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知识开拓

浸大学者研发解析基因调控技术新突破 LogicTRN能快速寻找顽疾关键调控路径 推动标靶药物研发

2018年1月15日

雌激素诱导的乳腺癌过程的基因转录调控网路
雌激素诱导的乳腺癌过程的基因转录调控网路

中医药学院的研究团队建立了世界首项基因转录调控的模型理论及演算法「LogicTRN」,能有助准确构建基因调控网路,有望用於解析基因功能,帮助理解生物过程诸如器官发育,疾病发生及发展,以及衰老等复杂的核心机制,并快速寻找复杂疾病的关键调控路径,从而推动标靶药物的研究与开发。研究人员成功应用新方法於分析乳腺癌和心肌细胞发育过程中的基因转录调控,并在多个调控模式的实验中得到验证。该项研究结果最近於国际著名学术期刊《自然通讯》上发表 (https://www.nature.com/articles/s41467-017-01193-0)。

研究团队包括中医药学院院长吕爱平教授、技术开发部主任及教学科研部副主任张戈教授与教学科研部助理教授祝海龙博士。

吕爱平教授指出,目前科学家正在快速积累海量的生物大数据,因此有必要开发有效的模型及方法,综合利用及分析各种生物资料,从而理解生物过程的核心机制。过去,由於缺乏相关的理论模型,导致无法构建出可靠的基因调控关系。LogicTRN是一个建基於生物学过程的模型架构,其模型参数具有生物学意义,其结论可以通过实验来验证,因此,LogicTRN的应用对於探索生物过程中的基因调控机制具有重要的启示作用。

祝海龙博士表示,转录因子是一类功能蛋白,通过结合在基因启动子区域对基因转录的开启及终止进行控制,生命体在很大程度上通过转录因子对基因表达进行精确调控,从而实现各种功能,而转录因子自身又受到其上游基因的调控,因此形成一个复杂的调控网路。这种复杂的组合调控是各种细胞过程的核心,2,000至3,000个转录因子,就可以调控超过30,000个基因,使它们在正确的细胞、正确的时间,以正确的数量进行表达。

他说,LogicTRN是一个开放的模型框架,可以同时考虑各个细胞过程,如基因变异、蛋白-DNA结合、miRNA调控、蛋白翻译及蛋白与蛋白相互作用等对基因转录的调控及影响。随著越来越多的生物过程中的数据采集和积累,LogicTRN提供的数据分析将可增进人类对细胞中各种分子活动的认知。他说,团队已成功应用新方法於分析雌激素诱导的乳腺癌过程及人工诱导多能干细胞衍生的心肌细胞发育过程中的基因转录调控,并成功在多个调控模式的实验中得到验证。

张戈教授说,目前疾病研究及新药开发中遇到的一个关键问题是如何确定治疗靶基因。由於基因之间的关系异常复杂,导致在研究关键基因过程中往往顾此失彼。现时普遍使用的生物资讯方法,虽能找到基因之间的关联关系,但准确性不足而且难被验证。相对而言,LogicTRN更加准确又能作定量分析,是临床研究的有效分析工具,帮助快速寻找复杂疾病如癌症中的关键调控路径及治疗靶基因。