Research Description

The long-term research goal of our laboratory is to utilize bioinformatic tools/databases in  characterization of human genes in the genome and elucidation of  the molecular and cellular aspects of tumor progression. Our research efforts are intended to improve the understanding of human genome annotation  and to refine the diagnosis/prognosis strategies of human cancers. Current  projects involve:

  1.  

  2. Bioinformatic interrogation of microRNA::

  3.  We have utilized bioinformatic tools/databases in elucidating molecular and cellular aspects of functional transcription elements in human genome and their significance in oncogenesis and tumor progression. These functional transcription elements include traditional protein-coding genes and non-coding ones. Our research efforts are intended to elucidate functions and regulations of these transcription elements using bioinformatics data-mining and molecular experimental approaches. Previously, we have used the dbEST database for the discovery of novel human genes, identification of functional nucleotide polymorphisms (SNPs and InDels). Subsequently, we further discover and interrogate a new wobble-splicing mechanism at exon junctions that results in the generation of InDel variants in protein coding transcripts. In order to interrogate the functional aspects of these elements, we have developed gene oriented ortholog assignment and protein domain ortholog classification algorithms and databases. Recently, we have also emphasized on the discovery of non-coding regulatory microRNAs. A new informatics pipeline is employed to discover and interrogate miRNAs from genomic sequences of viruses, parasites and animals. We have now engaged in the regulation features of human miRNAs in development and oncogenesis. It is of our interests to detect serum miRNAs in human cancer patients as possible tumor biomarkers.

 


研究簡介

本研究室研究方向著重於開發生物資訊工具及資料庫,並將研究應用於改善癌症治療策略。目前主要進行計畫簡述:

        人類基因體計劃已完成初稿定序,而後續的基因辨識工作亦正積極進行中。完整而且正確地辨識出所有人類基因,有助於未來功能基因體、結構基因體等的科學研究工作;於生物醫學研究方面,全盤了解人類基因組成及其功能,是探討人類疾病起因及發展有效治療藥物不可或缺之基石。為了真正全面註解人類基因以及功能基因體研究,有別於純粹DNA序列為理論之預測方式而建立一套不同之預測方法,有其必要性。我們研究室便基於這樣的基礎,開發了比較性基因辨識法CGI (Comparative Gene Identification)的生物資訊程式,而且,這種比較性基因體研究的方法的建立,有助於了解人類基因在演化及功能上的保留度及重要性,對於功能性基因體學研究有重要助益。目前我們已找到150個以上人類全長完整基因,部分發表於出版著作中 (Genome Research: Vol. 10, p. 703),其餘部分基因,亦在研究室中進行功能性研究工作。

         對於更深入的同源基因比較基因研究,我們亦新發展了一套以基因轉譯單元為定位的基因資料庫。這套演算法可以校正某些標準參考基因 (RefSeq) 由於重複記錄不同差異性剪接合的異構體(isoform),而造成同源基因的混淆判別以及基因體資炓庫的重複性。此一新方法有助於建立一個更有效率及完整的同源基因資料 (Nucleic Acids Research. Vol. 36, p. 3436)。 我們研究室近年來利用生物資訊程式以及人類EST資料庫尋找cSNP研究時,發現一項重要的新結果。在部份基因的外顯子-內含子邊界處有滑動接合現象,我們稱之為滑動剪接合(wobble-splicing)。這種基因微剪接合之結果造成蛋白質合成時有插入或移除氨基酸之變異現象。本階段對整個基因體上標準基因以及可能之調控外顯子核酸序列加以研究外,並建立滑動剪接合生物資訊資料庫,有助於了解人類基因在剪接合及功能上的重要性,已完成此階段研究並發表於 BBRC (Vol. 342, p. 197)。目前並完成滑動剪接合之調控序列分析,並無明顯之調控序列。然而進行大規模組織間許多基因滑動剪接合之分析,意外發現並無組織專一性。為此研究我們特別開發了一個高通量及高靈敏度之基因滑動剪接合分析技術。發表於 Genomics 期刊 (Vol. 88, p. 855)。選擇部份基因進行其滑動接合序列分子選殖及表現質體建立工作之功能性基因體研究。在深入研究滑動剪接合的分子機制後,我們認為在內分子的部份序列有著重要的影響力,尤其是在接近了一端的AG序列附近,經由一序列的實驗結果, 並且配合單一核甘酸變異資料研究,了解這些變異在人類基因功能及疾病存在的相關性。我們得以對於這項新的剪接合機制做深入的結論 (Molecular and Cellular Biology, Vol. 27, p. 5835)。我們並針對一個人類基因ING4做功能性探討,發現滑動剪接合會造成ING4蛋白分布差異 (Experimental Cell Research, Vol. 314, p. 3130)。

         miroRNA(微小RNA)是細胞內原生性的小片段RNA。細胞產生miRNA前身序列後,形成特有的莖-環二級結構;再藉由Drosha及Dicer酵素作用,切割成成熟miRNA。成熟miRNA分子可以和RISC複合體結合,再藉由反股互補序列來辨識其標的基因的UTR區域,然後經由標的基因mRNA裂解或者是阻止標的基因蛋白質轉譯進而調控基因表現。研究顯示miRNA在胚胎發育,組織分化以及維持細胞生理功能方面有舉足輕重的角色。由於miRNA為非常小的RNA片段,因此由生物資訊演算法來辨別是比較有效率的研究方法 (DNA and Cell Biology, Vol. 26, p. 195)。我們建立一個新的miRNA辨識程式,並針對人類表現基因的序列進行辨識 (BMC Genomics, Vol. 7, 164),以及其他物種 (PLoS ONE, Vol. 3, e2997; Genomics Vol. 93, p. 487)。由於辨識成效良好,我們進一步利用此miRNA辨識程式,對於二仟多個病毒基因體進行掃毒及辨識,進而找到數仟個新的miRNA分子。此一資料庫發表於2008年的NAR期刊(Nucleic Acids Research, Vol. 36, D184)。 我們已利用序列演化保留的特性,在五十個動物基因體中發現超過15000個以上高可信度的新miRNA基因。我們未來希望進一步研究miRNA在演化保留的重要序列資訊。我們亦開始研究miRNA與人類癌症之關連性,利用利用去甲基化藥劑5-Aza-dC處理胃癌細胞株,目前已經找到約40個相關的異常表現miRNA。 其中發現有數個miRNA和胃癌細胞株有良好相關性。 目前我們專注於研究血清中微小RNA作為偵測人類癌症之應用。