基于GEO数据库对儿童哮喘急性发作靶基因的生物信息学分析

为了通过生物信息学技术筛选并分析关键基因以探究儿童哮喘急性发作的病理机制,从GEO数据库下载儿童哮喘急性发作相关基因芯片数据集(GSE103166),用R软件包工具筛选出哮喘急性发作患儿与健康儿童的差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),用DAVID (version 6.8)在线工具获取DEGs列表的GO和KEGG注释结果,同时通过STRING (version 11.0)获取其蛋白质互作数据,应用Cytoscape及其插件MCODE构建蛋白质互作网络、鉴定关键基因。结果显示,共筛选出78个DEGs,其中上调基因共49个,下调基因共29个。这些DEGs主要富集于核质转运调控、免疫系统过程调节等生物过程;核小体、DNA包装复合物等细胞组分; Rho GTP酶结合、离子型谷氨酸受体结合等分子功能。KEGG通路分析结果提示其主要富集在系统性红斑狼疮和哮喘信号通路。在这些DEGs中,筛选得到一个基因模块, GO分析显示该模块主要富集在γ干扰素介导的信号通路、通过MHCⅡ类分子进行抗原加工和外源性抗原肽的呈递、通过MHCⅡ类分子进行抗原加工和抗原肽的呈递等生物过程; MHCⅡ类蛋白复合物、内质网膜腔侧、内质网膜腔侧组成部分等细胞组分;MHCⅡ类受体活性、抗原肽结合、跨膜信号受体活性等分子功能。KEGG通路分析提示该模块主要富集在哮喘、移植物抗宿主病、同种异体排斥反应等通路。该基因模块涵盖5个关键基因,分别为HLA-DPB1、HLADQB1、HLA-DQB2、MT2A和KIF11。上述分析结果表明,文中筛选的DEGs和关键基因有助于加深对儿童哮喘急性发作病理机制的理解,其中HLA-DPB1、HLA-DQB1、HLA-DQB2等关键基因已得到相关研究的验证,未经证实的MT2A、KIF11关键基因,可能是儿童哮喘急性发作研究的新靶点。     

灵长类主要组织相容性复合体Ⅰ类基因进化概述

主要组织相容性复合体（MHC）是和免疫反应直接相关的基因群。MHC I类分子的多态性和病原体的多变性相对应,它是个体在重大传染疾病中存活下来的重要依据。在灵长类动物进化过程中,由于分化时间的差异和生存压力的不同,造成了各物种MHC I类基因不同的存在状态,使它们的MHC I 类基因在基因数量和基因功能上有所差异,同时还产生了物种特异性基因。本文描述了灵长类MHC I类基因的总体变化特征,并着重讨论了6个典型MHC I 类基因在各典型灵长类物种中的特点及关联性。     

基于转录组数据的网络分析挖掘鼻咽癌与口腔鳞癌的共享功能模块

鼻咽癌和口腔鳞癌是两种在临床上高度相关的疾病,从分子层面系统性研究这两种疾病的相互关系却鲜见报道。本研究通过大规模的转录组数据分析识别鼻咽癌和口腔鳞癌的共享功能模块及其核心基因(一因多效模块和基因),以期阐明这两种疾病共享的分子机制。从GEO数据库获取这两种癌症的两套转录组数据,应用倍数法和经验贝叶斯方法筛选出鼻咽癌差异表达基因1279个,口腔鳞癌差异表达基因1293个,其中两者共享基因278个。以共享基因为种子,通过蛋白质-蛋白质互作知识引导构建基因网络,其中最大子网包含1290个基因和1766互作对。应用Newman算法提取了15个共享功能模块。对这些模块进行拓扑学分析,挖掘出58个核心基因,包括已知的与鼻咽癌或口腔鳞癌相关的基因(如PCNA、CDK1、STAT1、CCL5和MMP1等)和鲜有报道的基因(如MELK、NME1、RACGAP1、INHBA和NID1等)。通路富集分析发现鼻咽癌和口腔鳞癌的共享功能模块参与多个生物学通路,包括p53信号通路、ECM受体相互作用、黏着斑、细胞周期等。本研究表明鼻咽癌和口腔鳞癌具有相似的致癌机制,所挖掘的共享模块可能是这两种疾病演化的核心分子相互作用机制。     

与实验条件相关的基因功能模块聚类分析方法

针对细胞内基因功能模块化的现象,定义了“基因功能模块”和“特征功能模块”两个概念,并基于这两个概念提出一种“与实验条件相关的基因功能模块聚类算法”。该算法综合利用基因功能知识与基因表达谱信息,将基因聚类为与实验条件相关的基因功能模块。向基因表达谱中加入水平逐渐升高的数据噪音,根据基因功能模块对数据噪音的抵抗力,确定最稳定的基因功能模块,即特征功能模块。加噪音实验显示,在基因芯片技术可能发生的噪音范围内,该算法对噪音的稳健性优于层次聚类和模糊C均值聚类。将模块聚类算法应用在NCI60数据集上,发现了8个与实验条件高度相关的特征功能模块。     

尼罗鳄MHCⅡ类B基因第二外元的序列变异分析

利用一对简并引物扩增了尼罗鳄MHCⅡ类分子B基因第二外元的部分片段,并对PCR产物进行了克隆和测序,结果得到8种不同的序列,序列长度为166 bp;经分析,序列中有56个变异位点,核苷酸的非同义替换多于同义替换,造成30个位点氨基酸的改变,氨基酸的替换趋于集中在假定的抗原结合位点附近.核苷酸和氨基酸序列与已报道的扬子鳄和密河鳄的MHCⅡ类B基因第二外元序列有较高的同源性,利用PAUP4.0软件构建的NJ树显示,鳄类的MHCⅡ类B基因存在跨种多态性现象.     

微阵列数据的多目标免疫优化双聚类

DNA微阵列技术的发展为基因表达研究提供更有效的工具。分析这些大规模基因数据主要应用聚类方法。最近,提出双聚类技术来发现子矩阵以揭示各种生物模式。多目标优化算法可以同时优化多个相互冲突的目标,因而是求解基因表达矩阵的双聚类的一种很好的方法。本文基于克隆选择原理提出了一个新奇的多目标免疫优化双聚类算法,来挖掘微阵列数据的双聚类。在两个真实数据集上的实验结果表明该方法比其他多目标进化双聚娄算法表现出更优越的性能。     

乌龟MHCⅡ类B基因第二外显子的克隆及序列分析

利用一对兼并性引物扩增了乌龟MHCⅡ类分子B基因第二外显子的部分片段,并对PCR产物进行了克隆和测序,结果得到8种长度为166 bp的不同序列。经分析,序列中有84个变异位点,核苷酸的非同义替换(dN)多于同义替换(dS),造成39个位点氨基酸的改变。氨基酸的替换趋于集中在假定的抗原结合位点附近。利用MEGA、PAUP软件分别构建NJ树和MP树,两种树极为相似,均分为两支。同一个体中出现有多种序列,提示乌龟MHCⅡ类分子B基因可能存在着座位重复。研究表明:乌龟MHCⅡ类分子B基因第二外显子有较高的多态性,有利于乌龟野生种群的遗传保护。     

犬类MHC复合体Ⅱ类基因研究进展

概述了犬类MHCⅡ类基因的物理结构图谱,对基因的结构、功能及表达、基因分型方法、基因多态性、基因与疾病的关联研究等作了详细的综述,指明了对犬类MHCⅡ类基因的研究利于其抗病育种,对人类自身免疫性疾病和器官移植等方面具有重要现实意义。     

抗原加工和提呈的“操纵子”

在人类及鼠的主要组织相容性复合物（MHC）II类在基因区域内,人们新发现4个位置靠近的基因涉及MHC I类分子所结合的内源性免疫原肽段的加工和提呈,LMP－2和MLP－7基因产物与细胞内构成蛋白酶复合体的某些亚基具有很大的同源性,可能与降解产生内源性免疫原肽段有关,而TAP－1及TAP－2基因编码产物形成的异二聚体蛋白复合物在内质网上构成穿膜通道,负责将加工好的内源性免疫原肽段转运入内质网,与MHC I类分子相互作用,本就这两种4个基因及其产物的结构与功能给予介绍。     

Ⅱ类反式激活因子与免疫调节

Ⅱ类反式激活因子(class Ⅱ trans-activator,CIITA)为非DNA结合蛋白,在MHC Ⅱ类基因的转录激活过程中以协同激活分子的形式发挥主导开关的作用。CIITA还可以调节其他与抗原递呈相关的基因,如H-2M基因、Ia相关恒定链(Ii chain)基因等。结构上,CIITA分子又是NOD样受体(NOD-likereceptor,NLR)家族成员之一,其功能与固有免疫密切相关。除此之外,CIITA在T细胞分化、FasL介导的细胞死亡、胶原的合成等方面也发挥着重要的调节作用。     

随机矩阵理论在肝癌基因功能模块识别中的应用

采用随机矩阵理论方法研究了肝癌的基因表达网络。通过标准误差分析,得到了从富含噪声的肝癌基因网络中分离出真实肝癌基因网络的、去躁最充分的关联系数,分析了由此获得的基因表达网络的13个基因功能模块,发现这些模块与肝癌的产生和发展有密切关系。基于随机矩阵理论的方法克服了以往模块识别方法带有主观因素且不能去除噪声因子的缺陷,是一种有效去除随机噪声、识别基因模块、简化基因网络的方法。由于基因数目的众多及细胞生物过程的复杂性,从整体的角度系统研究肝癌基因表达谱,对理解肝癌分子机制和探索新的治疗方法有重要的现实意义。     

兴国红鲤MHCⅡ类基因多态性、表达及其与鱼体抗病力关系的分析

对41尾感病和22尾抗病兴国红鲤的308个有效克隆进行测序,获得171条不同的MHC Ⅱ类基因编码序列,分属26个不同的等位基因,其中Cyca-DXA24Cyca-DXA36为新发现的13个等位基因。MHCⅡ类基因片段的长度为624 bp,包括第14个外显子,分别编码信号肽、1和2结构域及连接肽/跨膜区。1结构域的变异明显大于2结构域,表现在1结构域中核苷酸和氨基酸变异位点比例（55.16%和79.76%）明显高于2结构域的变异位点比例（45.96%和68.42%）。1结构域的PBR区的非同义碱基替换率（dN）与同义碱基替换率（dS）的比值 （=dN/dS）为5.742,远远高于非抗原结合位点（non-PBR）及2结构域的0.755、0.592,揭示兴国红鲤MHC Ⅱ类基因的1结构域在进化过程中受到正向选择作用。等位基因Cyca-DXA24 （P0.01）与兴国红鲤对嗜水气单胞菌的抗性相关,等位基因Cyca-DXA3 （P0.05）、Cyca-DXA4 （P0.01）、Cyca-DXA6 （P0.05）、Cyca-DXA33 （P0.05）与兴国红鲤对嗜水气单胞菌的易感性相关。荧光定量PCR结果表明,MHCⅡ类基因在健康兴国红鲤的肾、肝、鳃等10个组织均能普遍表达。人工感染嗜水气单胞菌后,肾、肝、脾3个组织中的MHCⅡ类基因的表达量均发生了不同程度的变化,表明MHCⅡ类分子在兴国红鲤的免疫反应中起到重要作用。       

布氏田鼠和青海田鼠自然种群鼠疫抗性差异

目的以MHC class Ⅱ gene β基因为分子标记研究布氏田鼠和青海田鼠自然种群鼠疫抗性差异的遗传基础。方法对布氏田鼠和青海田鼠进行鼠疫菌攻毒试验,并对死亡和存活的两种田鼠MHC class Ⅱ gene β基因酶切后的等位基因频率和基因型频率进行比较分析。结果布氏田鼠种群鼠疫抗性个体Rsa Ⅰ E和Rsa Ⅰ F等位基因较高的频率具有重要统计学意义(抗性个体:0.3095、0.2738;易感个体:0.0571、0.0286);青海田鼠种群鼠疫抗性个体Rsa Ⅰ F等位基因较高的频率具有重要统计学意义(抗性个体:0.3704;易感个体:0.0682)。对布氏田鼠和青海田鼠MHC class Ⅱ gene β基因纯合型序列分析显示,青海田鼠和布氏田鼠MHC class Ⅱ gene β基因有68个多态(变异)位点,占26.1%;其中布氏田鼠39个,青海田鼠27个,二者存在12碱基的差异。序列分析显示,布氏田鼠MHC class Ⅱ gene β基因在第27、53、63、70、91、126、127、128、129、160、213、214、215位碱基上存在多态性;而青海田鼠在第27、53、63、126、127、128、129、160、213、214、215位碱基上存在多态性。Rsa Ⅰ酶切揭示,青海田鼠的MHCclass Ⅱ gene β基因缺少等位基因E,多态性低于布氏田鼠,这可能是两自然种群鼠疫抗性差异的分子机制。结论 MHC class Ⅱ gene β基因多态性可能与布氏田鼠和青海田鼠鼠疫抗性存在相关性;MHC class Ⅱ gene β基因和其他未确定的鼠疫抗性标记可为研究宿主进化和疾病动力学提供有用的生物学信息。     

书讯

<正>基因疾病的分子生物学化学工业出版社出版本书围绕基因的结构与功能、基因的维护、基因与环境之间的互作、基因疾病、基因治疗等众多现代生命科学重要命题进行了系统、紧扣前沿的论述。依据各篇章的内容和特点,把全书定为三篇。第一篇主要从基因的结构和功能实体两个方面对"基因"概念加以梳理和完善。第二篇主要围绕"基因"的动态属性,包括基因在活体内的代谢、DNA损伤和修复的分子机制展开了论述,同时还对迄今发现的与基因稳定性维护有关的基因重组和重排的分子机制,基因环境互作,细胞周期、细胞周期控制,以及迄今发现的细胞凋亡、细胞自噬和程序性细胞坏死等三大类细胞死亡的分子机制进行了介绍。第三篇则针对包括人类肿瘤、癌症和遗传病等基     

细菌氧化锰的分子机制

摘要: 氧化锰是在生物地球化学循环中起重要作用的一种高反应活性矿物, 而微生物对Mn(Ⅱ)的氧化作用是自然界中氧化锰矿物形成的主要动力。目前从海水、淡水、土壤和矿石等环境中分离到的多种细菌表现出对Mn(Ⅱ)的氧化作用, 对其相关基因与细菌锰氧化分子机制的研究已取得了一定的进展。本文简要总结了几类主要锰氧化细菌的锰氧化基因的结构与功能、基因表达的调控影响因素以及多铜氧化酶的结构和特性, 并对目前在细菌锰氧化作用的分子机制研究中存在的部分悬疑问题及未来研究方向进行了分析。     

结核分枝杆菌对巨噬细胞抗原呈递功能的抑制作用

本文旨在通过观察结核分枝杆菌刺激后巨噬细胞抗原呈递功能的变化, 探讨结核分枝杆菌的免疫逃逸机制。在体外, 结核分枝杆菌刺激巨噬细胞24 h 后, 用流式细胞仪检测γ干扰素( IFN-γ) 诱导的主要组织相容性复合物( MHC) Ⅱ类分子、CD86 和CD80 的表达变化; 酶联免疫吸附试验( ELISA) 检测巨噬细胞的抗原呈递功能; 反转录-聚合酶链反应检测巨噬细胞CⅡTA 及其启动子PⅠ、PⅢ和PⅣ的mRNA 水平。结果发现, 结核分枝杆菌抑制IFN-γ诱导的巨噬细胞表面MHCⅡ 类分子和CD86 的表达, 且呈剂量依赖性, 但CD80的表达变化不明显; 抗原呈递功能明显降低; 结核分枝杆菌刺激后巨细胞CⅡTA 及其启动子PⅠ、PⅢ和PⅣ的mRNA 水平显著降低。提示结核分枝杆菌可能通过降低CⅡTA 及其启动子PⅠ、PⅢ和PⅣ 的mRNA 水平, 抑制IFN-γ诱导的巨噬细胞MHCⅡ类分子的表达; 结核分枝杆菌可降低巨噬细胞CD86 的表达, 抑制IFN-γ诱导的巨噬细胞抗原呈递功能。     

乌鳢(Channa argus)MHC Class I全长cDNA序列的克隆及表达特征北大核心CSCD

旨在探究乌鳢(Channa argus)MHC基因的分子特征、表达方式及多态性。应用抑制差减杂交(SHH)和快速扩增c DNA末端(RACE)技术克隆并鉴定了乌鳢全长MHC I c DNA序列Char-Ia-1、Char-Ia-2和Char-Ib,推测氨基酸序列与已知硬骨鱼MHC I基因同源。Char-Ia-1和Char-Ia-2 c DNA序列包含1 167和1 083 bp的开放阅读框,分别编码388和360 aa的膜型Ⅰ类分子;而Char-Ib c DNA序列包含978 bp的开放阅读框,编码325 aa,显著截短的羧基末端显示Char-Ib为潜在的分泌型Ⅰ类分子。比较发现Char-Ia与Char-Ib在3'非转录区存在显著差异,在细胞外区、跨膜区和细胞质区的氨基酸序列同源性均较低,推测二者来自不同的MHC I基因座。氨基酸序列比对显示乌鳢MHC I分子与抗原肽结合的关键氨基酸残基较保守,在α1和α3结构域均出现硬骨鱼特征性的氨基酸残基缺失。进化树分析表明Char-Ia-1和Char-Ia-2聚为一簇,与Char-Ib处于不同的进化分支上,进一步证实Char-Ia与Char-Ib分别由不同MHC I基因座编码。RT-PCR分析显示乌鳢MHC I在组织中呈现组成型表达。设计基因专一性引物检测乌鳢Char-Ia与Char-Ib两类MHC I基因在组织中的表达水平,结果显示Char-Ia以较低的浓度表达于所有被检测组织,而Char-Ib主要表达于脾、肠、鳃和外周血,呈现明显的组织表达特异性,提示两类MHC I分子在鱼类免疫反应中发挥不同的生理功能。     

基于集成的共表达网络分析方法研究3种癌症的肿瘤相关模块

在肿瘤/癌旁基因表达数据中,差异表达 (DE,differential expression) 代表各种生物条件下基因表达水平的变化,而差异共表达 (DC,differential co-expression) 代表基因对之间相关系数的变化。单独的DC和DE研究方法已经被广泛应用于人类疾病研究中。但是,目前仍然缺乏有效整合DC和DE的分析方法。文中提出一个新颖的分析框架DC&DEmodule,该框架可以基于共表达模块整合DC和DE的特征,并同时整合多个肿瘤/癌旁表达谱的信息,用以识别与疾病相关的基因共表达模块,包括激活模块 (肿瘤样本中上调且共表达增强) 和失能模块 (肿瘤样本中下调且失去共表达)。将该框架用于分析肝癌、胃癌和结直肠癌各两组微阵列数据,分别得到肝癌、胃癌和结直肠癌的2、5和2个激活模块以及5、5和1个失能模块。富集分析表明与同类方法相比,文中的方法在检测已知的肿瘤相关通路和发现新通路方面均具有更高的灵敏度。然后,进一步从这3种癌症的激活模块中鉴定出17、69和11个模块关键基因,其中包含53个已报道的预后生物标志物以及3个分别与3种癌症存活率显著相关的新预后标志物。基于关键基因训练了3种癌症的随机森林模型,用于区分TCGA(The Cancer Genome Atlas) 和GEO (Gene Expression Omnibus)数据库中的肿瘤和癌旁样本,结果显示其分类的平均准确性达到了93%。三种癌症的比较为不同癌症的共有和组织特异性机制提供了新的见解。一系列评估表明,DC&DEmodule框架能够整合公共数据库中快速积累的表达谱,发现更多疾病中功能失调的生物过程。     

RNAi：基因功能研究新途径

随着基因组结构深入研究,应用新的方法、思路探讨细胞基因功能已成必要。已证实：双链ＲＮ在多种生物中是导致细胞基因沉默的重要信号分子。ｄｓＲＮＡ介导的基因阻抑现象是反映基因功能、表达调控、缺陷识别等重要手段。ｄｓＲＮＡ介导阻抑特异基因表达的机制还不清楚。