因预测结果不同靶基因集去重后数目及组织富集与GOBP分类数目详见表1。表12个microRNA集的预测靶基因数目(个)miRNAs数据集A组B组miRNA数目35总靶基因数目863074富集分析的靶基因数目(乳腺癌组织)772746富集分析的靶基因数目(GOBP),P≤0.057眇叭∞620272.3功能与通路分析A、B两组的靶基因集所属的GOBP分类分别为928、548个,所属的GOMF分类分别为226、149个。所涉及的GO生物学过程分类及分子功能分类均包括多个,部分A组microRNA集的靶基因可能参与的生物过程见表2;部分A组microRNA集的靶基因可能发挥的分子功能见表3。对这2个microRNAs集的靶基因共有的GOBP和GOMF分类取交集分析。共有的GOBP分类有343个,涉及血管再生、上皮细胞生成、转录相关、磷酸化、蛋白质定位及转移、RNA代谢、细胞定位、细胞活动、细胞分裂等多个生物学过程。共有的GOMF分类有115个,涉及ATP活性、组蛋白连接、甲基转移酶活性、锌指结合活性、核酸结合等多个分子功能。A、B两组的靶基因集所属的KEGG通路分别包括55、74条,A组参与的部分KEGG信号通路见表4,BIOCARTA代谢通路见表5。3讨论I二尘壅医药垫!至生筮蔓至鲞箜塑翅表2A组microRNAs靶基因集中P值最小的前20个GOBP分类表3B组microRNAs靶基因集中P值最小的前20个GOMF分类自从2003年第1个microRNA预测软件mi-Randa问世"J,目前已达数十种,其中以TargetScan、miRBase、PicTar及miRanda最为常用。这些软件各有其特点,但仍遵循以下几个常用原则¨1:①mi—croRNA与其靶位点的互补性;②microRNA靶位点在不同物种之间的保守性;(毫)microRNA—mRNA双链之问的热稳定性;@microRNA靶位点处不应有复杂二级结构;⑤microRNA5’端与靶基因的结合能力强于37端。而由于microRNA与mRNA的互补性并万方数据表4A组microRNAs集可能参与调节的KEGG信号通路壁耋鱼整塑旦!尘!!壁尘竺型KEGGPATHWAYhsaOdOlO:MAPK信号通路1666.1iE-181.18E一15KECC_PATHWAYhsa05200:肿瘤中通路19l4.98E一164.29E·14KEGG_PATHWAYhsa04310:Wnt信号通路1016.78E一144.36E-12KEGG_PATHWAYhsa043印:轴突导向886.38E一133.0BE-11KEGG_PATHWAYhsa04722:神经营养蛋白信号通路851.1iE.124.28E-11KEGG—PATHWAYhsa04510:黏着斑1211.06E-113.43E一10KEGG_PATHWAYhsa04144:内吞作用1117.17E一111,98E-09KEGG_PATHWAYhsa05210:结直肠癌602.98E-107.20E-09KEGG—PATHWAYhsa04012:ErbB信号通路602.62E-095.61E-08KEGG_PATHWAYhsa05215:前列腺癌612.73E-095.28E-08KEGG—PATHWAYhsa04910:胰岛素信号通路837.19E-091.26E-07KEGG_PATHWAYhsa05214:胶质瘤457.47E-081.20E436KEGG_PATHWAYhsa05220:慢性骨髓性白血病511.02E-071.52E-06KEGG_PATHWAYhsa05211:肾细胞癌48179E-07247E_06KEGGPATHWAYhsa04810:肌动蛋白细胞骨架调控1162.01E-072.58E-06KEGG_PATHWAYhsa04520:粘着连接513.58E-0'7432E-06KEGG—PATHWAYhsa04150:mTOR信号通路371.64E-06186E-05KEGG_PATHWAYhsa05223:非小细胞肺癌381.74E-06187E-05KEGG—PATHWAYhsa05212:胰腺癌472.09E-062.12E_05垦兰竺生些坚!垒兰!!型墨鱼耋堕丝!:!!兰些!:竺不高,软件进行预测时常依赖6~8个碱基之问的互补,但一个microRNA常与数十甚至数百个靶基对应,这就导致预测结果在一定程度上的假阴性一J。为了减少假阴性,本文利用TargetScan这种目前国际认同度较高的预测软件对同一microRNA的靶基因进行预测,取结果的并集,且合并TarBase数据库中已经被实验验证的靶基因,从而尽量达到提高预测准确性的目的。通过对富集后的靶基因集进一步进行功能和通路分析,本文得到了数条信号和代谢相关通路,提示microRNAs可能通过调节这些通路来调节Her2(+)/Her2(一)差异表达过程,从而参与调节不同分子亚型乳腺癌的分化。尽管通过生物信息学分析得到的结果仍需要进一步的实验验证,但利用生物信息方法对Her2(+)/Her2(一)乳腺癌差异表达microRNAs进行系统分析无疑为研究不同分子亚型乳腺癌中Her2差异表达提供了有益思路,并可能为实验方向提供支持。科技13新月异,涌现更多的预测方法,通过对microRNA与靶基因相互作用机制的研究,预测时可加入更多参数,提高灵敏性和精确性。同时,随着实验验证的microRNA靶基因增多,设计人员在计算时有更多统计样本供参考,可更准确地找到microRNA与靶基因间相互作用的特征,优化算法。计算机预测方法和生物学实验方法相互补充和完善,不但能够减少microRNA靶基因寻找的盲目性,节约实验成本,而且使研究的针对性更强,更方便地阐明其在生命活动中的功能与意义¨…。随着microRNAs靶基因预测软件的日趋发7出丕医垫2Q12生箜三2鲞箜三三塑表5A组microRNAs集可能参与的BIOCARTA代谢通路展和完善,我们相信,对更多疾病的microRNAs差异ERBB2125aandERBB3byenforcedBiolexpressionofmicro—·RNAmiR··表达谱进行整体研究,将为实验室工作提供更准确的指导。参考文献:[1]BarrelDP.microRNAs:genomics,biogenesis,mechanism,andmiR-125b[J].JChem,2007,282(2):1479—1486.[6]LoweryAJ,MillerN,DevaneyA,eta1.MicroRNAsignaturespre—receptordictoestrogenreceptor,progesteroneceptorstatusandHER2/neuinbreastcancer[J].BreastCancerRes,2009,11(3):R27.function[J].Cell,2004,116(2):281-297.[2]LeeRC,FeinbaumRL,AmbrosencodessmallRNAsV.TheC.elegansheterochronicwith[7]EnrightAJ,JohnB,GaulU,eta1.MicroRNAtargetsinDrosophila[J].GenomeBiol,2003,5(1):R1.[8]张海峰,吴炳礼.方国强,等.建立在芯片与生物信息学预测基础上的miRNA靶基因鉴定研究进展[J].癌变.畸变.突变,2009,21(2):153—155.genelin4antisensecomplementaritytolin—14[J].Cell,1993.75(5):843-854.[3]ReinhartBJ,SlackFJ,BassonM,eta1.The21一nucleotidelet-7RNAregulatesdevelopmentaltiminginCaenorhabditiselegans[J].[9]HofackerILHowmicroRNAschoosetheirtargets[J].NatGenet,Nature,2000,403(6772):901-906.[4]MattieMD,BenzCC,BowersJ,eta1.Optimizedhigh—throughput2007,39(10):1191.1192,[10]夏伟,曹国军,邵宁生.MicroRNA靶基因的寻找及鉴定方法研究进展[J].中国科学(C辑:生命科学),2009,39(1):121—128.(收稿日期:2012-03—18)microRNAexpressionprofilingprovidesnovelbiomarkerassessmentofclinicalprostateandbreastbiopsies[J].MolCancer,2006,5:24.[5]ScottGK,GogaA,BhaumikD,eta1.Coordinatesuppressionof·告读者关于医学名词与统计学符号的应用说明医学名词要以1989年及以后由全国自然科学名词审定委员会审定、公布,科学出版社出版的《医学名词》和相关科学的名词为准,暂未公布者仍以人民卫生出版社出版的《英汉医学词汇》为准。中文药物名称应使用1995年药典(法定药物)或卫生部药典委员会编辑的《药名词汇》(非法定药物)中的名称,英文药物名称则采用国际非专利药名,不用商品名。按GB3358—82《统计学名词及符号》的有关规定书写,常用统计学符号的书写如下:①样本的算术平均数用英文小写z(中位数仍用M);②标准差用英文小写s;③t检验用英文小写t;④F检验用英文大写F;⑤卡方检验用希文小写疋2;⑥相关系数用英文小写r;⑦自由度用希文小写秽;⑧概率用英文大写P。以上符号均用斜体。8万方数据Her2(+)/Her2(-)乳腺癌差异表达microRNAs的生物信息学分析
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
曾融, 张积仁, 姜茂竹, 麦仲伦, 吴钢, 郑燕芳, ZENG Rong, ZHANG Ji-ren, JIANG Mao-zhu, MAI Zhong-lun, WU Gang, ZHENG Yan-fang南方医科大学珠江医院肿瘤中心,广州,510282山东医药
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