用生物信息学方法寻找肝癌特异性表达基因转录调控模式

为了对肝癌(hepatocellularcarcinoma,HCC)的分子发病机理进行研究,首先对肝癌基因表达谱数据用t-检验算法进行了分析,找到了肝癌中特异性表达基因(characteristicgenes).然后把这些基因结合已知的肝HNF家族转录因子染色质免疫共沉淀结合DNA启动子芯片(ChIP-chip)实验数据用SAEM算法进行分析,得到了肝癌特异性表达基因的转录调控关系,并寻找到了多个HNF家族转录因子调控单基因的转录调控模式.结果表明HNF家族转录因子对大量具有重要功能的肝癌特异性表达基因进行了转录调控,并且多个HNF家族转录因子调控单基因可以形成前馈环和多输入调控等模式.     

肝细胞核因子的调控作用研究新进展

肝细胞核因子(HNF,Hepatocyte nuclear factor)是调节肝脏基因特异性表达的一类转录因子,主要包括HNF1、HNF3、HNF4和HNF6等,这些转录因子相互作用构成复杂的调控网络。HNF在人体多个重要组织器官如肝、胰、肠、肾等都有不同程度的表达。研究发现,在多种疾病的患者体内,存在着编码这些因子基因的突变,提示HNF与维持及调节人体正常生理功能密不可分。本文旨在对HNF的研究进展作以系统性综述,为研究HNF相关疾病的发生机制并进行有效的干预提供新思路。     

HS5-1增强子eRNA PEARL对原钙粘蛋白α基因簇的表达调控

远端增强子对关键靶基因的表达调控通常可以决定细胞的命运和功能,激活的增强子可以双向转录产生长非编码(longnoncoding)增强子RNA(enhancerRNA,eRNA)调控靶基因表达,课题组前期研究发现增强子eRNA能够通过形成R环(R-loop)来促进增强子与靶基因的染色质远距离互作,引起局部三维基因组TAD(topologically associated domain)的改变。为了进一步探究eRNA在基因转录过程中的生物学功能,本研究选取原钙粘蛋白(protocadherin, Pcdh)基因簇的增强子eRNA PEARL (Pcdh eRNA associated with R-loop formation)作为研究对象,通过CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) DNA片段编辑技术、逆转录PCR、荧光定量PCR等遗传学和分子生物学实验,揭示了增强子eRNAPEARL对Pcdhα基因簇表达的促进作用。首先,本研究通过分析不同组织中HS5-1增强子eRNA发现其表达具有组织特异性...     

eSNPdb,人类增强子区域单核酸多态性数据库

增强子控制着多能性相关基因的转录,在细胞分化中起重要作用。数以千计的GWAS研究结果表明,一定数量疾病相关的SNP位于增强子区域,且近来的研究发现SNP通过影响增强子的功能引起对疾病的易感性,因此有必要对增强子区域的SNP进行整合和分析。我们建立了e SNPdb数据库,收集了增强子注释、SNP以及相关GWAS数据,将疾病与增强子建立联系。数据库收集了67 268个增强子,在这些区域上有826 350个SNP,其中8 521个与疾病相关。数据库还收集了位于增强子区域的转录因子结合位点信息,以便预测SNP对增强子区域转录因子的结合亲和性的影响。作为目前唯一收集增强子区域SNP信息的数据库,e SNPdb将会是研究增强子在人类疾病中的作用与机制重要的数据资源。     

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。     

SOX9基因在癌症发生发展中的作用机制研究进展

早期研究揭示,SOX9基因及其表达产物转录因子SOX9主要参与胚胎早期发育、性别决定和软骨发育。近期研究发现SOX9产物的表达水平与多种实体癌的发生、发展存在正相关关系,包括前列腺癌、结肠直肠癌等。上调SOX9的表达水平可以促进癌细胞的生长,SOX9基因是一种促癌基因。对于目前SOX9调节癌症发生发展的分子机制进行了综述,总结了已有的观点、假说及实验证据,并以此为基础分析了负调控SOX9基因表达的内源和外源性分子,进一步探讨了SOX9基因成为治疗癌症药物靶标的可行性,以期为后续基础机理研究和疾病治疗提供指导。     

竞争性内源RNA在转录后水平调控基因表达

竞争性内源RNA(competing endogenous RNA,ce RNA)假说提出了一种RNA在转录后水平调控基因表达的机制,即信使RNA(message RNA,m RNA)、长链非编码RNA(long non-coding RNA,lnc RNA)、假基因(pseudogene)转录物及环状RNA(circular RNA,circ RNA)通过竞争结合相同的微小RNA(micro RNA,mi RNA)来影响靶基因RNA的稳定性或翻译活性,实现转录后水平的基因表达调节。这一全新的基因表达调控机制目前已在肌肉的分化、胚胎干细胞的分化、中脑的发育及癌症的转移等多个研究领域被发现,并且被证实参与多个生物学过程的调控。ce RNA这种以mi RNA为媒介实现RNA与RNA相互调控的机制,使得编码基因和非编码基因在全转录组范围内形成了一个庞大而精细的调控网络,增加了基因调控网络的复杂性。文章就ce RNA的分子类型、ce RNA机制所涉及的生物学功能、影响ce RNA机制的重要因素及ce RNA调控网络预测这几个方面进行综述。     

后生动物非编码保守元件

生物体基因组中除了编码序列之外, 还存在大量的非编码调控序列。比较基因组学研究发现：脊椎动物、尾索动物、头索动物、果蝇、线虫等基因组中存在保守的非编码调控序列。这些非编码保守元件通常分布在与转录调控发育相关的基因上下游区域, 作为基因调控网络核心的一部分, 常常在基因表达过程中扮演转录增强子的角色。文章总结了近年来有关后生动物非编码保守元件的发现和主要特点, 并进一步就非编码保守元件在大规模基因组倍增之后的演化及其在生物躯体图式进化过程中的影响进行了综述。     

长链非编码RNA顺式调节作用机制的研究进展

长链非编码RNA (long non-coding RNA, lncRNA)种类众多,生物学功能复杂,与不同的分子相互作用,实现其特有的基因调控功能。可参与细胞核染色质结构的调控、m RNA的转录及转录后的加工运输、蛋白质的翻译等过程。此外,lncRNAs在邻近基因或靶基因的顺式调节机制中也发挥了重要作用,本综述主要对近年来lncRNAs通过顺式调节作用影响基因表达的机制进行综述。     

增强子RNA的功能特性及其在人类疾病中的重要调控作用

增强子是基因组上一段可以被转录调控蛋白识别并结合的区域,作为顺式调控元件和启动子共同参与基因转录过程。增强子在激活状态下,打开局部染色质并暴露DNA基序以吸引转录因子,从而进一步招募RNA聚合酶产生一类非编码RNA,即增强子RNA(enhancer RNA,eRNA)。eRNA可促进增强子与启动子特异性染色质远程互作参与基因转录调节,或与转录因子等调控蛋白结合促进基因转录,具有多样的功能和调控机制,从而在细胞的发育和分化、疾病发生发展等众多生物过程中起重要作用。该文就e RNA特性、功能、鉴定、数据库资源,以及eRNA在人类神经系统疾病、癌症、免疫代谢类疾病、心血管疾病等中的功能作用研究进展作一系统综述,探讨eRNA的未来研究方向,及在疾病中作为潜在治疗靶点的可能及目前存在的挑战。     

生物信息学新方法鉴定乳腺癌增强子并分析其潜在功能

乳腺癌是威胁女性生命的一大危险因素。激活与癌症发生发展和细胞多能性相关的增强子或抑制维持细胞命运的增强子均可导致“细胞身份危机”,使细胞趋向去分化状态进而癌变。本研究运用新的生物信息学方法,通过深入分析癌症基因组图谱(the cancer genome atlas, TCGA)数据库的乳腺癌全转录组测序数据,鉴定乳腺癌相关增强子并量化增强子RNA(enhancer RNA, eRNA),预测其对靶基因的调控活性,同时探讨活性异常增强子在乳腺癌发生发展过程中的潜在作用。在112对乳腺癌患者的肿瘤与癌旁组织中鉴定得到47 921个eRNAs,其中4 830个eRNAs在肿瘤和癌旁组织间存在显著的表达差异,有666个差异表达eRNA的增强子位点与已知的乳腺癌相关基因组变异位点重叠。通过计算转录因子与增强子位点结合的亲和力发现部分增强子突变位点可能导致转录因子亲和力改变,影响增强子活性及其对下游基因的表达调控。通过稀疏优化模型预测增强子与靶基因的调控关系,进一步评估异常增强子对乳腺癌相关基因表达的影响。综合上述分析,本研究提供了一种新的分析流程,系统分析了乳腺癌相关增强子,发掘了乳腺癌增强子相...     

基因组印记中的长非编码RNA

长非编码RNA(lnc RNA)是长度大于200 bp的一类非编码蛋白的RNA,因其在基因组中含量巨大以及重要的生物学功能引起了学术界的广泛关注.基因组印记是一种表观遗传现象,lnc RNAs通过建立靶基因的印记而发挥重要的生物功能.基因组印记可以用来研究lnc RNAs在转录和转录后水平调控基因表达的分子机制.本文选取6个印记机制研究比较透彻的印记区域,包括Kcnq1/Cdkn1c、Igf2r/Airn、Prader-Willi(PWS)/Angelman(AS)、Snurf/Snrpn、Dlk1-Dio3和H19/Igf2.通过介绍包括基因间lnc RNAs(H19、Ipw和Meg3)、反义lnc RNAs(Kcnq1ot1、Airn、Ube3a-ATS)和增强子lnc RNAs(IG-DMR e RNAs)在内的3种类型lnc RNAs在印记调控中的作用,从而了解lnc RNAs通过顺式或(/和)反式作用多种机制调控亲本特异性靶基因的表达.了解印记基因簇中lnc RNAs的作用方式将有助于我们揭示lnc RNAs在整个基因组中的作用机制.     

增强子RNA研究现状

增强子是真核生物基因表达调控的主要顺式作用元件,能有效促进基因表达。活化的增强子可以转录生成增强子RNA (enhancer RNAs, eRNAs),其合成受到信号系统和信号转录因子的约束。eRNAs与其他转录本(如lncRNAs和mRNAs)相比,其长度更短、稳定性更差、组织特异性更强。此外,eRNAs对增强子与启动子之间的染色质环(looping)的形成和稳定有一定的作用,并能促进靶基因的表达。目前,越来越多的研究发现eRNAs在发育和疾病发生等生物学过程中扮演着重要角色,但是其功能研究一直进展缓慢,调控机制尚不清楚。本文概述了eRNAs的特征、研究方法和功能特性,探讨了eRNAs作为潜在治疗靶标的可能性,以期为eRNAs的后续研究提供参考。     

利用RNA转录组数据库挖掘肿瘤细胞EZH2基因候选转录因子

转录因子的筛选是基因转录调控研究的重要环节。通常人们通过候选转录因子基序(motif)结构域的DNA结合序列是否存在于靶基因启动子而进行筛选。基因表达相关性是发现基因间相互作用的一种有效手段。利用已有的多种人类基因组转录组公共数据库,通过对已知转录因子与靶基因共转录关系分析,本研究发现,肿瘤细胞系大百科全书(CCLE)基因共转录相关系数可作为筛选候选转录(抑制和激活)因子的新方法。对所挖掘出的7个与EZH2基因转录高度相关的候选转录因子(TCF7L2、PML、TBP、PHF8、RBBP5、MYBL2、NRF1)进行实验验证,发现PHF8和NRF1过表达(或敲降)确实促进(或抑制)EZH2基因转录;染色质免疫共沉淀实验和荧光素酶报告基因结果亦证实,PHF8和NRF1能够结合EZH2基因启动子DNA,提示PHF8和NRF1可能是EZH2基因的转录因子。     

一种检测小鼠转录因子活性的微阵列芯片的构建及应用

转录因子是一类具有序列特异性的双链DNA结合蛋白．在哺乳动物细胞中,一个转录因子可以调控多个靶基因,一个基因也同时受到多个转录因子的调控,从而形成复杂的基因表达网络调控机制．在蛋白质水平检测特定状态下组织或细胞中的转录因子活性对深入研究基因表达调控的分子机制具有重要的意义．针对TRANSFAC数据库提供的226个小鼠转录因子的PSSM,设计了240个转录因子结合探针,构建了可以在蛋白质水平同时检测约200个小鼠转录因子的微阵列芯片,实验结果显示：a．针对含有不同DNA结合结构域的7个转录因子,进行依赖于抗体的转录因子活性检测,结果证明该芯片具有良好的特异性;b．针对NFκB转录因子纯品,芯片的检测灵敏度可以达到0.5 nmol/L,线性范围为0.5～20 nmol/L,表明芯片具有较高的灵敏度和良好的定量能力;c．针对经典的IKK,JNK信号通路和JAK/STAT信号通路,该芯片可以检测到其关键转录因子的活性变化,证明芯片的可靠性;d．针对小鼠前脂肪细胞系3T3-L1的分化,该转录因子活性芯片不但检测到了已经报道的活性发生变化的转录因子,如PPAR家族和C/EBP家族外,还发现了以前没有报道过的SRF等,充分显示了芯片技术的高通量优势和发现新数据的能力．     

染色质构象调控真核基因的表达

真核基因的表达受到各种顺式调控元件、反式作用因子、染色质DNA以及组蛋白表观遗传修饰等多因素、多层次的调控。染色质三维空间结构的变化在调控真核基因表达方面也发挥了至关重要的作用。染色质构象的变化一方面可以使增强子等调控元件与靶基因相互靠近,从而促进基因表达;同时也可能通过形成空间位阻结构阻碍调控元件作用于靶基因,抑制基因表达。虽然染色质结构变化调控真核基因表达的机制仍缺乏较为精确的分子模型,但在组蛋白修饰、核小体定位、染色体领域以及染色质间相互作用等表观遗传学研究中,已经发现有诸多证据支持染色质构象在真核基因表达调控中的重要地位。文章主要综述了染色质结构及其构象的变化等对真核基因表达调控的影响。     

转录因子结合位点的计算分析方法

基因组上众多基因和非编码转录体按照特定的规律有序地表达是细胞正常生命活动的基础。转录调控是基因表达调控的关键步骤,转录因子结合在基因启动子序列中的转录因子结合位点,启动基因的转录和控制基因的转录效率。分析转录因子结合位点对研究基因调控系统有着重要意义,生物信息学在转录因子结合位点的研究中发挥着关键的作用。文章综述了分析蛋白质编码基因的转录因子结合位点的典型流程,总结了主要的算法、软件和资源,并简要评述了目前非编码RNA转录调控的研究现状。