干货分享-如何寻找并研究一个陌生的基因

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大家听到Jackson Lab可能首先想到的是基因敲除小鼠，确实如此，不过Jackson Lab的网站上还提供了其他“便民服务”内容，即大量的信息检索数据库，有助于我们从零开始研究一个新基因。当然，构建此数据库，也并非是单纯的全心全意为人民服务，而是充分利用了“供给侧改革”的原理，随着研究者对某一基因的研究深入，使用基因敲除小鼠也是顺理成章的“消费升级”。

对于一个未知生命科学领域的探索，比较实验组与对照组之间的差异，转录组和蛋白质组技术无疑是提供初始研究思路，发现潜在研究对象最有效、最快捷的方法之一。但是，蛋白质组或转录组给出差异表达基因与蛋白如何进行后续的研究？Jackson Lab网站的数据库给出了一个相对便捷的检索方式。

下文以转录组研究得到的差异表达基因NR4A1为例，浅析如何进一步研究一个陌生的基因。

MGI数据库的界面简单易用，输入基因的名称并回车，就可实现快速检索。

如下图所示，我们可以查到NR4A1这个基因或基因产物的全名与其他名称、其染色体定位（Location &Maps），以及其他物种中的同源基因。以NR4A1为例，其在人类的同源基因也称为NR4A1，同时，数据库中还有8种其他脊椎动物的NR4A1同源基因的信息（Homology）。在“Human diseases”一栏，我们可知该基因的突变与一种人类疾病相关，记载该突变的文献2篇。

在"Mutations,alleles,and Phenotypes"一栏，可以看到有86篇文献记录了NR4A1基因突变表现出的不同表型，引入突变的手段包括随机插入突变、化合物诱导等。突变影响的器官系统在下图中为标蓝的类别，即心血管系统、造血系统、免疫系统等。

数据库中也给出了基因本体（Gene Ontology，GO）分析的结果，不过，转录组分析的结果也通常会进行GO分析。

MGI数据库中还有一项较为有用的信息则是NR4A1基因表达于哪些组织（下图中标蓝的组织）。如果做转录组研究时所提供的样本并非下列表达NR4A1的组织，但又检测到NR4A1基因存在差异表达，则有必要验证转录组结果的可信性。

其他信息还包括：NR4A1的多态性位点、NR4A1蛋白包含的蛋白质结构域等。“References”一栏包括了涉及NR4A1基因的所有文献，与Pubmed的检索不同，MGI中的文献包括了同一基因不同名称的文献检索结果，如NR4A1也称Gfrp、GFRP1、Hbr1、Hbr-1、Hmr、N10、NGFI-B、NP10、Nur77、TIS1、TR3。

NR4A1多态性位点如下图所示。

点开MGI提供的蛋白质结构域信息的链接，可以查出该结构域可能与哪些蛋白或结构域相互作用，并非特定蛋白与蛋白的相互作用信息。

如果需要查找特定蛋白相互作用的信息，Jackson Lab的网站上也提供了数据库，MouseLine的一项Protein-Protein Interactions功能，网址：

http://www.mouseline.org/mouseline/template.do?name=Gene_Interactions&scope=global

结果如下图所示，给出了从前的研究者免疫共沉淀的结果，证明了NR4A1可与下列蛋白或直接或间接形成复合物。

类似的查看蛋白质相互作用信息的网站还有Unified Human Interactome(http://www.unihi.org/)以及STRING(http://stringdb.org/cgi/input.pl),这两个网站的结果优于Mouseline的地方是直观的相互作用可视图。

研究一个基因时，必不可少的是该基因参与的信号通路，以及上下游的调控基因。如何查找NR4A1参与的信号通路在MGI中并没有很简便易用的工具，建议使用KEGG在线检索，网址 https://www.kegg.jp/kegg/kegg3a.html

搜索后出现如下通路，可点击通路代码查看具体通路图。

了解基因表达的组织，初步了解基因的不同组织内的潜在功能，建立好大致的通路框架，相互作用的蛋白质，可以自己初步勾勒出某一相对陌生的基因的功能与调控通路，后续则是常规的“套路”，对该基因或者上下游的相关基因knockdown,knockout,conditional knockout,tissue specific knockout,overexpression,inhibitor treatment,agonist treatment……