用于信号转导过程分析的新方法与新技术研究

本课题旨在通过结合功能基因组学、计算生物学和化学生物学的关键技术和方法，在各个"组学" 主要是在转录组和蛋白质组两个层面上研究小分子刺激对复杂生命系统的影响，建立计算分析模型，构建小分子探针诱导的基因调控网络和蛋白质相互作用网络，研究药物作用的关键信号转导通路，进而寻找各层面上的小分子功能标签，从而为药物作用靶点的鉴定，药物作用机理和功效预测等提供计算平台和实验方案。我们拟从二甲双胍入手，结合高通量转录组和蛋白质组学实验和产出数据，通过转录组、定量蛋白组以及蛋白质修饰组的不同层次数据的分析与整合归纳，构建"二甲双胍" 药物分子作用相关的基因调控网络、蛋白质相互作用网络，发现和建立这些由"二甲双胍" 药物分子作用诱导出的基因调控网络、蛋白质相互作用网络与关键信号转导网络之间的生物学关联，研究"二甲双胍" 药物分子作用的信号通路，并在此基础上开展"二甲双胍" 药物作用机理研究、副作用预测等。

我们通过高通量测序技术对罗格列酮Rosi、皮格列酮Pio和二甲双胍Met三种抗糖尿病药物刺激下的小鼠的肝脏、心脏及三种脂肪组织中的转录组进行分析比较。潜在药物靶点PPAR信号通路的基因差异表达情况与样本聚类分析均显示，内脏白色脂肪WAT-E与皮下白色脂肪WAT-S，在糖尿病的发生发展过程中起着不同的作用。前者可能来源于肝脏组织细胞，后者可能分化自骨骼或棕色脂肪组织细胞等。同时，利用已有的蛋白-蛋白相互作用数据库构建了三种糖尿病药物刺激下的基因共表达作用关系网络，并且在此共性基础上寻找二甲双胍与罗格列酮及皮格列酮对细胞组织刺激下的差异通路，阐明二甲双胍存在的作用机理。此外，我们还发现三种药物心脏组织细胞中的基因表达影响均很大，其中Rosi刺激下Serpina1家族基因的表达上调可能引起心血管堵塞从而引发心脏病，这与Rosi临床上增加糖尿病患者心脏病患病风险一致。此外与Liver相比WAT-E中可能缺失了Pio直接的作用靶点，导致WAT-E中部分基因对Pio没有反应，而对WAT-E和Liver中的Rosi和Met刺激均有相同反应。这可能是WAT-E从Liver分化而来却有别于Liver的重要部分，也是我们后续工作的一个重要关注点。目前这部分工作正在整理成文。2、我们采用新一代高通量测序技术同时对一峰8岁的野生雄性双峰驼及一峰6岁的阿拉善双峰驼进行全基因组序列测定和系统分析，绘制了世界首个野生双峰驼的全基因组序列图谱。进一步的进化分析发现在骆驼基因组中有2730个基因呈现加速进化，这些活动热区主要富集在碳水化合物代谢、脂类代谢和调节代谢过程的信号传导通路。其中包括基因P13K和AKT在内的胰岛素和脂肪细胞因子等通路相关基因的快速适应性进化，可以解释骆驼高胰岛素抗性及在高血压状态下没有产生糖尿病并发症的原因,暗示了双峰骆驼在沙漠中生成和储存能量的机制。在本项目实施过程中，总共发表9篇研究论文，全部发表在领域著名国际期刊上，其中一篇论文还发表在Nature系列期刊上。