乳腺癌致病microRNA调控网络的识别与生物信息学分析

目的:构建并解析乳腺癌致病microRNA(miRNA)调控网络,探究其在乳腺癌发生发展中的调控机制。方法:整合TCGA、ENCODE、Fantom等公共数据库资源,得到miRNA、转录因子和基因候选调控关系数据,结合差异表达、变异系数与PCA,构建乳腺癌miRNA调控网络,解析调控网络的度中心性与聚类系数,使用DAVID进行功能富集分析,构建Cox回归模型作生存曲线。结果:共识别miRNA调控网络262个,其中包含5个显著差异表达miRNA,8个转录因子和130个基因。通过功能富集分析发现这些miRNA靶基因显著参与细胞周期、细胞分化、细胞生长、转移等转录后调控的肿瘤生物进程,并与FoxO信号通路、p53信号通路、基因监测通路等信号通路高度相关。通过分析生存曲线发现hsa-mir-144与hsa-mir-133a-2显著与乳腺癌患者生存相关。结论:识别的乳腺癌致病miRNA调控网络中miRNA之间有相互作用,且网络整体功能不仅受hub网络影响,也受元件自身特性影响,这些miRNA靶基因显著富集于肿瘤相关生物学进程与信号通路中。     

基于miRNA-mRNA联合分析的卵巢癌调控网络构建

研究表明微小RNA(microRNA,miRNA)通过影响转录后基因表达来调节机体功能,并与肿瘤的发生有密切关系。然而目前癌症致病过程的转录调控网络重构大多致力于转录层面的基因表达数据的处理和分析,如何整合转录及转录后不同类型的生物数据以挖掘它们的共调控机制是目前的研究热点之一。基于此,本研究利用联合非负矩阵分解算法融合卵巢癌miRNA数据和基因表达数据形成共模块,其次对特征模块中miRNA的靶基因进行预测分析,最后对mi RNA-mRNA共模块进行转录及转录后共调控网络构建。仿真结果及分子生物学分析表明,通过联合矩阵分析方法所提取的共模块显示出了与卵巢癌致病具有显著的生物相关性和潜在的联系,此外,GO生物过程分析也进一步的揭示了所提取的共模块中miRNA靶基因的生物学功能与卵巢癌致病密切相关。     

JunD的结构功能特征及其在肿瘤发展中的作用

JunD是一种属于多功能激活剂蛋白-1（activating protein-1,AP-1) 家族的转录因子,可以激活或抑制多种靶基因的表达.在生长发育过程中,在各种细胞类型中都呈现出组成性表达.近20年的临床数据及分子生物学研究表明,JunD蛋白的功能受多个复杂过程调控,包括转录控制、转录后调节、蛋白质翻译后修饰及蛋白-蛋白相互作用等.JunD基因表达的精细调控及JunD蛋白与其它蛋白之间的相互作用可调节细胞增殖、分化和凋亡等过程.JunD蛋白活性异常会导致肿瘤、代谢及病毒类疾病的发生.JunD蛋白的转录激活及抑制受1个复杂调控网络调控,在这个网络调节下,JunD蛋白在细胞的生长调控过程中发挥重要作用.本文就JunD基因表达的调控机制及其与肿瘤之间关系的最新研究进展做一综述.     

肝癌基因调控网络研究进展

肝癌(Hepatocellular carcinoma,HCC)是我国常见的恶性肿瘤之一。肝癌基因调控网络(HCC regulatory network,HCC GRN)是研究肝癌分子机制的重要途径之一,其节点包括肝癌相关的分子,如mi RNA、TF等,网络的边由节点间相互作用关系构成。基于不同类型的数据构建的肝癌基因调控网络其类型及特征各有不同。综合近年来肝癌基因调控网络研究发现,由TF与mi RNA构建的肝癌转录调控网络更能揭露肝癌关键基因,反映关键基因在调控网络中的扰动情况。整合基因变异信息与调控网络成为研究肝癌基因调控网络的趋势,但相应的研究几乎是空白的。本文从HCC GRN的数据来源、分类及特征,及各类型调控网络的近年研究情况等方面进行综述,并结合相关研究工作对肝癌基因调控网络研究现状进行分析与讨论,对前景进行展望,为这一领域研究工作提供参考。     

产电微生物基因调控网络的构建和特异性通路分析

研究产电微生物胞外电子传递过程和机制,发现与产电效率相关的关键基因、通路和代谢物,是微生物燃料电池研究中的关键技术。为了发现在胞外电子传递过程中起到关键作用的基因以及通路,首先利用比较基因组学的方法,以模式微生物大肠杆菌和同属希瓦氏菌的其他菌株为参考,构建了Shewanella.onedensis MR-1的全基因组基因转录调控网络,大大扩展了目前已知的基因调控关系。然后以此网络为基础,结合基于蛋白质相互作用分析得到的胞外电子传递通路,构建了与胞外电子传递直接传递密切相关的细胞色素C编码基因及其相关调控基因构成的子网络,结合全基因组基因表达数据,研究了特异性条件下胞外电子传递的可能通路和基因调控过程。     

转录因子Oct-4调控下游靶基因及其与胚胎发育全能/多能性的关系

作为一个和胚胎发育全能／多能性相关的转录因子,Oct-4通过多种多样的调控机制激活或抑制不同靶基因的转录,从而在细胞的全能／多能性及未分化状态的调控维持中发挥重要的作用。已知受Oct-4调控的靶基因中,不仅有一些重要的转录因子如Rex-I,而且有一些参与重要细胞活动的基因如Fgf-4,因此对Oct-4调控下游靶基因的研究将有助于对其在分化发育中所起作用的进一步了解,同时对全能／多能性这一发育学基本问题及其调控网络有一个新的认识。     

维持胚胎干细胞多能性和自我更新的转录因子Oct-4/ Nanog以及相关的调控网络

Oct-4和Nanog是两种维持干细胞多能性和自我更新的转录因子, 它们通过结合靶基因调控区, 选择性地抑制分化基因表达或促进多能性基因表达。它们通常只在多能干细胞中表达, 在分化细胞中不表达。在不同的发育阶段, 它们的表达量受到特异调控, 并且分别与Sox-2、FoxD3等其他转录因子以及LIF、BMP等胞外信号通路互相作用, 形成一个复杂的转录调节crosstalk网络, 在特异时空激活或抑制靶基因的转录; 通过互相制约最终决定干细胞是保持多能性还是分化, 以及向哪个方向分化。此外, Oct-4和Nanog对体细胞重编程为多能细胞也有重要作用。     

肝癌细胞HepG2中增强子的识别及生物信息学分析

目的:整合增强子特征识别肝癌细胞HepG2增强子,并对其保守性、GC含量、转录因子调控、靶基因功能等进行分析,以期解析肝癌细胞增强子参与的调控网络。方法:通过整合H3K27ac、H3K4me1和H3K4me3组蛋白修饰及DNaseⅠ高敏位点的Chip-seq数据预测HepG2中的增强子,计算每个增强子的平均Phast Cons分数和GC含量,评估整体增强子的保守性与GC含量,整合ENCODE转录因子结合位点数据寻找转录因子-增强子调控,使用GREAT和DAVID分别对增强子和增强子的靶基因进行GO与KEGG通路功能富集分析。结果:共识别2254个肝细胞癌增强子,1432个增强子靶基因,135个转录因子的9983个增强子结合位点;比较随机位点靶基因,发现增强子显著正调控靶基因的表达;保守性与GC含量分析表明增强子具有显著高的保守性与GC含量,并存在C-T/C-T/C-T-G模式的motif;增强子功能分析显示增强子显著富集于蛋白结合、酶结合、转录因子结合、RNA聚合酶Ⅱ结合等已知增强子功能,增强子GO与KEGG通路功能富集分析表明增强子靶基因显著参与细胞增殖、细胞凋亡、细胞周期调控和细胞迁移等肿瘤相关的生物进程与信号通路。结论:识别的肝细胞癌增强子具有显著高的保守性与GC含量,受多种转录因子调控,对其靶基因起正调控作用并且显著富集于肿瘤相关生物学进程与信号通路中。     

Nanog基因的功能与调控

胚胎干细胞的无限增殖能力和亚全能性决定了它在再生医学、新药开发及发育生物学基础研究中具有巨大的应用前景。探索维持胚胎干细胞亚全能性的因子及其网络的调控功能成为胚胎干细胞生物学研究的热点。已研究发现多个与维持胚胎干细胞亚全能性相关的基因如Oct4,Nanog,Sox2等,其中Nanog是2003年5月末发现的一个基因,它对维持胚胎干细胞亚全能性起关键性作用,能够独立于LIF／Stat3维持ICM和胚胎干细胞的亚全能性。几年来,Nanog的生物学功能及其与Oct4,Sox2等亚全能性维持基因之间的相互作用关系已有较为深入的研究,并发现多个调控Nanog表达的转录因子,从而进一步明晰Nanog与已知调控胚胎发育的信号通路之间的关系。在综述Nanog基因的表达特征和功能的基础上、重点探讨Nanog基因表达调控以及Oct4,Sox2等亚全能性维持基因之间的相互作用关系,并对未来的研究趋势予以展望。     

Nanog基因的功能与调控研究进展

胚胎干细胞的无限增殖能力和亚全能性决定了它在再生医学、新药开发及发育生物学基础研究中具有巨大的应用前景。探索维持胚胎干细胞亚全能性的因子及其网络的调控功能成为胚胎干细胞生物学研究的热点。已研究发现多个与维持胚胎干细胞亚全能性相关的基因如Oct4, Nanog, Sox2等,其中Nanog是2003年5月末发现的一个基因,它对维持胚胎干细胞亚全能性起关键性作用,能够独立于L1F/Stat3维持ICM和胚胎干细胞的亚全能性。几年来,Nanog的生物学功能及其与 Oct4, Sox2等亚全能性维持基因之间的相互作用关系已有较为深入的研究,并发现多个调控Nanog表达的转录因子,从而进一步明晰Nanog与已知调控胚胎发育的信号通路之间的关系。本文在综述Nanog基因的表达特征和功能的基础上、重点探讨Nanog基因表达调控以及Oct4, Sox2等亚全能性维持基因之间的相互作用关系,并对未来的研究趋势予以展望。     

组蛋白乙酰化修饰异常与阿尔兹海默病

阿尔兹海默病(Alzheimer's disease,AD)是一种以老年斑和神经纤维缠结为病理特征的慢性中枢性神经系统退行性疾病。在DNA编码序列不变的情况下,通过影响基因转录活性(如DNA可接触性、转录因子及调节因子的酶活性等)调控基因表达水平的表观遗传调控在疾病发生中的作用越来越受到重视。研究显示,表观遗传调控在AD病理机制中起重要作用,其中组蛋白乙酰化修饰异常可能与AD发生发展密切相关。现结合组蛋白乙酰化/去乙酰化的发生过程机制,概述组蛋白乙酰化修饰与AD发病机制相关的研究进展。     

基于组学数据构建基因调控网络

在生命体内,基因以及其它分子间相互作用形成复杂调控网络,生命过程都是以调控网络的形式存在,如从代谢通路网络到转录调控网络,从信号转导网络到蛋白质相互作用网络等等。因此,网络现象是生命现象的复杂本质和主要特征。本文系统地介绍了基于表达谱数据构建基因调控网络的布尔网络模型,线性模型,微分方程模型和贝叶斯网络模型,并对各种网络构建模型进行了深入的分析和总结。同时,文章从基因组序列信息、蛋白质相互作用信息和生物医学文献信息等方面讨论了基因调控网络方面构建的研究,这对从系统生物学水平揭示生命复杂机制具有重要的参考价值。     

Nodal/Smad2靶基因的系统鉴定及其在早期胚胎发育中的功能机制

Nodal/Smad2信号通路在脊椎动物胚胎中内胚层诱导及其背腹分化中发挥着主导作用,但是在胚胎早期发育中,Nodal/Smad2信号调控哪些靶基因表达,这些靶基因如何在Nodal/Smad2信号下游发挥作用,人们仍然所知甚少。以国家自然科学基金委员会"细胞编程与重编程的表观遗传机制"重大研究计划为依托,王强实验室在全基因组水平上对斑马鱼胚胎原肠早期Nodal/Smad2信号通路的靶基因进行了系统鉴定,并通过分析Smad2结合区域的其他转录因子保守的结合序列的出现频率,鉴定了一批潜在的Smad2的协同转录因子。研究发现,Nodal/Smad2的靶基因主要由转录因子、发育相关基因及重要信号通路的调控因子组成,其中F-actin捆绑蛋白Fascin1a和鸟核苷酸交换因子Net1分别通过调控受体内吞与Smad2转录活性反馈调控Nodal信号转导和中内胚层形成,而BPTF做为Smad2协同转录因子,通过调节核小体滑动来调控wnt8a表达,在中枢神经系统后部化过程中发挥重要作用。相关研究工作构建了Nodal/Smad2信号在斑马鱼中内胚层诱导及体轴建立中的分子网络,为理解脊椎动物早期胚胎发育过程中的基因表达调控机制提供了有意义的线索。     

时间延迟基因调控网络重构的决策树方法研究

基因调控网络的重构是功能基因组中最具挑战性的课题之一. 针对基因间转录调控的时间延迟性, 提出了一种寻找时间延迟调控关系的方法: 多点延迟调控网络算法, 简称TdGRN (time-delayed gene regulatory networking). 该方法根据时间序列基因表达谱数据, 构建时间延迟基因表达矩阵, 利用有监督决策树分类器方法和随机重排技术挖掘基因之间的时间延迟调控关系, 从而构建时间延迟的基因调控网络. 该方法是一种不依赖模型的基因网络重建方法, 相对于目前采用的基于模型的网络重建方法有显著优势, 可直接利用连续的基因表达谱数据发现延迟任一时间单位差的基因表达调控关系, 并避免了目前一些研究方法中需要人为设定基因的最大调控子数目(k)的问题. 将该方法应用于酿酒酵母细胞周期的基因表达谱数据, 并构建时间延迟的基因调控网络, 结果发现多数时间延迟调控关系获得了已有知识的支持.     

Wnt/β-catenin信号通路对靶基因转录的调控

Wnt/β-catenin信号通路又被称为经典Wnt信号通路,在早期胚胎发育、成体组织稳态维持、干细胞干性调控和肿瘤发生等过程中均发挥重要作用.经典Wnt信号通路的核心信号转导因子β-catenin与核内转录因子TCF/LEF家族成员结合后,通过募集或替换一系列协同作用因子,诱导染色质结构变化,调控Wnt信号靶基因的转录.本文将从Wnt信号靶基因转录调控的基本模式、分子机制、表观遗传学调控和意义等方面,总结近年来有关Wnt信号靶基因转录调控的研究成果,方便读者更好地理解Wnt信号通路靶基因的转录调控.     

基于蛋白互作网络识别非小细胞肺癌相关基因功能模块

本研究对非小细胞肺癌(non-small cell lung carcinoma,NSCLC)基因表达数据进行差异表达分析,并与蛋白质相互作用网络(PPIN)数据进行整合,进一步利用Heinz搜索算法识别NSCLC相关的基因功能模块,并对模块中的基因进行功能(GO term)和通路(KEGG)富集分析,旨在探究肺癌发病分子机制。蛋白互作网络分析得到一个包含96个基因和117个相互作用的功能模块,以及8个对NSCLC的发生和发展起到关键作用候选基因标志物。富集分析结果表明,这些基因主要富集于基因转录催化及染色质调控等生物学过程,并在基础转录因子、黏着连接、细胞周期、Wnt信号通路及HTLV-Ⅰ感染等生物学通路中发挥重要作用。本研究对非小细胞肺癌相关的基因和生物学通路进行预测,可用于肺癌的早期诊断和早期治疗,以降低肺癌死亡率。