猪miRNA调控蛋白质相互作用“双色网络”预测及呼吸道病毒病系统生物学分子机制分析

【摘要】蛋白质相互作用是细胞中最重要的功能元件之一。目前，科学家特别关注miRNA调控蛋白质相互作用双色网络的研究。这不仅有助于理解miRNA在蛋白质相互作用网络中的微调作用，而且也可以为疫病诊断提供科学依据。高致病性猪繁殖与呼吸综合征（HP-PRRS）和猪流感（SI）严重危害养猪业。在本研究中，我们预测出猪的蛋白质相互作用网络，并构建出miRNA调控蛋白质相互作用的双色网络，研究了高致病性猪繁殖与呼吸综合征病毒（HP-PRRSV）和甲型H1N1亚型猪流感病毒（SIV）感染猪的系统生物学分子机制，为理解疾病的生物过程提供参考。论文的研究内容如下：（1）本研究使用三种方法预测猪的蛋白质相互作用网络：基于同源比对、domain-motif互作（D-MIST）和motif-motif互作（M-MIST）的方法，分别预测出20213、331484和218705对蛋白质相互作用，并将它们合并为一个网络，得到567441对互作。接着对网络的拓扑特性进行分析，并用PFAMDOMAIN注释和GO注释对网络进行验证。在PFAMDOMAIN验证中，分别有70、10495和863对互作与PFAMDOMAIN互作对相关，为便于比较，我们分别建立以上三种方法的10000个随机网络，分别有4.24、66.79和44.26对与PFAMDOMAIN互作对相关。在GO注释中，分别有52.68%、75.54%和27.20%的互作对共享GO术语。但在构建的三种10000个随机网络中，没有任何随机网络的百分率达到我们预测的网络。接着，我们计算预测结果的准确性和精确性，准确性分别是0.92、0.53和0.50，精确性分别是0.93、0.74和0.75，说明预测的网络比较可靠。本研究对于以后研究蛋白质的功能也有相当大的价值。本研究还建立了猪的蛋白质相互作用对外共享网站http://pppid.songbx.me/，互作数据以及打分情况均已分享在该网站上。最后，将本课题组前期获得的HP-PRRSV感染仔猪的的差异表达蛋白质数据和磷酸化蛋白质数据用我们构建的蛋白质相互作用网络进行分析，发现可能参与HP-PRRS发病过程的关键蛋白，分别是Q6QA25（Tropomyosinalpha-3chain）、Q29214（60SacidicribosomalproteinP0）、Q31068（MHCPD14transplantationantigen）、Q2XQY5（Tropomyosin3）、Q8SPS7（Haptoglobin）、Q69DK8（ComplementC1ssubcomponet）和P01965（Hemoglobinsubunitalpha），可能作为治疗的靶标；通过GO富集分析发现激素反应、受伤反应、对温度刺激的反应、呼吸系统发育、炎症反应等生物过程可能对于阐明HP-PRRS的发病机制起关键作用。（2）首次建立猪miRNA调控蛋白质相互作用双色网络，得到282867个猪miRNA调控的蛋白质相互作用，并对其进行通路分析，发现通路之间存在一些相互作用。另外，本研究还预测出2457个猪的miRNA调控疾病相关蛋白质相互作用。将100个文献报道的疾病相关miRNA映射到miRNA调控疾病相关蛋白质相互作用中，共得到2040个miRNA调控疾病蛋白相互作用，说明预测结果的可靠性较高。将这2040个miRNA调控疾病蛋白质相互作用进行GO富集分析，发现在生物过程中，它们的功能主要体现在应激反应、癌症、炎症等方面，再一次说明这些蛋白质相互作用与疾病相关。因此，该miRNA调控疾病蛋白质相互作用网络为疾病诊治和药物研发提供了一定的理论依据。最后，将本实验室前期测得的HP-PRRSV感染仔猪肺脏、颌下淋巴结和血清的差异表达蛋白质应用于构建的miRNA调控蛋白质相互作用双色网络，发现可能作为治疗HP-PRRS靶标的蛋白质和miRNA，分别是B8XSI6（Phosphataseandtesin-likeprotein）、P01965（Hemoglobinsubunitalpha）、P20305（Gelsolin）、Q31068（MHCPD14transplantationantigen）、Q6QAQ1（Actin,cytoplasmic1）和A1XSY8（E3,SUMO-proteinligaseEGR2）以及miRNAssc-miR-145-3p、ssc-miR-30a-5p、ssc-miR-30b-5p、ssc-miR-30c-5p、ssc-let-7a、ssc-let-7c、ssc-let-7d-5p、ssc-let-7e、ssc-let-7f、ssc-let-7g、ssc-let-7i、ssc-miR-181c、ssc-miR-182和ssc-miR-23a。（3）对HP-PRRSV和H1N1亚型SIV感染仔猪发病过程的系统生物学分子机制进行分析。从猪的蛋白质相互作用网络和miRNA调控的网络中提取出本课题组前期用HP-PRRSV和H1N1病毒感染仔猪实验鉴定出的肺脏、颌下淋巴结、血清差异蛋白、磷酸化蛋白和差异miRNA参与的网络。通过对网络分析发现差异蛋白B8XSI6（Phosphataseandtesin-likeprotein）、Q2XQY5（Tropomyosin3）、B5APU3（Actin-relatedprotein2-likeprotein）、Q31068（MHCPD14transplantationantigen）、Q29214（60SacidicribosomalproteinP0）、P09571（Serotransferrin）、Q04967（Heatshock70kDaprotein6）、Q6QA25（Tropomyosinalpha-3chain）、P01965（Hemoglobinsubunitalpha）、B5APU8（Actinrelatedprotein2/3complexsubunit3）、P20305（Gelsolin）、Q69DK8（ComplementC1ssubcomponet）、Q8SPS7（Haptoglobin）和Q9GMA7（Alpha-1-antichymotrypsin1）以及磷酸化蛋白P15981（SLAclassⅡhistocompatibilityantigen,DQhaplotypeDalphachain）、Q4AC39（MHCclassIantigen）、Q547Q5（MHCclassⅡantigen）、Q19LF1（Nuclearreceptorcorepressor2）、Q32YV9（Proteasome26Ssubunitnon-ATPase4）和Q29214（60SacidicribosomalproteinP0）在HP-PRRSV感染仔猪的发病过程中具有重要的作用。ssc-miR-15a、ssc-miR-15b、ssc-miR-16、ssc-miR-195、ssc-miR-30a-5p、ssc-miR-30b-5p、ssc-miR-30c-5p、ssc-miR-181c、ssc-miR-20a、ssc-miR-20b、ssc-miR-32，ssc-miR-153和ssc-miR-145-3p以及7个miRNA协同调控蛋白质模块在HP-PRRS的发病机制中具有重要的作用。在miRNA调控差异磷酸化蛋白网络中鉴定出11个miRNA共同调控B6CVD6（Thioredoxindomain-containing4），推测这个调控可能是HP-PRRS发生的重要因素。并且识别出感染H1N1亚型SIV各个时间点差异miRNA调控的差异互作蛋白主要参与免疫反应、激素反应、繁殖、求偶行为和交配行为等过程。以上研究可为从系统水平上了解呼吸道病毒感染仔猪的发病机制提供理论依据。
【作者】王芬；
【导师】张德礼；
【作者基本信息】西北农林科技大学，生物信息学，2014，博士
【关键词】猪；双色网络；呼吸道病毒病；系统生物学；分子机制；

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