QIAGEN生物信息产品数据挖掘:探索西尼罗病毒感染参与通路及生物标志物

2017-09-01 17:24:32 来源:源资科技市场部

新闻摘要:西尼罗病毒(West Nile Virus)感染是由蚊子传染的一种疾病,目前尚无有效的治疗手段。西尼罗病毒对老人和免疫缺陷人群具有极强的致病性,会对患者造成神经元的损伤,甚至会发展成威胁生命的神经系统疾病(脑膜炎及脑炎)。本文针对感染细胞与正常细胞的RNA-seq数据进行深度挖掘,寻找关键信号通路等分子网络并获得可能的药物靶点以及假设。


背景:

 


      西尼罗病毒(West Nile Virus)感染是由蚊子传染的一种疾病,目前尚无有效的治疗手段。西尼罗病毒对老人和免疫缺陷人群具有极强的致病性,会对患者造成神经元的损伤,甚至会发展成威胁生命的神经系统疾病(脑膜炎及脑炎)。目前,西尼罗病毒的感染致病机制尚未完全清晰,仅了解到I型干扰素和体液免疫反应能够防御西尼罗病毒的感染,在感染西尼罗病毒后治愈的宿主体内有细胞免疫反应。


研究目的:
      研究被西尼罗病毒感染后,
      是否有信号通路或代谢通路被激活或者被抑制?
      感染背后哪些转录通路被启动了?
      有哪些生物过程包含在其中?
      能否发现目标基因的剪接变异?


实验设计及方法:

 


数据挖掘结果:
1、显著变化的经典通路和它们的激活状态:

 

 


  值得注意的WNV感染所致,免疫反应相关的途径被激活(上图)。如果将干扰素信号(下图)激活,会增加抗病毒效果和减少黄病毒科(WNV家族)的病毒复制。


2、下游生物学过程富集分析

 



  如图所示:西尼罗河病毒感染相关的生物过程表现出了强烈的免疫反应(免疫反应,抗体反应,树突状细胞的运动)。这些生物过程都被激活,说明它们均参与抗病毒反应。


3、因果网络分析:通过IPA的因果网络分析发现CLEC7A是一个关键性的调节因子。

 

  因果网络分析显示CLEC7A可能能成为治疗WNV脑炎(橙色圈)的一个有用的靶点。通过上游分析显示CLEC7A是主调节因子,已经被确定为西尼罗病毒感染细胞的一个宿主易感基因。
      如果对这个因果网络进行分子活性预测(IPA经典功能MAP),则可以看到如果抑制了CLEC7A,WNV脑炎也显出明显被抑制(如下图)。

 


4、特异的剪接变异挖掘:

 

  对于抑制病毒作用中变异剪接进行分析发现: ZC3HAV1,SP100、CFLAR,MX1以及il27的变异剪接(黄色高亮)均参与抗病毒反应导致抑制病毒。

  以ZC3HAV1为例,其基因缩写是ZAPS,在感染的巨噬细胞表达上调(红色实心圆)能够通过刺激RNA解旋酶RIG-I介导抗病毒免疫应答信号通路(下图)。

 


结论:
  QIAGEN的Biomedical Genome Workbench能够直接分析由测序仪得到的RNA-Seq原始数据(本文是采用由SRA下载的文件并转为fastq格式)。采用内置的二代测序工具不仅能够鉴定数据质量,更能直接mapping到感兴趣的基因上,直接获得GE与TE数据。并且直接在workbench内直接对比样本与对照进行对比,获得差异基因,无缝连接到IPA上,进行数据挖掘。

  使用IPA针对差异基因进行数据挖掘,能够对参与其中的信号通路都进行注释,并且能够特异了解抗病毒免疫应答中的信号通路,并且通过上游分析和因果网络分析找到潜在的转录通路,标记处潜在的转录靶点(CLEC7A),并且对这一个转录通路进行分子活性的预测,提出新的靶点CLEC7A的抑制假设。在针对抗病毒反应的生物学过程进行富集分析后,发现一系列差异表达的变异剪接体,并且能够获得变异剪接体的分子序列。

  QIAGEN的生物信息学软件均是窗口模块化操作,非常适合生物研究人员自行进行生物信息学数据挖掘。不用浪费时间学习各种平台的试用方法,直接在一个流程中完成所有的分析,从原始数据到深度挖掘分析1天即可。并且还能够进行上下游通路的预测。能够帮助科研人员提供新的假设。


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