骨肉瘤相关基因富集分析

８３０　现代医药卫生２０１３年３月３０日　第２９卷第６期Ｊ　Ｍｏｄ　Ｍｅｄ　Ｈｅａｌｔｈ，Ｍａｒｃｈ　３０，２０１３，Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．６　骨肉瘤相关基因富集分析　阳小进，杨俊涛，谭光华，王晓旭，谭文甫（南华大学附属第二医院骨科，湖南衡阳４２１００１）　

论　著·　

【摘　要１　目的　富集分析骨肉瘤相关基因，深层次挖掘基因信息，阐明骨肉瘤发病的基因机制。方法　利用在线　基因富集分析土具ＤＡＶＩＤ，针对（在线人类孟德尔遗传数据库）ＯＭＩＭ、系统分析基因功能（ＫＥＧＧ　ｄｉｓｅａｓｅ）、遗传协会数据　库（Ｇｅｎｅｔｉｃ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉ０ｎ　Ｄａｔａｂａｓｅ）及ＰＡＧＥＤ数据库（ＰＡｇｅｄ　Ｄａｔａ　Ｓｏｕｎｅ）４个疾病相关基因数据库中检索得到的骨肉瘤相　关基因进行分子功能、生物学途径及Ｐａｔｈｗａｙ富集分析。结果　骨肉瘤疾病在基因损伤、损伤应激生物学途径及细胞周　期信号通路等方面表现异常。结论　骨肉瘤是一种多基因病变疾病，富集分析可以深入阐述骨肉瘤发病的基因机制。　【关键词】　骨肉瘤；　基因；　数据库，核酸；　富集分析　ｄｏｉ：１０．３９６９６．ｉｓｓｎ．１００９—５５１９．２０１３．０６．０１５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—５５１９（２０１３）０６—０８３０—０２　

Ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｇｅｎｅｓ　Ｙａｎｇ　Ｘｉａｏｊｉｎ，Ｙａｎｇ　Ｊｕｎｔａｏ，Ｔａｎ　Ｇｕａｎｇｈｕａ，Ｗａｎｇ　Ｘｉａｏｘｕ，Ｔａｎ　ｅ，　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆｏｒｔｈｏｐｅｄｉｃｓ，Ｓｅｃｏｎｄ　Ａｆｆｉｌｉａｔｅｄ　Ｈｏｓｐｉｔａｌ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ，Ｈｕｎａｎ　４２１００１，Ｃｈｉｎａ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】　Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　Ｔｏ　ｐｅｒｆｏｒｍ　ｔｈｅ　ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｇｅｎｅｓ　ｆｏｒ　ｄｉｇｇｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｅｐ　ｓｅａｔｅｄ　ｇｅｎｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｌａｒｉｆｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ　ｇｅｎｅ．Ｍｅｔｈｏｄｓ　Ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｏｎｌｉｎｅ　ｇｅｎｅ　ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｏｏｌ　ＤＡＶＩＤ．ｔｈｅ　０ｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｇｅｎｅｓ　ｒｅｔｒｉｅｖｅｄ　ｆｒｏｍ　ＯＭＩＭ，ＫＥＧＧ　ｄｉｓｅａｓｅ，Ｇｅｎｅｔｉｃ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ　Ｄａｔａｂａｓｅ　ａｎｄ　ＰＡＧＥＤ　ｆｏｕｒ　ｄｉｓｅａｓｅ．ｒｅｌａｔｅｄ　ｇｅｎｅ　ｄａｔａｂａｓｅｓ　ｗｅｒｅ　ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ　ｔｈｅ　ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｐａｔｈｗａｙ．　Ｒｅｓｕｌｔｓ　Ｔｈｅ　ｄｅｅｐ—ｓｅａｔｅｄ　ｄｕｇ　ｇｅｎｅｔｉｃ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｌａｉｄ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｃｌａｒｉｆｙ　ｔｈｅ　ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ　ｇｅｎｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ．Ｒｅｓｕｌｔｓ　Ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ　ｇｅｎｅｓ　ｐｅｒｆｏｒｍ　ａｂｎｏｒｍａｌｉｔｙ　ｉｎ　ＤＮＡ　ｄａｍａｇｅ　ａｎｄ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｔｏ　ＤＮＡ　ｄａｍａｇｅ　ｓｔｉｍｕｌｕｓ　ｂｉｏｌｏｇｉ—　ｃａ１　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ａｎｄ　ｃｅｌｌ　ｃｙｃｌｅ　ｓｉｇｎａｌｉｎｇ　ｐａｔｈｗａｙｓ．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　Ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ　ｉｓ　ａ　ｐｏｌｙｇｅｎｉｃ　ｄｉｓｅａｓｅ．Ｅｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｃａｎ　ｇｏ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｔａｉｌｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ　ｇｅｎｅ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】　Ｏｓｔｅｏｓａｒｃｏｍａ；　Ｇｅｎｅｓ；Ｄａｔａｂａｓｅｓ，ｎｕｃｌｅｉｃ　ａｃｉｄ；　Ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ　

骨肉瘤是儿童和青少年最常见的、起源于间充质细胞的恶性　骨肿瘤．具有恶性程度高、治疗困难等特性。对骨肉瘤的发生和发　展分子机制进行研究，有助于提高对肿瘤机制的认识，促进诊断　和治疗研究的深入。随着研究进展，人们逐渐发现骨肉瘤相关的　基因逐渐增多且全面，尤其是高通量、高效率基因芯片技术的发　展及应用．使得与骨肉瘤相关的基因数据信息大量涌现。如何在　整体层次上挖掘这些基因中的信息并进行生物学专业解释显得　尤为重要。相对于单基因分析而言，基因富集分析提高了结论的　可解释性。本文从４个数据库检索目前已经研究表明与骨肉瘤发　病有关的基因，并对其进行分子功能、生物学途径及通路（ｐａｔｈ—　ｗａｙ）３个方面的富集分析。　１材料与方法　１．１　数据资料和实验设计　本次分析所用的基因信息来自　０ＭＩＭ（ｈｎｐ：／／ｏｍｉｍ．ｏｒｇ／）、系统分析基因功能ＫＥＧＧ　ｄｉｓｅａｓｅ（ｈｔｔｐ：／／　ｗｗｗ．ｇｅｎｏｍｅ．ｊｐ／ｋｅｇｇ／ｄｉｓｅａｓｅ／）、遗传协会数据库Ｇｅｎｅｔｉｃ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ　Ｄａｔａｂａｓｅ（ｈｔｔｐ：／／ｇｅｎｅｔｉｃａｓ　ｓｏｃｉａｔｉｏｎｄｂ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／ｃｇｉ—ｂｉｎ／ｉｎｄｅｘ．ｃｇｉ）及　ＰＡＧＥＤ数据库（ＰＡｇｅｄ　Ｄａｔａ　Ｓｏｕｎｅ）［１１（ｈｔｔｐ：／／ｒｄｃ０２．ｕｉｔｓ．ｉｕ．ｅｄｕ：７７７７／　ｐｌｓ／ａｐｅｘ／ｆｔｐ＝１　１９：ｈ１９８１６５７３０６２７３０４１）４个人类疾病相关数据库　检索得到的骨肉瘤相关基因，分别为：ＡＣＴＡ２、ＢＩＲＣ５、ＣＤＫＮ２Ａ、　ＣＤＫＮ２Ｂ、ＣＤＳ１、ＣＨＥＫ２、ＣＹＰ３Ａ４、ＣＹＰ３Ａ５、ＥＧＦＲ、ＥＲＣＣ１、ＥＲＣＣ２、　ＥＲＣＣ４、ＥＲＣＣ５、ＥＺＲ、ＦＡＳ、ＦＡＳＮ、ＦＯＳ、ＦＯＳＢ、ＧｓＴｒ１、ＭＤＭ２、ＭＰＯ、　ＭＴＨＦＲ　ＭＹＣ　ＯＳ９　ＰＥＣＡＭ１　ＲＢ１　ＲＥＣＱＬ４　ＳＨＭＴ１　ＴＧＦＢＲ１　ＴＮＦ　．　ＴＰ５３、ＴＳＰＡＮ３１、ＴＹＭＳ、ＸＰＡ及ＸＰＣ共３５个基因。　１．２　富集分析　首先利用ＤＡＶＩＤ　Ｇｅｎｅ　ＩＤ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　Ｔｏｏｌ工具　将３５个基因名称转换成基因库协会Ｇｅｎｂａｎｋ　Ａｃｃｅｓｓｉｏｎ。然后，利　用ＤＡＶＩＤ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　Ａｎｎｏｔａｔｉｏｎ［ｅｌ基因注释及功能富集分析系统　对分子功能、生物学途径及Ｐａｔｈｗａｙ富集分析。其中分子功能及　生物学途径利用分子功能分类体系基因本体（ｇｅｎｅ　ｏｎｔｏｌｏｇｙ，ＧＯ）　分析．Ｐａｔｈｗａｙ分析利用京都基因与基因组百科全书（ｋｏｔｙｏ　Ｅｎ—　ｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ　ｏｆ　ｇｅｎｅｓ　ａｎｄ　ｇｅｎｏｍｅｓ，ＫＥＧＧ）、Ｂｉｏｃａｒｔａ及Ｇｅｎ　ＭＡＰＰ　３　个数据库进行。　２结　果　２．１分子功能分类　分子功能注释即描述基因产物的生物学活　性。ＧＯ是基因本体联合会（Ｇｅｎｅ　Ｏｎｏｔｏｌｏｇｙ　Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ）所建立的　数据库，旨在建立一个适用于各种物种对蛋白质功能进行限定和　描述，并能随着研究的不断深入而更新的语义词汇标准　ＧＯ是　多种生物本体语言中的一种，提供了分子功能、细胞组件及生物　学途径３层结构的系统定义方式，用于描述基因产物的功能。通过　分子功能分类富集分析（表１），发现３５个基因主要参与蛋白质　的异源二聚体形成、结合损伤ＤＮＡ、结合单双链ＤＮＡ、结合氨基　端蛋白质、结合腺苷三磷酸（ＡＴＰ）、转移酶、结合镁离子等功能。　表１　ＡＴＰ分子功能富集分析　现代医药卫生　２０１３年３月３０日￥２９卷第６期　Ｊ　Ｍｏｄ　Ｍｅｄ　Ｈｅａｌｔｈ，Ｍａｒｃｈ　３０，２０１３，Ｖｏ１．２９．Ｎｏ．６　２．２生物学途径　生物学途径是由分子功能有序地组成的、具　有多个步骤的一个过程。通过基因生物学途径富集分析（表２），表　明３５个基因主要涉及核苷酸切除修复、ＤＮＡ损伤切除、响应ＤＮＡ　损伤刺激、细胞周期阻滞、核苷酸切除修复、通过细胞周期负调控　细胞进程、抗凋亡、正负调控ＲＮＡ聚合酶Ⅱ启动子的转录启动、　细胞周期检查点、氧化还原反应以及其他生物学途径等。　

表２生物学途径富集分析　

２－３信号通路　２．３．１　通路数据库ＫＥＧＧ信号通路　信号通路是指将细胞外的　分子信号经细胞膜传人细胞内发挥效应的一系列酶促反应通路。　目前基因信号通路是一种重要的基因组研究方法，其把相互联系、　共同完成一个生物学途径的基因组合到通路中。　ＫＥＧＧ是系统分析分子功能，联系基因组信息和功能信息的　知识库。信号通路数据库包括图解的细胞生物学途径，如物质代　谢、膜转运、信号传递、细胞周期等，还包括同系保守的子通路等　信息。ＫＥＧＧ信号通路富集分析（表３），表明３５个基因主要参与　膀胱癌、核苷酸切除修复、慢性粒细胞白血病、大肠癌、细胞周期、　ＭＡＰＫ信号通路、神经胶质瘤、ｐ５３信号途径、黑色素瘤及胰腺癌　等通路。　表３　ＫＥＧＧＰａｔｈｗａｙ富集分析　２．３．２　Ｂｉｏｅａｒｔａ信号通路　Ｂｉｏｃａｒｔａ信号通路富集分析表明，３５　个基因主要参与肿瘤抑制基因Ａｒｆ抑制核糖体的生物合成，第１个　多价核因子ＣＴＣＦ、ＰＭＬ调节转录活性、端粒、端粒酶、细胞衰老　及不死、细胞周期Ｇ，／Ｓ检查点、角质细胞分化、ＨＩＶ—ＩＮｅｆ的负调　节Ｆａｓ和ＴＮＦ等信号通路（表４）。　２．３．３　ＧｅｎＭＡＰＰ信号通路　ＧｅｎＭＡＰＰ　Ｐａｔｈｗａｙ富集分析表明，　３５个基因主要参与ＤＮＡ损伤及内源性刺激响应、细胞凋亡、ＤＮＡ　修复、细胞周期Ｇ　／Ｓ检查点、ＭＡＰＫ信号通路、转化生长因子．１３　（ＴＧＦ—Ｂ）受体ＮｅｔＰａｔｈ　７、细胞周期、ＲＮＡ聚合酶Ⅱ启动子的转录　调控等信号通路（表５）。　表４　Ｂｉｏｃａｒｔａ　Ｐａｔｈｗａｙ富集分析　８３１　表５　ＧｅｎＭＡＰＰ　Ｐａｔｈｗａｙ富集分析　３讨　论　骨肉瘤是最常见的恶性骨肿瘤。在全部骨肿瘤中．骨肉瘤约　占原发性肿瘤的１７％，占恶性骨肿瘤的４２％。其显著临床特点是：　（１）主要患者群体为青少年；（２）几乎全为高度恶性，预后差；（３）　易早期转移，肺为最常见的转移靶器官。　人类基因组计划（ｈｕｍａｎ　ｇｅｎｏｍｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ，ＨＧＰ）完成后，人类　基因组研究的重心逐渐进入后基因组时代（ｐｏｓｔ—ｇｅｎｏｍｉｃ　ｅｒａ），即　由结构基因组时代逐渐转向功能基因组时代。而基因芯片技术以　种综合、全面和系统的观点研究生命现象，打破了以往一种疾　病一个基因的研究模式。大量基因表达的横向或纵向分析，研究　相应基因在生物体内的功能，阐明不同层次、多基因协同作用的　机制，进而在人类重大疾病的发病机制、分子诊断、药物开发等研　究中发挥了巨大作用。基因功能富集分析为通过构建个体在不同　生长发育阶段或不同生理病理状态下的特征性基因模块及分子　调控网络提供了重要启示及借鉴。　任何肿瘤的发生都是一个由多基因参与的多步骤、分阶段的　复杂过程。在肿瘤发展的不同阶段，肿瘤细胞发生阶段特异性基　因水平的分子事件；肿瘤发病机制即包含了肿瘤发生、发展整个　过程的分子改变。　通过分子功能注释富集分析，发现参与ＤＮＡ损伤修复及单　链或双链结合的基因产物可能与肿瘤细胞癌变以及过度增殖的　过程有关。ＸＰＣ是一种ＤＮＡ修复蛋白，已有研究证实，其在膀胱　癌中的表达明显低于正常组织和细胞，提示着色性干皮病（ＸＰＣ）　的转录抑制与膀胱肿瘤的发生、发展相关１４１。另一方面，其表达的　多态性与膀胱癌的发病有关［５１。结合腺苷三磷酸（ＡＴＰ）功能与肿　瘤细胞超高的能量代谢有关，ＲＥＣＱＬ４为ＡＴＰ依赖的ＤＮＡ解旋　酶Ｏ４，研究证明解旋酶的不稳定性与肿瘤疾病的发生相关　。　通过分子ＫＥＧＧ信号通路富集分析，说明骨肉瘤与以上几种　其他肿瘤的发生、发展具有相同的相关基因。例如，ＣＤＫＮ２Ａｔ’Ｉ、　ＥＧＦＲ、ＭＤＭ２　、ＭＹＣ、ＲＢｌ及ＴＰ５３基因同时与膀胱癌相关；ＢＩＲＣ５、　ＥＧＦＲ、ＦＯＳ、ＭＹＣ、ＴＧＦＢＲ１ｌ９＿　ｑ及ＴＰ５３基因同时也与大肠癌相关；　ＫＥＧＧ、Ｂｉｏｃａｒｔａ、ＧｅｎＭＡＰＰ信号通路富集分析均（下转第８３３页）