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浸大學者研發解析基因調控技術新突破

Hong Kong Baptist University

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IMAGE: These are E2-responsible TRNs in breast cancer. view more 

Credit: HKBU

香港浸會大學中醫藥學院的研究團隊建立了世界首項基因轉錄調控的模型理論及演算法「LogicTRN」,能有助準確構建基因調控網路,有望用於解析基因功能,幫助理解生物過程諸如器官發育,疾病發生及發展,以及衰老等複雜的核心機制,並快速尋找複雜疾病的關鍵調控路徑,從而推動標靶藥物的研究與開發。研究人員成功應用新方法於分析乳腺癌和心肌細胞發育過程中的基因轉錄調控,並在多個調控模式的實驗中得到驗證。該項研究結果最近於國際著名學術期刊《自然通訊》上發表 (https://www.nature.com/articles/s41467-017-01193-0)。

研究團隊包括浸大中醫藥學院院長呂愛平教授、技術開發部主任及教學科研部副主任張戈教授與教學科研部助理教授祝海龍博士。

呂愛平教授指出,目前科學家正在快速積累海量的生物大數據,因此有必要開發有效的模型及方法,綜合利用及分析各種生物資料,從而理解生物過程的核心機制。過去,由於缺乏相關的理論模型,導致無法構建出可靠的基因調控關係。LogicTRN是一個建基於生物學過程的模型架構,其模型參數具有生物學意義,其結論可以通過實驗來驗證,因此,LogicTRN的應用對於探索生物過程中的基因調控機制具有重要的啟示作用。

祝海龍博士表示,轉錄因子是一類功能蛋白,通過結合在基因啟動子區域對基因轉錄的開啟及終止進行控制,生命體在很大程度上通過轉錄因子對基因表達進行精確調控,從而實現各種功能,而轉錄因子自身又受到其上游基因的調控,因此形成一個複雜的調控網路。這種複雜的組合調控是各種細胞過程的核心,2,000至3,000個轉錄因子,就可以調控超過30,000個基因,使它們在正確的細胞、正確的時間,以正確的數量進行表達。

他說,LogicTRN是一個開放的模型框架,可以同時考慮各個細胞過程,如基因變異、蛋白-DNA結合、miRNA調控、蛋白翻譯及蛋白與蛋白相互作用等對基因轉錄的調控及影響。隨著越來越多的生物過程中的數據採集和積累,LogicTRN提供的數據分析將可增進人類對細胞中各種分子活動的認知。他說,團隊已成功應用新方法於分析雌激素誘導的乳腺癌過程及人工誘導多能幹細胞衍生的心肌細胞發育過程中的基因轉錄調控,並成功在多個調控模式的實驗中得到驗證。

張戈教授說,目前疾病研究及新藥開發中遇到的一個關鍵問題是如何確定治療靶基因。由於基因之間的關係異常複雜,導致在研究關鍵基因過程中往往顧此失彼。現時普遍使用的生物資訊方法,雖能找到基因之間的關聯關係,但準確性不足而且難被驗證。相對而言,LogicTRN更加準確又能作定量分析,是臨床研究的有效分析工具,幫助快速尋找複雜疾病如癌症中的關鍵調控路徑及治療靶基因。

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