MetaCore应用案例分析一：如何应用MetaCore进行代谢组学数据分析

点击数：18122011-05-25 12:50:47　来源: 源资科技官网

应用MetaCore分析类风湿性关节炎血清代谢组学数据

背景介绍

       Rheumatoid arthritis(RA)是一种系统性的免疫系统疾病，其中多种代谢途径受到干扰。现在已经构建了相关的动物模型，如K/BxN小鼠模型，能够用来研究疾病的分子机制。在此次研究中，我们将从K/BxN小鼠血清代谢数据结合已知的markers，去理解该疾病的分子过程。
 

主要研究流程包括：

应用Chenomx NMR suite分析得到相关疾病的血清代谢物
将已知的免疫相关的markers与代谢数据进行整合
应用GeneGo的平台生成跟该疾病相关的分子机制的假设。

实验材料和方法

       首先采集K/BxN小鼠的血清以及对照组小鼠的血清，应用核磁检测血清中小分子化合物的数据。在以前相关的研究中，已经找到了一系列跟该疾病相关的免疫因子（markers）见表1.

应用GeneGo MetaCore平台进行数据整合

       将所得到的代谢谱数据上传到MetaCore平台中，通过Ontology enrichment analysis对相关的数据进行功能分析，找到最为相关的GeneGo functional ontologies。在这里，我们选择了GeneGo biological processes这个分类。这个分类中是一些预先构建好的分子相互作用网络，包含蛋白－蛋白，蛋白－化合物/代谢物，蛋白－核酸之间的相互作用，所有的网络都是人工修正的。每一个网络都有一个特定的功能主题。在图2中，显示了跟我们实验数据最为相关的10个GeneGo processes，其中第1，2两个是跟氨基酸的合成相关，而第三个是跟胰岛素的信号转导相关。因此第三个应该和我们的实验数据最为相关。在我们上传的代谢谱数据中，有26个化合物被映射到GeneGo的processes中，其中有8个映射到了跟胰岛素信号转导相关的processes中。

       详细的网络图谱见图3.其中小分子化合物用粉色的六边形的图标表示。胰岛素的作用，除了跟葡萄糖的摄取有关之外，还能促进细胞的增殖和分化。他还能促进底物在脂肪组织，肝脏和肌肉中存储。胰岛素的刺激作用主要通过细胞内复杂的信号转导途径来进行调控。首先配体与细胞膜上的胰岛素受体结合，并激活受体的酪氨酸激酶活性，然后通过受体磷酸化一系列细胞内的分子，包括细胞受体底物IRS蛋白。IRS蛋白通过与下游的包含SH2结构域的分子相互作用，如Grb2, SHPTP-2, PI3激酶等，将细胞内的信号进行传导。在图3中，我们可以看到Sp1和SREBP1是关键的转录因子，调控多个酶类和化合物之间的相互作用，并影响了MAPK信号转导途径。因此，胰岛素信号转导途径，SP1信号途径，SREBP1还有MAPK信号途径，可能会更多的解释RA的病理发生的分子机制。

       通过Shortest Path算法，构建相应的分子相互作用网络，可以帮助我们以最短的途径连接所有的代谢物。通过构建的动态分子相互作用网络，找到相应的Processes或者疾病。通过图5我们可以看出，网络将Sp1作为关键的调控中心，然后是HNF4-α和H1F1A，这进一步证实了我们所获得的实验数据更多是跟免疫或者应激反应相关。

       为了更多的注意力放在出现的目的基因和疾病相关的分子上面，我们可以构建一个更加有监督性的网络，见图6所示：IL-1α和β与HNF4-α和H1F1A相互作用，从而调控G6P1和其他蛋白酶，然后产生很多个显著性的代谢物，此蛋白网络中所有的蛋白都是和氧化应激反应相关的，其他的蛋白和代谢产物都被隐藏掉。

结论

       将通过Chenomx得到的代谢组学数据与GeneGo的蛋白数据相结合，可以为我们提供多个跟疾病相关的Pathway，其中Sp1和HNF1两个关键的蛋白。他们之间与G6P1肽段之间的调节作用，可能诱发了风湿性关节炎疾病。这种关系在以前的研究中还没有被发现过，有待于进一步实验的证实，也可能为以后的治疗提供理论参考。

原文链接: http://www.genego.com/pdf/ChenomxCS_w.pdf