数据库整合分析实验研究骨肉瘤转移的协同调控机制

Osteosarcoma (Osteosarcoma, OS) is the most common primary malignant bone tumors. OS metatasis is the major treatment difficulty. At present, a large number of published tumor metastasis-associated gene expression database have been published, how to integrate these high -throughput data analysis is a cutting-edge computational biology and cancer research fields and major challenges. Previous studies have shown that NF-κB, p53, p73, AP1 transcription factors can regulate the expression of genes related to OS transfer signaling pathway . The current problem is : how to explore the OS transfer process of transcription factors , microRNA, protein modification , such as different levels of regulation network. This study analyzes the use of collaborative computing , molecular biology experiments and clinical testing , statistical methods , integration of different levels of data through a cascade mathematical model was constructed with the OS metastasis-related gene regulatory networks, identified and is associated with tumor metastasis and a plurality of transcription factors regulate target microRNA target genes and their signaling pathways , then these experiments predicted target genes. From the perspective of gene expression and regulatory networks and OS clarify the molecular mechanism of metastasis , tumor-associated markers have explored the potential clinical significance.

骨肉瘤（Osteosarcoma，OS）是最常见的原发恶性骨肿瘤。转移是目前OS治疗中的主要难点。目前已有大量公开发表的肿瘤转移相关基因表达数据库，如何整合分析这些高通量数据，是计算生物学和肿瘤研究的一项前沿领域和主要挑战。前期研究已经证明NF-κB、p53、p73、AP1等转录因子能够调节OS转移相关的基因表达信号通路。目前存在的问题是：如何探索在OS转移过程转录因子、microRNA、蛋白修饰等不同层面的网络调节系统。本研究拟采用协同分析计算，分子生物学实验和临床检测、统计的方法，通过级联数学模型整合不同层次的数据，构建与OS转移有关的基因调控网络图谱，鉴定出与肿瘤转移相关并被多个转录因子和microRNA调节的靶基因和它们的靶信号通路，然后用实验验证这些预测的靶基因。从基因表达及调控网络的角度阐明与OS转移相关的分子调控机制，探索具有潜在临床意义的肿瘤相关标志物。

本研究通过医学数据库检索和分析，发现已知 14个TAp73 磷酸化位点及其对应磷酸激酶；总结已知位点分布特点是位于 TAp73 反式激活域 TA1、TA2共5个,位于TAp73 非反式激活域共9个；得出修饰位点磷酸化对TAp73蛋白功能活性的调节规律是：位点在 TAp73 反式激活域的磷酸化修饰将下调 TAp73 的功能活性，而位点在 TAp73 非反式激活域的磷酸化为上调TAp73 的功能活性。本研究通过 cDNA 生物芯片高通量筛选 OS 细胞内磷酸激酶靶向基因，获得OS 细胞内的磷酸激酶表达谱和表达水平较高的10种磷酸激酶，为后续 OS分子机制、信号通路等研究提供了平台，并筛选出了4种酸性激酶 CK1、CK2、PLK1和PLK2为潜在关键靶激酶，并首次提出PLK2是一个调节TAp73功能活性的关键激酶靶点。本研究利用生物信息数据分析形成理论指导实际实验，首次证实了在 OS 细胞中 PLK2 可磷酸化高丰度 TAp73，并发现了一个新的 TAp73 磷酸化修饰位点 S48。还初步探讨了在 OS 细胞中 PLK2 作为肿瘤促进因子的分子机制——通过结合TAp73延长自身半衰期，并阻止转录因子TAp73核转位，下调TAp73转录活性而抑制 TAp73 下游基因 p21，puma 表达，从而使细胞快速通过G1期，抑制细胞凋亡，促进细胞增殖和迁徙。因此，PLK2是一个潜在的OS分子治疗靶点。 在研究中成功构建 OS 荷瘤鼠模型，初步观察和总结了 PLK2 抑制剂治疗后 OS 的细胞和分子病理学特点。本研究发现,DNA 损伤药物上调内源性 TAp73、 PLK2 的表达水平后, PLK2可通过高丰度 TAp73影响OS细胞生存、生长,并且发现抑制PLK2可挽救TAp73抗OS活性,增强 DNA 损伤药物 CDDP、ADM 等的抗肿瘤效果。但在缺乏 TAp73 蛋白的 OS 细胞中，单纯用 PLK2 抑制剂未能观察到治疗效果。这为临床上治疗以 TAp73 高表达为特征的恶性肿瘤提供了实验基础和指导依据。