基于细胞死亡相关ncRNA-蛋白编码基因调控网络的食管癌分子标志物及靶向干预研究

About 70% of esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) occurs in China. However due to limited methods and tools for early detection, the mortality and mortality rates increase gradually by years. Based on our previous results, we plan to construct and delineate the cell death related ncRNA-protein coding gene regulating network in ESCC. Based on integrating all kinds of esophageal cancer omics data, we will use dynamic models to analyze the topological changes after perturbations. We will predict the key nodes and edges in this network, which include ncRNAs, protein coding genes or the regulating motifs among them. These simulation results will be vigorously verified by cell based experiments, animal model or clinical data statistics. This project will provide a new horizon for the development of diagnostic marker and therapeutic target of ESCC.

我国是世界上最主要的食管癌高发国，亟需有效的手段来改善和提高临床诊疗与预后预警。在前期多项成功预实验的基础上，本研究提出整合多种食管癌组学大数据，引入动态变化模型，构建与解析ncRNA-蛋白编码基因协同调控食管癌细胞死亡的动态网络，从而把系统生物学分析思路应用于食管癌的研究之中。通过对该调控网络的拓扑属性分析和对点、边的扰动分析，识别其中关键的ncRNA、蛋白编码基因以及它们之间的协同作用对。结合调控网络的拓扑结构分析以及食管癌患者生存信息等临床资料深入挖掘食管癌预后分子标志物以及ncRNA-蛋白编码基因相互作用对。在上述计算模拟的同时，我们还将综合运用基因高表达与基因敲降表达对比实验、细胞增殖、自噬和凋亡等功能检测、裸鼠实验和患者临床资料分析等多种手段，在分子、细胞、实验动物和临床水平进行多角度生物学验证。本研究将为食管癌分子诊治提供全新角度和扎实理论依据。

食管癌是危害我国人民生命健康的一种重要癌症，亟需有效的手段来改善和提高临床诊疗与预后预警。本研究提出整合多种食管癌组学大数据，构建与解析ncRNA-蛋白编码基因协同调控食管癌的动态网络。通过对该调控网络的拓扑属性分析识别其中关键的ncRNA、蛋白编码基因以及它们之间的协同作用对。结合分子细胞实验研究以及食管癌患者生存信息等临床资料深入挖掘食管癌预后分子标志物以及新的药物靶点。经过四年的努力工作，本研究基本达到了预期研究目标。首先，我们汇总整理各种互作组数据（包括紫外交联免疫沉淀结合高通量测序（CLIP）和并行分析RNA末端测序(PARE))，开发构建了一个ncRNA-蛋白编码基因调控网络。我们发现癌症相关的节点在网络中度数大；富集已知的药物靶点；在癌症中差异改变的互作模块（dysregulated RBP-ncRNA circuits, RNC）可作为预后指标；通过互作关系可预测互作模块内部各分子的生物学功能和致病机制。其次，我们开展了食管癌细胞的蛋白编码基因转录组和sRNA转录组测序工作。利用食管癌症转录组数据和临床生存时间分析ncRNA-蛋白编码基因调控网络动态变化；鉴定出一个和基因差异改变、生存时间相关的关键节点和关键构件（TRA2A-MALAT1）。在分子细胞水平上利用RNA-pulldown, RIP, western、qPCR等实验揭示了它在食管癌中调控细胞增殖和侵袭的重要作用和机制。通过临床数据分析也发现了它作为预后分子标志物的临床价值。第三，在整理各种多组学数据时，依据需要开发了5个计算生物学工具，包括：一个利用关联规则算法分析多组学数据的服务器和R工具OmicsARules；一个预测RNA和RNA结合蛋白竞争RNA分子的工具包 RBPvsMIR；一个基于核函数算法来预测蛋白-RNA互作工具包RPiRLS；一个三代测序生物信息学分析工具TGStools；一个R工具包fRNC，它可以利用CLIP/PARE数据组建ncRNA-RBP网络并从中挖掘出依据条件改变的RNC。综上，本研究开发了一系列系统生物学分析食管癌组学数据的新方法和软件工具包，发现了新的食管癌靶点，为分子诊治提供了全新角度。所开发的计算生物学工具也可应用于其他癌症研究。