亚低温脑保护基因芯片数据的生物信息学挖掘和枢纽基因功能研究

1.首次筛选出亚低温后脑创伤大鼠海马即早基因组的差异表达谱，得出显著性Gene Ontology分类。在此基础上拟行Pathway显著性分析，构建靶向基因的功能网络，确定其中的枢纽基因。从而，从亚低温对脑创伤保护之分子机制的整体脉络出发，确立关键途径和分子，为其机制的深入研究指出可能的重要方向；并为创伤后脑保护研究提供重要的介入点（枢纽基因的干预）。 2.同时，对选定的枢纽基因- - 转谷氨酰胺酶2(Tgm2)进行纵深研究：观察其在脑创伤及亚低温作用后的时间－空间表达特征；结合应用RNA干扰技术和"细胞培养机械损伤模型"，通过控制Tgm2不同程度的表达，动态观察与神经损伤、细胞死亡模式及相关基因表达等多个环节的特点，探讨Tmg2在脑创伤中的作用和可能的分子机制。本研究将为其他枢纽基因的验证和探索提供一种研究模式，也为创伤后脑保护治疗提供一条新的研究策略。

创伤性脑损伤(TBI)后继发性损伤可导致大量神经细胞损伤和死亡，是TBI高死残率的重要病理基础，而众多“针对性”的临床药物干预研究都未能发现有效的神经保护药物。与此同时，亚低温的神经保护作用却在基础研究和临床实践中均得到广泛证实，但其作用机制尚不明确。本课题基于前期实验发现，运用基因芯片和生物信息学技术，以mRNA和MicroRNA基因芯片表达谱的改变为重点，结合特定基因的表达特征，开展了亚低温对TBI后大鼠海马基因表达量、类别、信号途径、调控网络的立体探索。研究对首次筛选出的133个TBI大鼠海马亚低温治疗后即早差异表达基因（mRNA水平）进行了功能聚类和信号通路分析，明确了“突触形成和发生”、 “突触传递”等在亚低温神经保护中的特殊重要作用；确定出Ank3、Cmbp、Nrxn、Tgm2和Fcgr3等关键枢纽基因。同时，“面”和“点”的研究相结合，观察到TBI后Nav1.3的mRNA和蛋白水平在海马神经元表达明显升高，并与伤情相关。生物信息学的快速发展，继而把课题研究推进到MicroRNA表达谱的检测和分析水平。目前通过构建MicroRNA-mRNA功能网络、MicroRNA-GO功能网络，绘制基因作用关系网络图（Signal-Net），进而从亚低温对TBI保护作用分子机制的立体调控层面，聚焦出最为关键的调控途径和分子，为TBI后神经保护研究提供新的思路和科学依据，为有效开发脑保护药物和技术，提供真正“针对性”的切入点。