抗癌药物的耐药是癌症治疗失败的常见原因,抗癌药物耐药的产生是一个复杂的过程,其分子机制需要进一步探索。确定新的治疗靶点从而克服癌症耐药性仍然是目前药物研发的主要挑战之一,为了进一步预防和规避对抗癌药物的耐药,我们需要对耐药机制进行全面的理解。然而目前研究较少系统性对基因转录水平异常以及转录调控紊乱导致的耐药进行深入的分析,因此本研究主要针对耐药细胞系复杂的转录组变化,其中包括m RNA差异和长链非编码RNA以及相应的转录调控和竞争性内源网络的紊乱的进行了全面的分析。本研究在GDSC和CCLE分别获取了细胞系的药物敏感数据以及细胞系的转录以及表观遗传学数据,结合生物信息学的分析手段在泛药物和泛癌症的角度对共208种抗癌药物或者小分子化合物对耐药相关的分子靶标进行了分析与挖掘,具体研究结果如下:1.利用CCLE数据库获得的208种药物的作用的细胞系的m RNA表达谱数据,以及GDSC提供的抗癌药物所作用的细胞系的IC50值,并依据IC50值的高低将细胞系划分为此药物耐药组以及药物敏感组。利用edge R分析软件进行差异分析,获得药物耐药组中差异表达基因。筛选差异表达基因的阈值为BH<0.05(BH:Benjamini-Hochberg多重检验方法校正p值)和|log2(Fold Change)|>1.5。结果表明,跨药物类型中有8～1282个基因在药物耐药组中发生差异表达。整合数据发现428个m RNA在40种及以上药物类型发生差异表达,例如ABCB1、CYP1A1、CYP3A5、ERBB2、ERBB3等。对上述208种药物的差异基因进行KEGG通路富集分析,发现差异基因主要参与了细胞连接与黏附以及各种信号转导通路的激活从而导致癌症耐药进程。2.对上述208种药物的差异m RNA进行了上游启动子甲基化的分析发现,每种药物中大部分m RNA发生上游启动子位点甲基化水平降低,然而超甲基化水平的基因则相对较少,我们发现一些关键基因在多种药物中出现甲基化修饰的紊乱如GRB7、CLDN3以及ST8SIA4。同时,为进一步探索转录调控对转录因子与靶基因的影响,我们发现耐药组中转录因子与靶基因的相互作用明显大于药物敏感组中,这也说明了耐药细胞系的转录调控发生了紊乱。结合在耐药组中的核心转录因子与前期的甲基化分析,我们发现转录因子SOX2在多种药物中甲基化水平降低并且基因上调表达,其下游增强调控的多个靶基因与细胞增殖以及黏附等功能相关,并且在TCGA中其高表达相对低表达的样本预后不良,这表明转录因子SOX2作为一个潜在的耐药治疗靶点。另外DNA甲基化的产生直接干扰特异转录因子与它识别的启动子部位的结合,经过整合分析我们发现,在多种药物中转录因子NFKB1下游调控的ABCB1、EGFR以及PTGS2相对药物敏感组均发生了低甲基化的现象,其转录水平相对也发生了显著上调,并且其转录因子NFKB1与其靶基因的相互作用在耐药组也明显升高,因此本研究推测是由于这三个基因的甲基化修饰水平降低,导致转录因子NFKB1与其结合增强,从而也进一步促进了表达水平的增强,进而导致耐药的发生与发展,并且在TCGA中NFKB1、EGFR以及PTGS2其高表达的样本相对低表达的样本预后不良,这为药物耐药的治疗提供了潜在的转录因子和表观遗传修饰靶点。3.本文根据ce RNA理论,首先获得耐药组和药物敏感组中差异表达的长链非编码RNA并结合差异表达的m RNA,作为药物耐药相关的ce RNA调控网络中的潜在节点,根据两者共同作用的micro RNA构建了相互作用调控网络,并筛选出上下调一致的并且显著共表达的lnc RNA-m RNA对构建ce RNA调控网络。基因功能富集分析结果显示耐药相关的ce RNA调控网络与癌症以及癌症的耐药密切相关。再通过网络连接度较高节点lnc RNA进行评估发现DLX6-AS1、LINC00483和LINC000943作为的核心长链非编码RNA(hub lnc RNA)分别参与多西他赛、米哚妥林以及顺铂等抗癌药物耐药的调控网络,并且在TCGA中DLX6-AS1和LINC000943的表达与癌症病人的预后密切相关,这揭示了长链非编码RNA在癌症耐药相关的ce RNA调控机制中的潜在的重要作用。结论:本文通过生物信息学的方法对所研究药物的耐药相关的基因差异分析,发现多个基因在多种癌症中均出现失调,本文论文获得的差异基因的富集分析发现其主要参与了细胞连接与黏附以及各种信号转导通路的激活。同时,本论文发现并揭示了部分关键基因,如GRB7、CLDN3、ST8SIA4、SOX2、NFKB1、ABCB1、EGFR以及PTGS2等基因在耐药组中的DNA甲基化功能失调以及转录因子与靶基因的互作关系紊乱对细胞系耐药的影响。此外,本研究还分析了耐药癌细胞系中lnc RNA的紊乱,预测了lnc RNA DLX6-AS1、LINC00483和LINC00943在癌症耐药中的调控功能并为临床治疗提供潜在的方法。本研究旨在通过泛癌症泛药物的方法发现癌症耐药潜在的靶标,并通过检测或调控这些潜在的靶标来发现、逆转、终止耐药的发生发展提供可操作的有效途径,也对其他药物的耐药研究提供可借鉴的研究方案。