摘要：传统分子生物学着重于研究单个基因功能,但生物体是一个复杂的系统,基因间彼此相互作用形成网络,基因网络的功能并不简单的是单个基因功能之和。因此在后基因组时代,功能基因组的目标之一是从已有的海量试验数据中挖掘基因网络,并分析其隐含的生物规律。MicroRNA (miRNA)基因广泛存在于各种动植物、一些病毒甚至藻类中,microRNA之间的协同作用是一个被广泛接受的调控机制,但是从系统的角度进行研究还比较缺乏。此外有越来越多证据表明,microRNA的表达异常与多种癌症有关,这使得microRNA成为癌症诊断和治疗的一个新的候选生物标记物。为了整合癌症相关microRNA的表达信息,并促进人类癌症的检测与分类,本工作开发维护并升级了包含人类癌症中差异表达的microRNA的公用数据库(dbDEMC)。该数据库的数据汇集了同类相关文献中48种microRNA芯片的数据,以提供microRNA表达水平的变化信息,dbDEMC主要是基于对高通量表达数据的挖掘,所得到结果可以提供给研究人员更多的定量信息。进一步工作中,本论文基于dbDEMC中各种类型的数据汇总和分析,从系统的角度阐述了microRNA的协同作用,探讨了microRNA与癌症之间的关系。通过整合microRNA预测的靶基因数据和microRNA与其靶基因的表达数据,本研究构建了microRNA的协同调控网络,把网络的拓扑结构特征和可能的生物学功能关联起来。通过对microRNA在正常组织、癌组织以及胚胎干细胞中的表达分析挖掘出Hub microRNA,这类分子可能在正常组织和发育过程中发挥关键的作用。一些Hub microRNA的下调,特别是hsa-miR-30家族,可能对癌的发生有一定的作用。同时通过靶基因的表达分析,找到Hub microRNA下调的靶基因,而且这些靶基因中显著富集癌相关基因。当研究结合位点的数量时,发现Hub microRNA的结合位点显著少,这一现象说明Hub microRNA在协同作用中发挥补充的角色。此外,在microRNA和肿瘤的研究工作中,本论文应用高通量表达谱技术检测术后早晚期复发肝癌病人的肝脏microRNA表达谱,筛选出超过30条在早晚期复发肝癌样本中具有差异表达的microRNA,并通过生物信息学与系统生物学方法重建肝癌术后复发相关的microRNA转录后调控网络,并分析了microRNA调控网络中的关键基因模块和相应富集的生物功能,从中识别了microRNA及其靶基因参与到的分子生物学代谢途径,而对其在肝癌术后复发中的功能进行深入研究,了解microRNA在肝癌早期复发与晚期复发中所扮演的角色。终上所述,通过microRNA的公用数据库(dbDEMC)的构建和挖掘,为microRNA表达提供了一个更广谱的数据资源。该数据库和协同调控网络的建立为癌症的相关研究提供了新的视角,对帮助鉴定癌症相关]microRNA并进一步分析它们对癌症形成的影响起到重要作用。此外,从整体水平上分析肝癌相关的microRNA转录后调控网络,并寻找与肝癌术后早晚期复发相关的分子标记,以期对肝癌的术后复发进行早期预测与诊断。图27幅,表9个,参考文献134篇