用心脏顺式调控模块预测心脏特异表达基因--从数据库到计算分析方法

研究背景： 组织特异的基因表达是由基因组非编码区中的调控模块和对应的蛋白反式因子共同决定的。然而，匮乏的基因调控信息限制了我们高通量地解析基因如何在不同组织、细胞增长、不同分化阶段在环境刺激下时的调控表达。因此，识别顺式作用元件并且预测它们的功能是生物医学领域的一个中心问题。 同样地，心脏基因的表达调控指令也存在于基因组中的非编码区内，并且目前的研究也报道了许多指导心脏基因特异表达的转录因子。很多所谓的心脏基因也是先天性心脏病或心肌病的致病元凶，它们的突变将会导致(心脏器官)畸形和死亡。找到与阐明这些基因表达的调控机制，对于控制这些基因的表达、阻止疾病的发生发展具有重要的科学与临床意义。 研究目的： (1)建立以心脏发育、心肌肥厚相关基因以及它们的顺式调控元件为主要内容的数据库CardioSignal。 (2)开发预测心脏转录因子结合位点的可视化软件CardioSignalScan。 (3)利用生物先验知识和生物信息学的分析提出合理的心脏基因调控模块。 (4)利用人类全基因组数据寻找可能的心脏调控模块和相应的心脏基因。 (5)实现在全基因组上搜索心脏CRM的“模块搜索”的聚类算法。 对象和方法： 最近的研究表明，心脏特异表达的心房肽基因受到增强体模式的调控。我们推测这种顺式元件模块的特异组合可以驱动在相同信号通路内的心脏基因的表达。我们利用权重位置矩阵(PWM)来识别心脏基因的顺式调控元件，然后在全基因组范围筛选我们基于生物先验知识的顺式调控模块。 结果： (1) 目前数据库存储着所搜集的586条心脏发育和肥厚相关的基因和139条基因启动子序列。