心肌肥厚相关基因的筛选及生物信息学分析

作     者：魏思昂 

作者单位：山西农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：冯焱

授予年度：2021年

学科分类：1002[医学-临床医学] 10[医学] 

主      题：心肌肥厚 差异表达基因 理化特性 Cp 心血管疾病 

摘      要：目的:本研究基于生物信息学手段和分子生物学实验筛选并验证心肌肥厚相关基因,以期为深入了解病理性心肌肥厚的分子机制和发现高灵敏性诊断指标提供新线索。方法:使用GEO2R工具对数据集GSE18801,GSE120739,GSE26671中肥厚小鼠和正常小鼠心脏组织进行分析,筛选获得差异表达基因。使用DAVID数据库进行GO及KEGG生物功能富集分析,利用STRING数据库和Cytoscape 3.7.2软件进行蛋白互作分析。Coexpedia进行共表达基因网络分析和功能注释。为了验证基因,构建主动脉缩窄（Transverse aortic constriction,TAC）小鼠模型,q RT-PCR鉴定筛选分子在肥厚小鼠中的m RNA相对表达量,并基于Expasy数据库对筛选基因蛋白理化特性分析,最后从遗传学和临床角度分析筛选基因Cp在脊椎动物的正选择进化位点、亲缘性及Cp与心血管疾病患者相关性。结果:（1）筛选到53个在心肌肥厚差异性表达基因,它们主要参与细胞因子活性、肽酶抑制剂活性、趋化因子活性、ECM受体相互作用、PI3K-Akt信号通路、粘附斑、Toll样受体信号通路等过程。（2）利用PPI和共表达网络筛选到top10基因:Serpina3n、Cdkn1a、Fos、Col5a2、Fn1、Timp1、Cp、Spp1、Lox、Ctgf。（3）q RT-PCR表明Timp1、Ctgf、Serpina3n、Cp、Cdkn1a、Fos、Spp1、Col5a2、Fn1在肥厚性小鼠心肌组织高表达。（4）氨基酸序列、蛋白结构显示Cdkn1a、Fos、Col5a2、Fn1、Timp1、Cp、Spp1、Ctgf在人、小鼠、大鼠中保守性强,Serpina3n只在小鼠和大鼠中表现出了结构和序列的保守性,而在人中保守性差。Cdkn1a、Fos、Col5a2、Fn1、Timp1、Cp、Spp1、Ctgf均为亲水性蛋白,总平均亲水性系数分别为:-0.845,-0.369,-0.813,-0.509,-0.020,-0.536,-1.079,-0.213。根据信号肽预测结果分析分泌型蛋白包括:Timp1、Ctgf、Serpina3n、Cp、Spp1、Col5a2、Fn1。非分泌型蛋白包括:Cdkn1a、fos。亚细胞定位显示Serpina3n、Col5a2、Fn1、Timp1、Cp、Ctgf在胞外区域,Cdkn1a存在核区域,Spp1存在内质网和细胞质膜,Fos在核、内质网和胞质均有分布。（5）Cp基因9个正选择位点分别为:codon70、codon106、codon231、codon239、codon646、codon886、codon891、codon953、codon1128。拓扑结构进化树结果表明Cp基因进化树显示人与恒河猴亲缘性最近,与斑马鱼和Burton’s mouthbrooder亲缘性最远。（6）meta分析显示Cp表达状况与心血管疾病密切相关,SMD值为3.68,95%CI（2.30,5.06）;随后采用亚型分析,Cp与高血压相关性分析显示SMD值为2.76,95%CI（0.01,5.51）;Cp与冠心病相关性分析显示SMD值为4.31,95%CI（2.29,6.34）。结论:研究表明筛选出Serpina3n、Col5a2、Fn1、Timp1、Cp、Ctgf可作为心肌肥厚检测潜在靶标分子,Cp含量升高与高血压和冠心病相关,提示铁死亡信号通路可能参与调控高血压和冠心病等心血管疾病。