干細(xì)胞中microRNA和靶基因相互作用的數(shù)據(jù)庫.pdf

1、背景：
　　生物信息學(xué)分析表明人類全部基因的三分之一都受到miRNA的調(diào)控，這表明miRNA分子實(shí)際上是基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的核心成分。miRNA在多種生物的進(jìn)程中起到了關(guān)鍵的作用，分別為調(diào)節(jié)細(xì)胞早期發(fā)育、細(xì)胞增殖、干細(xì)胞分化和凋亡，而突變的miRNA則與多種疾病和腫瘤相關(guān)。在生物體內(nèi)，miRNA的特異性都不是很明顯，往往是一個miRNA對多個靶基因作用，也可能有多個miRNA對一個靶基因進(jìn)行調(diào)控的情況。miRNA的調(diào)控作用可能構(gòu)成一種

2、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，而且它自己也受到其他條件的調(diào)控作用。全部正常的細(xì)胞分化過程都可以隨著miRNA表達(dá)譜的改變而改變，這種改變的反常就是各種腫瘤所共有的特性。所以，miRNA可能成為新的癌癥分類、分型甚至分期的標(biāo)記。由于其靶基因種類很多而且數(shù)量龐大，miRNA普遍介入到許多細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)中，并與其共一起組成巨大的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從而施展多種生物學(xué)功能。miRNA通過與信號蛋白直接或者間接作用來介入到腫瘤發(fā)生相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程里，進(jìn)而影響腫瘤發(fā)生。甚至

3、有研究表明，一些與腫瘤相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可以直接調(diào)節(jié)某些特別的miRNA的表達(dá)。
　　材料和方法：
　　1.數(shù)據(jù)篩選
　　隨著生物信息學(xué)的興起，文獻(xiàn)的挖掘慢慢成為生物醫(yī)學(xué)的研究輔助手段，同時也成為大范圍獲取原始數(shù)據(jù)的重要手段之一;為推進(jìn)疾病的診斷、預(yù)防和治療研究起到關(guān)鍵作用。文獻(xiàn)的挖掘在很多重要的生物信息范圍（例如，獲取蛋白質(zhì)之間的作用、基因功能注釋和生物通路等）起到關(guān)鍵作用。GenCLiP2.0結(jié)合了文獻(xiàn)挖掘和數(shù)據(jù)庫

4、挖掘的能力，可以給生物醫(yī)學(xué)研究人員提供一站式的服務(wù)，同時能夠利用他們的專業(yè)知識對信息進(jìn)行深度挖掘。GenClip2.0在查詢摘要或者句子中基因的基礎(chǔ)上，簡歷了摘要和句子中的單詞和詞的索引，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶提交的查詢詞匯迅速查找與它相匹配的摘要或者句子還有其中的基因，確定和查詢詞匯共發(fā)生的全部基因。
　　2.數(shù)據(jù)庫構(gòu)建
　　MySQL數(shù)據(jù)庫根據(jù)結(jié)構(gòu)化查詢語言(Structured Query Language，SQL)來實(shí)現(xiàn)和

5、數(shù)據(jù)庫之間的交流。SQL語言的主要功能就是構(gòu)建各種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)操作指令，用于插入、查詢、修改或刪除各類數(shù)據(jù)庫對象。實(shí)現(xiàn)和MySQL的交互方式有指令行、編程接口、各類本地和遠(yuǎn)程的客戶端。最方便快速的方法是通過指令行與數(shù)據(jù)庫直接交流，在對SQL語言熟練的前提下，可以用編程接口對大數(shù)據(jù)量進(jìn)行操作。對于不熟悉SQL語言的或者想方便日常管理的用戶可以使用客戶端，進(jìn)行可視化的操作。
　　1)下載WampServer軟件，并安裝調(diào)試。
　　

6、2)新建數(shù)據(jù)庫，名稱為“anaysis_of_ microRNA”。
　　3)數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建的下一步是對表格的創(chuàng)建。在數(shù)據(jù)庫中新建表格，名稱為“microrna_stemcell_targetgene”。
　　4)將目前得到的記錄加載到數(shù)據(jù)庫中。加載數(shù)據(jù)有兩種方法，第一種方法為在MySQL命令提示符下，對每一條記錄進(jìn)行加載到數(shù)據(jù)庫中，該方法保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，及時發(fā)現(xiàn)所加載數(shù)據(jù)存在的問題，但是消耗大量時間和人力;另外一種方法為將

7、所收集的記錄經(jīng)Excel表格進(jìn)行“.csv”格式轉(zhuǎn)換，在WampServer軟件利用數(shù)據(jù)直接加載控件直接將轉(zhuǎn)換的記錄加載到數(shù)據(jù)庫中，該方法可以節(jié)省時間，缺點(diǎn)為精確性不夠，不能實(shí)時發(fā)現(xiàn)所加載數(shù)據(jù)存在的問題。因此，在記錄加載中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際，合理使用兩種方法。
　　5)數(shù)據(jù)加工
　　瀏覽加載到數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，將不能正常顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行改正。
　　3.網(wǎng)站建設(shè)
　　在浪潮高性能計算集群服務(wù)器上，使用LAMP組合(Linux+

8、 Apache+ MySQL+PHP/Perl)，即整個系統(tǒng)工作在Linux平臺，Web服務(wù)器是Apache，使用MySQL作為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，同時運(yùn)用PHP/Perl腳本語言聯(lián)合HTML語言和JavaScript進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。在最大的限度上設(shè)計出一個穩(wěn)定并且容易擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，和一個簡單而且方便操作的網(wǎng)頁界面。
　　PHP是一種執(zhí)行于服務(wù)器端的，嵌入HTML文檔的腳本語言，語言風(fēng)格與C語言相類似，如今被許多的網(wǎng)站編程職員普遍的使用。

9、在WEB服務(wù)器端中PHP腳本的運(yùn)行方法:當(dāng)WEB服務(wù)器收到一個WEB頁面請求的時候如果請求的是HTML文件，WEB服務(wù)器就直接給瀏覽器提供文件的顯示功能;如果請求的文件是以“.php”為擴(kuò)展名的，則WEB服務(wù)器先把文件傳給PHP引擎執(zhí)行，分析兩個PHP分界符號之間的PHP程序，然后再將PHP程序按照程序運(yùn)行的時候各類差異的條件轉(zhuǎn)換為相呼應(yīng)的HTML代碼返回給客戶端的瀏覽器。PHP奇特的語法包含了C、Java、Perl以及PHP自創(chuàng)的語法

10、，執(zhí)行動態(tài)網(wǎng)頁比CGI和Perl更加快速。
　　1)網(wǎng)頁整體布局。網(wǎng)頁一共分為五個部分，分別為:header1、header2、header3、menu、 cytoscapeweb。
　　2)連接數(shù)據(jù)庫。該課題的成敗在于是否可以順利連接相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。
　　3) microRNA、干細(xì)胞、靶基因之間的組合設(shè)置，共有八種組合關(guān)系。
　　4)關(guān)于microRNA和靶基因配對的圖像顯示。將想對應(yīng)的microRNA和靶基

11、因放入同一個數(shù)組中，其中microRNA為$geneNode[$id1]，靶基因?yàn)?geneNode[$id2]。
　　結(jié)果：
　　1.登陸GenClip2.0(http://ci.smu.edu.cn/GenCLip/analysis.php)，獲得包含關(guān)鍵詞為干細(xì)胞的的基因498個。
　　2.將獲得的基因復(fù)制到Excel2007中進(jìn)行篩選，選擇以“MIR”開頭的基因，63個。
　　3.將以“MIR”開頭的基因

12、重新輸入GenClip2.0中，分別選擇關(guān)鍵詞，得到286篇相關(guān)文獻(xiàn)。
　　4.對相關(guān)文獻(xiàn)摘要進(jìn)行詳細(xì)閱讀，收集文獻(xiàn)的題目、PMID以及文獻(xiàn)涉及的干細(xì)胞類型、物種類型、靶基因、microRNA和靶基因之間的相互關(guān)系。
　　5.去掉沒有靶基因和干細(xì)胞類型的數(shù)據(jù)，最終獲得356條記錄。
　　從上述所得數(shù)據(jù)可以得到:
　　1.涉及文章118篇;
　　2.記錄中共涉及4種動物模型，分別為人類、小鼠、大鼠、轉(zhuǎn)基因小鼠

13、;
　　3.microRNA中共收集58種，其中前三位分別為MIR145(共有55條記錄)、MIR21（共有31條記錄）、MIR34A（共有16條記錄）;
　　4.靶基因中共收集153種，其中前三位分別為Oct4（共有19條記錄）、Nanog（共有19條記錄）、Sox2（共有17條記錄）;
　　5.干細(xì)胞類型中共收集53種，其中前三位分別為mesenchymal stem cells（共有66條記錄）、embryoni

14、c stem cells（共有38條記錄）、breast cancer stemcells（共有27條記錄）。
　　6.干細(xì)胞中microRNA和靶基因相互作用的系統(tǒng)提供了三種檢索詞選擇，分別為干細(xì)胞類型、microRNA、靶基因等，可以形成八種不同的組合方式。
　　7.結(jié)果顯示了該檢索詞搭配條件下所檢索到的數(shù)量，以表格的方式顯示該檢索結(jié)果的序號、實(shí)驗(yàn)動物、干細(xì)胞類型、microRNA、靶基因、作用以及來源文獻(xiàn)，其中micr

15、oRNA和靶基因可以鏈接到NCBI的GENE中相對應(yīng)的基因介紹網(wǎng)頁，來源文獻(xiàn)可以鏈接到NCBI的PubMed中所對應(yīng)的網(wǎng)頁，讓使用者能夠快速、有效地了解所檢索信息的相關(guān)信息。同時，在網(wǎng)頁下方形成一個關(guān)系圖，直觀地展示出檢索得到的microRNA和靶基因之間的相互關(guān)系，所形成的關(guān)系圖可以進(jìn)行放大縮小等常規(guī)操作。
　　結(jié)論：
　　干細(xì)胞中microRNA和靶基因相互作用的數(shù)據(jù)庫的開發(fā)最大程度上設(shè)計出一個穩(wěn)定并且容易擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

16、，同時是一個簡單并且容易操作的網(wǎng)頁界面。結(jié)果顯示了該檢索詞搭配條件下所檢索到的數(shù)量，以表格的方式顯示該檢索結(jié)果的序號、實(shí)驗(yàn)動物、干細(xì)胞類型、microRNA、靶基因、作用以及來源文獻(xiàn)，其中microRNA和靶基因可以鏈接到NCBI的GENE中相對應(yīng)的基因介紹網(wǎng)頁，來源文獻(xiàn)可以鏈接到NCBI的PubMed中所對應(yīng)的網(wǎng)頁，讓使用者能夠快速、有效地了解所檢索信息的相關(guān)信息。同時，在網(wǎng)頁下方形成一個關(guān)系圖，直觀地展示出檢索得到的microRNA

17、和靶基因之間的相互關(guān)系，所形成的關(guān)系圖可以進(jìn)行放大縮小等常規(guī)操作。解決了由于實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)眾多，雜亂無章，無法快速獲得所需干細(xì)胞類型中microRNA與靶基因的相互作用關(guān)系的問題，給使用者的后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供參考，降低實(shí)驗(yàn)成本。然而，該系統(tǒng)還存在一些不足，收集文獻(xiàn)共118篇，在數(shù)量上不能很好地突出該實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢。沒有收集文獻(xiàn)中所涉及的實(shí)驗(yàn)材料和方法，對于實(shí)驗(yàn)者后續(xù)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)作用明顯減弱，不能高效地進(jìn)行更新，不能顯示實(shí)驗(yàn)材料和方法，網(wǎng)頁頁面不夠精美