基于癌症的ceRNA网络构建与多组学联合分析的研究

Cancer is one of the most common and lethal cancer types in humans, and the molecular mechanism of cancer progression is still unclear. With the development of high-throughput sequencing technology, the human genome has been widely transcribed thousands of non-coding protein RNAs (ncRNAs). According to the competing endogenous RNA (ceRNA) theory, long noncoding RNA (lncRNA) have a competition with mRNAs for the connecting with miRNAs that affecting the level of mRNA. LncRNAs represents a new level of RNA interaction regulation and plays a key role in tumor development. With the accumulation and development of genome, transcriptome and proteome data, a network were integrated and analyzed to form the genetic regulation network. In conclusion, further molecular mechanism of tumorigenesis is elaborated through the analysis of ceRNA network and multiple omics for cancer, which promotes the study of disease mechanism and the determination of pathogenic targets, and also provides new ideas for the research of basic science and precise medicine of disease.

癌症是人类最常见和最致命的疾病类型之一，到目前为止，癌症疾病的发生和进展的分子机制尚不清楚。随着高通量测序技术发展迅速，基因组被转录产生编码类mRNA以及种类繁多的非编码RNA (non-coding, ncRNA)，其中长链非编码RNAs（lncRNAs）可以充当竞争性内源RNAs（competing endogenous RNAs，ceRNAs），通过共享microRNA间接调控mRNAs，这是一个新的RNA层面上的交互调控，并在肿瘤发展中起着重要作用。随着组学数据的积累发展，对这些组学数据进行整合分析形成基因、mRNA、调控因子、蛋白互作调控，从而构建相关基因调控网络。总之，通过系统剖析研究癌症lncRNA相关ceRNA网络以及癌症发生发展的多组学分析，为理解肿瘤发生的分子机制提供进一步信息，对疾病机理研究、确定致病靶点起到推动作用，也为疾病基础科学和精准医学研究提供了新的思路。

本项目利用多个癌症样本的转录组信息和临床信息数据为研究目标，采用WGCNA等算法来预测癌症的基因共表达网络，同时寻找关键调控的目标基因，另外对于在癌症发生发展过程中具有重要作用的同一种功能基因进行特征提取，采用合适的机器学习方法来构建预测模型，主要从以下几个方面进行：.癌症共表达网络构建方面：以结肠癌、食管癌(ESCC)、直肠癌、胃癌(GC)和直肠乙状结肠交界癌5个消化系统癌症为研究目标，利用消化系统癌症的多个转录组信息以及样本的临床信息为数据，研究集中在构建基因共表达网络，对表达网络中的基因进行GO和KEGG分析，以确定这些疾病可能的生物标志物。利用CytoHubba调控网络的关键基因进行鉴定。.癌症相关通道蛋白网络和模型预测方面：本项目选取通道蛋白和水通道蛋白为研究对象，对其进行网络构建和蛋白预测。通道蛋白和AQPs都在癌症组织中表达水平较高，对通道蛋白和AQPs的鉴定可以有助于了解癌症的发生和发展机制，因此我们采用机器学习的方法来对通道蛋白和水通道蛋白进行研究鉴定。.癌症重要蛋白CDKN2A蛋白互作网络与多种癌症相关性方面：CDKN2A基因是一个肿瘤抑制因子，研究拟采用33种肿瘤的多个转录组研究CDKN2A基因表达情况，预测CDKN2A的蛋白互作网络与癌症的相关性问题，评估CDKN2A基因与肿瘤进展的关系。CDKN2A可能是一种有前景的预后生物标志物，并与癌症的免疫浸润有关。