前列腺癌遗传易感基因的数据库查找比对分析

前列腺癌遗传易感基因的数据库查找比对分析 年级：2005 姓名：吕晓敏 应用生物信息学的方法对国人和欧美人的前列腺癌易感基因之间的异同点进行分析，从而找出前列腺癌发病的可能发病机制。方法：我们首先在OMIM数据库中查找得到欧美人的前列腺癌相关基因的基因序列，然后将其与中国人的基因组序列进行BLAST同源序列比对，找出这些序列之间具体的碱基的相同点与不同，用于研究国人和欧美人在前列腺癌发病率的不同。 一. 实验背景 1前列腺癌的研究现状 前列腺癌是老年男性常见的恶性肿瘤。在我国，前列腺癌的发病率虽远低于西方国家，但近年来随着饮食结构和生活方式的西化，其发病率呈明显上升趋势 。由于大规模PSA（Prostate Specific Antigen，PSA）普查未能广泛接受和使用，血清PSA水平在前列腺癌诊断方面的局限性，以及个体之间自然病程的差异，前列腺癌临床确诊患者以进展期为主。内分泌治疗仍为前列腺癌的主要治疗方式，内分泌治疗最终将导致前列腺癌发展为激素非依赖性。由于前列腺癌发病机制尚不清楚，目前临床上对于前列腺癌发病预测和治疗仍然存在着一定的滞后和盲目性。 前列腺癌的发生发展与遗传因素和生活方式密切相关。在我国，生活方式西化和脂肪摄入量的持续增加导致前列腺癌危险因素和保护因素失衡是前列腺癌发病的重要环境因素，而个体遗传学上的差异是前列腺癌发生的必要条件。北欧一项关于443,788对双胞胎的研究表明，遗传因素对前列腺癌发生的影响度达42％。对欧美人前列腺癌的全基因组关联研究（Genome-Wide Association Studies，GWAS)发现，有多个基因位点与前列腺癌的发病相关，这些位点分别位于第3, 6, 7, 10, 11, 19 和 X染色体。有研究者选择2893例瑞典前列腺癌患者和1781例正常人对照的基因组进行研究，分析了5个染色体区（3个位于8q24，2个位于17q）中与前列腺癌发病有关的16个SNP（Single Nucleotide Polymorphisms, SNP），发现，联合应用其中5个SNP与家族史可以预测前列腺癌发病的危险程度。而且这种预测与PSA值无关，也就是说，即使血清PSA水平很低，只要他携带一个或多个前列腺癌相关的基因型，就存在前列腺癌发病的高危险性。全基因组关联研究表明，遗传性的易患前列腺癌体质是由较低外显性基因引起的。有报道指出，亚裔美国人前列腺癌的发病率显著高于本国人，但总的前列腺癌发病率仍仅为美国白人的一半。提示，前列腺癌发病不仅与环境因素有关，遗传因素同样发挥着重要作用。因此，明确前列腺癌的遗传易感基因对前列腺癌的发病预测和预后判断具有重要意义。 尽管年龄、种族和家族史是三个明确的前列腺癌发病危险因素，但是我国前列腺癌发病中具有种族特点的遗传基因却尚未得到确认。从1971年美国总统尼克松发起对“对癌症的战争（War on Cancer）”以来，癌症研究虽然取得了重要进展，但是我们并没有赢得这场战争。一个重要原因就是我们尚缺乏以证据为基础的癌症预防战略。寻找前列腺癌遗传易感基因是前列腺癌研究的重要战略之一。 目前，人类疾病的基因组学研究已进入到多基因疾病这一难点。由于多基因疾病不遵循孟德尔遗传规律，难以从一般的家系遗传连锁分析取得突破。这方面的研究需要在人群和遗传标记的选择、数学模型的建立、统计方法的 改进等方面进行艰苦的努力。近来也有学者提出，用比较基因表达谱的方法来识别疾病状态下基因的激活或受抑。实际上，“癌肿基因组解剖学计划（Cancer Genome Anatomy Project, CGAP）”就代表了在这方面的尝试。 从上述情况可以发现，国人和欧美人在前列腺癌发病率上的巨大差异,遗传因素可能是产生这一差异的重大影响因素。所以，我们有必要利用人类基因组计划的成果，从基因的水平上对国人和欧美人的前列腺癌遗传相关基因进行比较，以得出前列腺癌的可能的遗传影响机制。

二.实验原理 BLAST (Basic Local Alignment Search Tool)是一套在蛋白质数据库或DNA数据库中进行相似性比较的分析工具。BLAST程序能迅速与公开数据库进行相似性序列比较。BLAST结果中的得分是对一种对相似性的统计说明。BLAST是基于Altschul等人在J.Mol.Biol上发表的方法,在序列数据库中对查询序列进行同源性比对工作。BLAST可处理任何数量的序列,包括蛋白序列和核算序列;也可选择多个数据库但数据库必须是同一类型的,即要么都是蛋白数据库要么都是核酸数据库。所查询的序列和调用的数据库则可以是任何形式的组合,既可以是核酸序列到蛋白库中作查询,也可以是蛋白序列到蛋白库中作查询,反之亦然。 GCG及EMBOSS等软件包中包含有五种BLAST： ⑴BLASTP是蛋白序列到蛋白库中的一种查询。库中存在的每条已知序列将逐一地同每条所查序列作一对一的序列比对。 ⑵BLASTX是核酸序列到蛋白库中的一种查询。先将核酸序列翻译成蛋白序列（一条核酸序列会被翻译成可能的六条蛋白），再对每一条作一对一的蛋白序列比对。 ⑶BLASTN是核酸序列到核酸库中的一种查询。库中存在的每条已知序列都将同所查序列作一对一地核酸序列比对。 ⑷TBLASTN是蛋白序列到核酸库中的一种查询。与BLASTX相反，它是将库中的核酸序列翻译成蛋白序列，再同所查序列作蛋白与蛋白的比对。 ⑸TBLASTX是核酸序列到核酸库中的一种查询。此种查询将库中的核酸序列和所查的核酸序列都翻译成蛋白（每条核酸序列会产生6条可能的蛋白序列），这样每次比对会产生36种比对阵列。

1通常根据查询序列的类型（蛋白或核酸）来决定选用何种BLAST。假如是作核酸－核酸查询，有两种BLAST供选择，通常默认为BLASTN。如要用TBLASTX也可，但记住此时不考虑缺口。 BLAST适用于本地查询。可以下载公共数据库，对于该数据库的更新和维护是必不可少的。如果要直接到网上查询也可以（即Net Blast），但记住如果你认为自己的序列很有价值的话，还是谨慎为宜。 我们在实验中用到的BLAST比对就是BLASTN，即为核酸-核酸查询，通过对国人和欧美人同一基因的BLAST比对可以找出两条序列间的不同位点及各位点不同碱基的个数。

三．实验步骤 1.前列腺遗传相关基因的查找 在OMIM数据库中查找前列腺相关基因，以prostate cancer为检索词，并将查询范围限定在titles上，便可以找到相应的前列腺遗传相关基因，如图1

图1 OMIM搜索欧美人前列腺癌遗传相关基因结果 将所查找得到的序列列表显示如表1，表中包括基因的名字，MIM号以及该基因所在的基因位置。 表1 欧美人前列腺癌相关基因 序号 基因名 MIM号 基因位置序号 基因名 MIM号 基因位置1 TMEM16G 605096 2q37.3 14 SYT7 604146 11q13 2 STEAP2 605094 7q21 15 HPC1 601518 1q25 3 PCA3 604845 9q21-q2216 HPC7 610321 15q12

4 PSMP 612191 9p13.3 17 HPC4 608658 7p11-q21

5 HPC11 611955 17q12 18 HPC8 602759 1q42.2-q43

6 HPC13 611928 10q11.2 19 HPCX1 300147 Xq27-q28

7 HPC12 611868 2p15 20 HPC15 311959 19q13.4

8 PDZD2 610697 5p13.2 21 HPC14 611958 11q13

9 ALKBH3 610603 11p11.1222 HPC9 610997 17q21-q22

10 TBC1D3B 610144 17q12 23 HPC6 609558 22q12.3

11 HPC3 608656 20q13 24 HPC5 609299 3p26

212 ELAC2 605367 17q11 25 HPC3 608656 20q13

13 SLC45A3 605097 1q32.1 26 HPCX2 300704 Xp11.22

在表1所示的序列中，只有15条序列完成了序列比对，如表2所示： 表2-2 完成比对的前列腺癌相关基因 序号 基因名 MIM号 基因位置 1 TMEM16G 605096 2q37.3 2 STEAP2 605094 7q21 3 PCA3 604845 9q21-q22 4 PSMP 612191 9p13.3 5 HPC11 611955 17q12 6 HPC13 611928 10q11.2 7 HPC12 611868 2p15 8 PDZD2 610697 5p13.2 9 ALKBH3 610603 11p11.12 10 TBC1D3B 610144 17q12 11 HPC3 608656 20q13 12 ELAC2 605367 17q11 13 SLC45A3 605097 1q32.1 14 SYT7 604146 11q13 15 HPC1 601518 1q25

除以上序列外，还有其他部分基因由于序列比对上的困难而没有完成比对，将这些基因列举如表3所示： 表3 比对不完全的前列腺癌相关基因总结 序号 基因名 MIM号 基因位置 1 HPC7 610321 15q12 2 HPC4 608658 7p11-q21 3 HPC8 602759 1q42.2-q43 4 HPCX1 300147 Xq27-q28 5 HPC15 311959 19q13.4 6 HPC14 611958 11q13 7 HPC9 610997 17q21-q22 8 HPC6 609558 22q12.3 9 HPC5 609299 3p26 10 HPC3 608656 20q13 11 HPCX2 300704 Xp11.22 2 基因序列比对 在表1所示的各个基因序列中选出两个基因STEAP2与PCA3按前述的BLAST序列比对方法进行序列比对，寻找国人和欧美人各基因的不同点。

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