基本信息
- 项目名称：
- 小G蛋白信号通路相关基因在大鼠肝再生中表达方式与作用分析
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 肝脏有重要功能和再生能力。部分肝切除后，残肝细胞迅速进入细胞周期循环以补偿丢失的肝组织，该过程称为肝再生，涉及细胞激活、去分化、增殖及其调控、再分化、组织结构和功能重建等生理活动，受到包括G蛋白信号通路在内的多条信号通路调控。通常将G蛋白分为三聚体G蛋白和小G蛋白，小G蛋白又分为RAS、RHO/RAC/CDC42、RAB、RAN和SAR/ARF等5个家族，它们参与细胞的诸多功能调控。为在基因转录水平了解小G蛋白信号通路在大鼠肝再生中作用，本文用含369个上述信号通路基因的Rat Genome 230 2.0芯片检测了大鼠2/3肝切除后基因表达情况，发现小G蛋白信号通路的138个基因与肝再生相关。在此基础上，进一步分析了它们在肝再生中的表达方式与作用。
- 详细介绍：
- 肝脏是人体重要的器官之一，有极强的再生能力。部分肝切除后，残肝细胞迅速进入细胞周期循环以补偿丢失的肝组织，该过程称为肝再生。通常，根据时间进程将肝再生分为即刻早期（PH后0.5-4h）、早期（PH后6-12h）、中期（PH后16-36h）、晚期（PH后42-66h）和末期（PH后72-168h）等五个时期，涉及细胞激活、去分化、增殖及其调控、再分化、组织结构和功能重建等生理活动，受到包括G蛋白信号通路在内的多条信号通路调控。通常将G蛋白分为三聚体G蛋白和小G蛋白，小G蛋白又分为RAS、RHO/RAC/CDC42、RAB、RAN和SAR/ARF等5个家族。它们参与细胞的诸多功能调控，如RAS家族调节细胞生长和分化，RHO/RAC/CDC42家族调节细胞骨架形成调控肌动蛋白重组过程和参与MAPK激酶的细胞信号转导过程，RHO/RAC/CDC42、RAB和SAR/ARF家族参与囊泡运输，RAN家族参与核膜重建等。为在基因转录水平了解小G蛋白信号通路在大鼠肝再生中作用，本文用含369个上述信号通路基因的Rat Genome 230 2.0芯片检测了大鼠2/3肝切除后基因表达情况，发现小G蛋白RAS、RHO/RAC/CDC42、RAB、RAN和SAR/ARF信号途径的32、40、20、6和6个基因与肝再生相关，然后将系统生物学和生物信息学结合分析上述基因在肝再生中的作用。为进一步阐明肝再生中生理生化活动分子机制以及寻找肝病治疗基因靶点提供了理论基础。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的 在基因转录水平了解大鼠肝再生中小G蛋白信号通路相关基因的表达方式和作用。 基本思路 用搜集网站资料和查阅相关论文等方法获得上述基因，用Rat Genome 230 2.0芯片检测它们在大鼠肝再生中表达情况，用比较部分肝切除组与手术对照组中基因表达差异性确定肝再生相关基因。用系统生物学方法分析上述结果获得小G蛋白信号通路相关基因对肝再生的调控作用。
科学性、先进性及独特之处
- 本文从较长时间（PH后0.5h-7d）和较多恢复时点（共10个）入手，用大鼠全基因组芯片和生物信息学分析相结合的方法分析大鼠肝再生中小G蛋白信号通路相关基因的表达动态、模式以及作用。
应用价值和现实意义
- 本文初步分析了小G蛋白信号通路相关基因在肝再生中的表达变化和作用，证实了它在肝再生的细胞增殖、细胞骨架形成和核膜重建等生理生化活动中起调控作用，为肝病的治疗提供了众多候选基因和理论基础，具有重要的现实意义；同时还为探索与这些基因表达的蛋白功能失调相关的肝病的发病机制、寻找肝病诊断的新靶标和新策略、设计和开发抗肝病药物等奠定了理论基础，具有重要的潜在应用价值。
学术论文摘要
- 为在基因转录水平了解大鼠肝再生中小G蛋白信号通路相关基因的表达方式和作用。本研究用搜集网站资料和查阅相关论文等方法获得上述基因，用Rat Genome 230 2.0芯片检测它们在大鼠再生中表达情况，用比较部分肝切除组和手术对照组中基因表达的差异性确定肝再生相关基因。初步证实上述基因中138个基因与肝再生相关。其中，肝再生即刻早期、早期、中期、晚期和末期等五个阶段起始表达的基因数为39，9，60，17和13；基因总表达次数为58，50，158，162和96。它们共表达上调356次，下调168次，分为5种表达方式，表明肝再生中基因的表达变化复杂多样。根据上述结果推测，小G蛋白信号通路促进肝再生中细胞生长、分化、骨架形成和囊泡运输等活动。
获奖情况
- 该文章发表于核心刊物《科学研究月刊》（2008年第41期 第118-122页），并被评为“优秀论文”。
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] Fausto N, Campbell JS, Riehle KJ. 2006. Liver Regeneration. Hepatology. 43: 45-53 [2] Xu CS, Shao HY, Liu SS, Qin B, Sun XF, Tian L. 2009. Possible regulation of genes associated with intracellular signaling cascade in rat liver regeneration. Scand J Gastroenterol. 44: 462-470 [3] Downes GB, Gautam N. 1999. The G protein subunit gene families. Genomics. 62:544-552 [4] Marshall C. 1999. How do small GTPase signal transduction pathways regulate cell cycle entry? Curr Opin Cell Biol. 11: 732-736 [5] Kardassis D, Murphy C, Fotsis T, Moustakas A, Stournaras C. 2009. Control of transforming growth factor beta signal transduction by small GTPases. FEBS J. 276: 2947-2965 [6] KAWASAKI T，HENMI K，ONOE．1999. The smallGTP—binding proteinRaeis a regulatorof cell deathin plants[J]．PNAS USA. 96：10922—10926 [7] Bucci C, Parton RG, Mather IH, Stunnenberg H, Simons K, Hoflack B. 1992. The small GTPase rab5functions as a regulatory factor in the early endocytic pathway. Cell. 70: 715-728
同类课题研究水平概述
- 肝脏是机体重要的器官之一，具有极强再生能力。在肝脏受到损伤(外科切除、化学性或病毒性损伤)时，肝细胞迅速进入代偿性增生。通常，人们根据时间进程将肝再生分为即刻早期(PH后0.5-4h)、早期(PH后6-12h)、中期(PH后16-36h)、晚期(PH后42-66h)和末期(PH后72-168h)五个时期。它涉及细胞激活、去分化、细胞增殖、细胞分化、细胞凋亡等诸多重要的生理生化活动过程，需要多基因、多蛋白和多条通路共同参与，受到包括小G蛋白信号通路在内的多条信号通路的调控，是研究器官发生、发育的理想模型。 小G蛋白(small GTPases)是近年来细胞信号转导的研究热点，它是一类单体GTP结合蛋白，具有GTPase活性，分子量仅有21-30KD，被认为是多种细胞功能的分子开关。小G蛋白包括RAS、RHO、RAB、RAN和SAR/ARF等5个亚家族，每个亚家族在细胞中起着不同的调控作用。其中RAS家族调节酵母和哺乳动物细胞生长和分化；RHO家族调控肌动蛋白重组过程和参与MAPK激酶的细胞信号转导过程；RAB和SAR/ARF家族参与囊泡转运过程；RAN家族在核孔位置调控蛋白和RNA分子的运输过程。大量小G蛋白参与的信号转导还起着为G-蛋白偶联受体信号转导、Ca2＋信号转导等信号通路解码的作用，在真核细胞的信号转导网络中处于中枢位置。 目前，国内外的学者多通过研究信号转导通路中关键的一个或多个基因或蛋白的表达变化来判断它们在肝再生中的作用，而本文将整条小G蛋白信号通路作为研究对象，采用高通量生物学分析的Rat Genome 230 2.0基因表达谱芯片（Affymetrix公司, USA）检测该通路相关基因在大鼠肝再生中表达变化，通过系统生物学和生物信息学方法分析检测结果，旨在研究该通路在肝再生中的调节机制及其与其他信号通路的交叉反应，有助于阐明参与肝再生的多种信号转导途径及它们之间的“对话”关系，对研究肝再生中细胞增殖、分化、囊泡转运等多种生理生化过程具有重要意义。并且为肝病的基因治疗提供了大量候选基因和理论基础，对于阐明肝病的发生机制和建立新的治疗策略具有深远意义。
