【转录调控网络】基因转录调控网络——转录因子调控网络分析

心已赠人 2022-09-17 01:56 424阅读 0赞

### 基因转录调控网络——转录因子调控网络分析 ###

`转录因子`(Transcription Factors, TFs)是指 **能够以序列特异性方式结合DNA并且调节转录的蛋白质**。

转录因子通过**识别特定的DNA序列来控制染色质和转录**，以形成指导基因组表达的复杂系统。

转录水平的调控是`基因调控`的重要环节，其中`转录因子`(Transcription Factor，TF)和`转录因子结合位点`(Transcription Factor Binding Site，TFBS)是转录调控的重要组成部分。

`基因转录调控网络`由于其可以直观地显示基因表达调控关系，已成为生物学研究的热点之一。近年来，随着高通量测序技术的发展，产生了大量用于鉴定转录因子及其结合位点的高通量实验数据。为了系统地收集、整理和分析这些数据，产生了许多相关的转录因子数据库。 转录因子占所有人类基因的约8％，并且与多种`疾病`和`表型`相关。因此基因转录调控网络分析将为`基因调控`、`组织分化`、`疾病发生`等相关研究提供了必要的数据参考。

主要应用领域：基因调控分析、疾病研究（例如疾病产生和发展机制，组织分化等）、进化分析（表观遗传）

分析过程简图：  
![转录调控网络流程简图][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6ZWw5YiA6Z-t6I-c_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

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补充：**几个组学概念**  
如下图所示：  
![各种组学对应关系概要][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6ZWw5YiA6Z-t6I-c_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]  
`基因组学`（Genomics）：基因组学是对生物体**所有基因**进行集体表征、定量研究及不同基因组比较研究的一门交叉生物学学科。基因组学主要研究基因组的**结构**、**功能**、**进化**、**定位**和**编辑**等，以及它们对生物体的影响。

`转录组学`（transcriptomics）：转录组学是指一门在**整体水平上研究细胞中基因转录**的情况及**转录调控规律**的学科。转录组学是从RNA水平研究基因表达的情况。转录组(transcriptome)即一个活细胞所能转录出来的所有RNA的总和，是研究细胞表型和基因功能的一个重要手段。以DNA为模板合成RNA的转录过程是基因表达的第一步，也是基因表达调控的关键环节。与基因组不同的是，**转录组的定义中包含了时间和空间的限定**。同一细胞在不同的生长时期及生长环境下，其基因表达情况是不完全相同的。**通常，同一种组织表达几乎相同的一套基因以区别于其他组织**，如脑组织或心肌组织等分别只表达全部基因中不同的30%而显示出组织的特异性。**RNA-seq技术能够在单核昔酸水平对特定物种的整体转录活动进行检测**，从而全面快速地获得该物种在某一状态下的几乎所有转录本信息。

`蛋白质组学`：蛋白质组学，是以`蛋白质组`为研究对象，研究细胞、组织或生物体蛋白质组成及其变化规律的科学。蛋白质组的研究不仅能为**生命活动规律**提供物质基础，也能为**众多种疾病机理的阐明**及攻克提供理论根据和解决途径。通过对正常个体及病理个体间的蛋白质组进行比较分析，可以得到不同蛋白质在不同样本中的表达情况，找到**差异表达蛋白**，进而对差异表达的蛋白进行功能注释分析。

`代谢组学`：代谢组学利用高通量、高灵敏度与高精确度的现代分析技术，对细胞、有机体分泌出来的体液中的`代谢物`的`整体组成`进行`动态跟踪分析`，借助`多变量统计分析`方法，来辩识和解析被研究对象的生理、病理状态及其与环境因子、基因组成等的关系。通过对代谢组学数据进行分析，可以对生物体内的小分子代谢物进行定性定量分析，找出代谢产物变化与生物体生理生化变化的相对关系。挖掘疾病发生过程中生物体内代谢物的变化信息，以及药物作用后引起的生物体代谢变化，从而获得有关疾病发病机制，药物代谢作用和药理毒理方面的信息。“代谢组学”是一种整体性的研究策略，其研究策略有点类似于通过分析发动机的尾气成分，来研究发动机的运行规律和故障诊断等的“`反向工程学`”的技术思路。由于代谢组学着眼于把研究对象作为一个整体来观察和分析，也被称为“`整体的系统生物学`”。

`表观遗传学`：表观遗传学是研究**基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达了可遗传的变化**的一门遗传学分支学科。即是一种调控基因表达的可逆途径，通过DNA和组蛋白的化学修饰，决定特定基因是否能得以表达。表观遗传的现象很多，已知的有`DNA甲基化`（DNAmethylation），`基因组印记`（genomicimpriting），`母体效应`（maternaleffects），`基因沉默`（genesilencing），`核仁显性`，`休眠转座子激活`和`RNA编辑`（RNA editing）等。**表观遗传学调控多种生命活动及疾病发生发展**，已成为近年来生命科学领域的研究热点，促使了生物学多领域研究的突破性进展。

`比较基因组学`(comparative genomics)：比较基因组学(comparative genomics)是基于`基因组图谱`和`测序`基础上，对**已知的基因和基因组结构进行比较，来了解基因的功能、表达机理和物种进化**的学科。利用`模式生物`(model organism)基因组与人类基因组之间编码顺序上和结构上的同源性，`克隆人类疾病基因`，揭示基因功能和疾病分子机制(Molecular Mechanisms)，阐明物种进化关系，及基因组的内在结构。

`功能基因组学`：功能基因组学(functional genomics)又往往被称为`后基因组学`（Postgenomics），它利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得**生物学研究从对单一基因或蛋白质得研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究**。这是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入对基因组动态的生物学功能学研究。研究内容包括`基因功能发现`、`基因表达分析`及`突变检测`。基因的功能包括：`生物学功能`，如作为蛋白质激酶对特异蛋白质进行磷酸化修饰；`细胞学功能`，如参与细胞间和细胞内信号传递途径；`发育上功能`，如参与形态建成等。采用的手段包括经典的`减法杂交`，`差示筛选`，`cDNA代表差异分析`以及`mRNA差异显示`等，但这些技术不能对基因进行全面系统的分析，新的技术应运而生，包括基因表达的系统分析（serial analysis of gene expression,SAGE），cDNA微阵列（cDNA microarray），DNA 芯片（DNA chip）和序列标志片段显示（sequence tagged fragmentsdisplay。

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