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[硕士论文] 高程杰
细胞生物学 郑州大学 2018(学位年度)
摘要:目的:红系发育是造血干细胞经增值、分化最终生成成熟红细胞的过程,受到转录因子的协同调控。红系发育过程可分为三个阶段:早期红细胞生成、终末分化、网织红细胞的成熟。红系发育过程不仅有细胞体积逐渐较小、染色质凝集及血红蛋白增多等细胞形态变化,且各基因的表达水平也随之变化。转录因子及其调控基因存在复杂的相互作用,也存在阶段变化的特征。为了研究红系发育中系统的转录调控,深入理解红系发育早期和终末阶段的差异,本课题基于RNA-seq数据构建红系发育过程的基因共表达网络,并通过网络模块探索红系发育早期和终末阶段的调控网络及关键基因差异,加深对红系发育调控机制的理解。
  方法:基于本课题组脐带血和外周血体外分化、发育的各阶段RNA-seq测序数据,使用FastQC、tophat、cuffquant、cuffdiff、cummeRbund转录组数据处理流程,得到各阶段基因表达数据及差异基因;对基因表达数据进行过滤后通过WGCNAR软件包构建基因共表达网络,并使用pajek软件计算度、k-核、介数、紧密度等网络结构参数,分别对网络及各模块进行分析,比较早期模块与终末模块的调控差异。
  结果:WGCNA构建得到的基因共表达网络,进行网络分析,得到红系发育共表达网络的核心基因,其中30%左右已在文献中得到验证。共表达网络模块分析得到了4个阶段特异模块;1个早期祖细胞模块和3个终末阶段晚期模块。早期祖细胞模块中核心基因包括PTPN6、ETS2等已知红系相关基因,参与细胞增值、分化和凋亡相关通路,与早期祖细胞的增值、分化相关。两个终末阶段晚期模块由不同基因组成但具相似的功能,调控自噬、蛋白质修饰、泛素化介导的生物学过程等,与红细胞的成熟及细胞骨架的重排有关,已知红系相关基因如ULK1、AKT2、EIF4EBP2和FOXO3。终末阶段晚期模块3中核心基因包括TAL1、NFE2等已知红系关键基因,参与调控染色质组成、去磷酸化等过程,与晚期胞内染色质变化及红系发育过程的顺利进行有关。
  结论:红系发育基因共表达网络及其网络分析结果表明早期祖细胞模块核心基因集中在祖细胞增值和分化,终末晚期模块集中在自噬、染色质凝集、细胞骨架重排等与脱核相关的功能等,与已知红系发育表型及功能一致。这不仅能加深对红系发育早期祖细胞增值和终末脱核中已知关键基因调控通路的理解,也可以预测新关键基因,为体外产生功能红细胞提供帮助。
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