QIAGEN生物信息產品數據挖掘:探索西尼羅病毒感染參與通路及生物標志物

2017-09-01 17:24:32 來源:源資科技市場部

新聞摘要:西尼羅病毒(West Nile Virus)感染是由蚊子傳染的一種疾病,目前尚無有效的治療手段。西尼羅病毒對老人和免疫缺陷人群具有極強的致病性,會對患者造成神經元的損傷,甚至會發展成威脅生命的神經系統疾病(腦膜炎及腦炎)。本文針對感染細胞與正常細胞的RNA-seq數據進行深度挖掘,尋找關鍵信號通路等分子網絡并獲得可能的藥物靶點以及假設。


背景:

 


      西尼羅病毒(West Nile Virus)感染是由蚊子傳染的一種疾病,目前尚無有效的治療手段。西尼羅病毒對老人和免疫缺陷人群具有極強的致病性,會對患者造成神經元的損傷,甚至會發展成威脅生命的神經系統疾病(腦膜炎及腦炎)。目前,西尼羅病毒的感染致病機制尚未完全清晰,僅了解到I型干擾素和體液免疫反應能夠防御西尼羅病毒的感染,在感染西尼羅病毒后治愈的宿主體內有細胞免疫反應。


研究目的:
      研究被西尼羅病毒感染后,
      是否有信號通路或代謝通路被激活或者被抑制?
      感染背后哪些轉錄通路被啟動了?
      有哪些生物過程包含在其中?
      能否發現目標基因的剪接變異?


實驗設計及方法:

 


數據挖掘結果:
1、顯著變化的經典通路和它們的激活狀態:

 

 


  值得注意的WNV感染所致,免疫反應相關的途徑被激活(上圖)。如果將干擾素信號(下圖)激活,會增加抗病毒效果和減少黃病毒科(WNV家族)的病毒復制。


2、下游生物學過程富集分析

 



  如圖所示:西尼羅河病毒感染相關的生物過程表現出了強烈的免疫反應(免疫反應,抗體反應,樹突狀細胞的運動)。這些生物過程都被激活,說明它們均參與抗病毒反應。


3、因果網絡分析:通過IPA的因果網絡分析發現CLEC7A是一個關鍵性的調節因子。

 

  因果網絡分析顯示CLEC7A可能能成為治療WNV腦炎(橙色圈)的一個有用的靶點。通過上游分析顯示CLEC7A是主調節因子,已經被確定為西尼羅病毒感染細胞的一個宿主易感基因。
      如果對這個因果網絡進行分子活性預測(IPA經典功能MAP),則可以看到如果抑制了CLEC7A,WNV腦炎也顯出明顯被抑制(如下圖)。

 


4、特異的剪接變異挖掘:

 

  對于抑制病毒作用中變異剪接進行分析發現: ZC3HAV1,SP100、CFLAR,MX1以及il27的變異剪接(黃色高亮)均參與抗病毒反應導致抑制病毒。

  以ZC3HAV1為例,其基因縮寫是ZAPS,在感染的巨噬細胞表達上調(紅色實心圓)能夠通過刺激RNA解旋酶RIG-I介導抗病毒免疫應答信號通路(下圖)。

 


結論:
  QIAGEN的Biomedical Genome Workbench能夠直接分析由測序儀得到的RNA-Seq原始數據(本文是采用由SRA下載的文件并轉為fastq格式)。采用內置的二代測序工具不僅能夠鑒定數據質量,更能直接mapping到感興趣的基因上,直接獲得GE與TE數據。并且直接在workbench內直接對比樣本與對照進行對比,獲得差異基因,無縫連接到IPA上,進行數據挖掘。

  使用IPA針對差異基因進行數據挖掘,能夠對參與其中的信號通路都進行注釋,并且能夠特異了解抗病毒免疫應答中的信號通路,并且通過上游分析和因果網絡分析找到潛在的轉錄通路,標記處潛在的轉錄靶點(CLEC7A),并且對這一個轉錄通路進行分子活性的預測,提出新的靶點CLEC7A的抑制假設。在針對抗病毒反應的生物學過程進行富集分析后,發現一系列差異表達的變異剪接體,并且能夠獲得變異剪接體的分子序列。

  QIAGEN的生物信息學軟件均是窗口模塊化操作,非常適合生物研究人員自行進行生物信息學數據挖掘。不用浪費時間學習各種平臺的試用方法,直接在一個流程中完成所有的分析,從原始數據到深度挖掘分析1天即可。并且還能夠進行上下游通路的預測。能夠幫助科研人員提供新的假設。


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