基于互信息分析系统性红斑狼疮与乳腺癌的发病机理

系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)是一种免疫性性疾病。乳腺癌(breast cancer,BC)即乳腺恶性肿瘤,是女性常见的恶性肿瘤之一。乳腺癌患者体内众多免疫功能低下,其免疫系统无法识别并杀死癌细胞,然而,系统性红斑狼疮患者体内免疫系统反应过度强烈,产生大量抗体攻击自身细胞,可见两种疾病均与免疫系统息息相关但调控结果背道而驰,目前这一机制尚不明确。基于此,本研究从基因之间的关联性考虑,首先,利用互信息(mutual information,MI)方法筛选出1 250个SLE与BC共有显著基因;第二,将这些基因利用David分析,得到37个转录因子及其调控的378个靶基因,最后,采用快速网络成分分析算法(fast network component analysis,Fast NCA)分别预测SLE和BC发病过程中转录因子活性以及对靶基因调控强度的变化,并构建调控网络。经过两种疾病调控网络对比,发现AKT2、CCAR1、MTF2、RUFY2等基因在这两种疾病中活性变化明显相反,并且通过分子生物学分析,它们在有丝分裂,细胞凋亡,免疫反应以及炎症反应过程中的变化对SLE与BC的致病具有重要作用。     

鼠疫菌重要调控子蛋白的表达纯化及DNA结合活性分析

目的:利用大肠杆菌BL21(λDE3)的表达系统,表达7个有活性的、与鼠疫耶尔森菌(鼠疫菌)传播及致病密切相关的调控子蛋白,并对这些蛋白与DNA的结合活性进行分析,为构建鼠疫菌毒力基因转录调控网络建立分子生化实验平台。方法:通过分子克隆技术构建鼠疫菌调控子蛋白的表达菌株,所得菌株经IPTG诱导后能分别表达鼠疫菌CRP、Fur、PhoP、OxyR、OmpR、RcsB和RovA带His标签的融合蛋白;对这些蛋白与DNA的结合基序进行生物信息学预测;通过体外凝胶迁移实验验证上述蛋白与靶DNA的结合活性。结果:表达了7种有活性的鼠疫菌调控子蛋白,这些蛋白与靶基因启动子区具有体外结合活性。结论:表达的7种调控子蛋白在鼠疫菌的传播致病中有重要作用,这些调控子蛋白与DNA体外结合实验平台的建立,是构建鼠疫菌毒力基因转录调控网络的基础。     

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。     

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。     

家族性高胆固醇血症HDL-miRNAs调节血单核细胞功能机制

本研究通过生物信息学方法分析家族性高胆固醇血症患者外周血单核细胞差异表达基因、HDL载体差异表达miRNA及其生物学功能,研究差异HDL-miRNA与单核细胞差异基因的相关性,探讨HDL-miRNA调控外周血单核细胞功能机制,寻找动脉粥样硬化防治新靶点。运用R语言分析GEO数据库共享平台家族性高胆固醇血症外周血单核细胞基因及HDL-miRNA探针芯片得到差异基因及差异miRNA,利用miRwalk2. 0预测miRNA靶基因,并利用STRING进行蛋白互作分析,构建差异miRNA与差异基因之间的调控网络。运用GO及KEGG分析研究基因功能。利用GEO数据(GSE6054)筛选出834个差异表达基因,利用GEO数据(GSE25108)筛选出HDL上差异miRNA28个。交叉匹配得到由19个差异miRNA和56个差异基因组配对的74对miRNA-靶基因。GO富集分析56个差异基因主要富集于肾上腺素受体信号等分子功能。KEGG分析56个差异基因主要富集于造血谱系通路上。家族性高胆固醇血症差异HDL-miRNA与外周血单核细胞差异mRNA具有相关性,HDL-miRNA有通过调控血单核细胞功能的可能性,可能参与高胆固醇血症导致动脉粥样硬化过程。     

基于生物信息学方法识别非小细胞肺癌(NSCLC)潜在治疗靶基因

本研究运用生物信息学方法识别非吸烟女性非小细胞肺癌(NSCLC)潜在的靶基因,并从分子水平探索其潜在的发病机制。从GEO数据库下载非吸烟女性非小细胞肺癌相关基因芯片数据集,经癌症组和癌旁对照组差异表达基因识别,并利用R软件对差异基因进行层次聚类分析,DAVID进行基因本体(gene ontology)和KEGG通路富集分析,STRING和Cytoscape软件构建蛋白-蛋白交互(PPI)网络,以及运用PASTAA分析,识别NSCLC相关转录因子,构建转录因子-基因共表达网络。结果表明,185个基因在NSCLC中差异表达,其中40个上调,145个下调;通过PASTAA分析识别出5个NSCLC基因相关转录因子。差异基因与胶原分解代谢过程、炎症反应的正调控等生物过程密切相关,基因的产物主要参与蛋白质细胞外基质、胶原三聚体等细胞组分,且主要发挥调节金属内肽酶活性、肝素结合和调节受体活性等分子功能;KEGG通路富集分析表明差异基因显著富集到胞外基质-受体信号通路、粘着斑信号通路、PPAR信号通和PI3K-Akt信号通路等,与非小细胞肺癌的发生发展密切相关。通过生物信息学方法,最终筛选到4个NSCLC关键基因:IL6、MMP1、COL1A1、CD36,其可能是非吸烟女性NSCLC潜在的治疗靶点。     

GFP用于单核细胞增生李斯特菌PrfA调控毒力基因actA转录表达的研究

PrfA是单核细胞增生李斯特菌(LM)中迄今为止发现的惟一个调控绝大多数毒力基因转录表达的蛋白因子.为了研究PrfA转录调控毒力基因表达的分子机制,将无启动子的绿色荧光蛋白(GFP)基因与毒力基因actA的启动子融合,连接到穿梭载体pLSV16质粒上,构建成表达融合载体pLSV16-PactA-gfp,然后将其电转化入LM野生株P14、PrfA高表达突变株P14a和prfA基因等位缺失突变株A42中表达.利用荧光显微镜和荧光酶标仪检测上述3株细菌中绿色荧光蛋白的不同表达强度,从而评价actA基因依赖于PrfA的转录活性强弱.结果显示,绿色荧光蛋白在P14a中发出的荧光强度最高,P14次之,A42最弱,两两比较均有显著差异(P＜0.01),表明毒力基因actA的转录水平高低与PrfA的活性成正相关,其转录表达依赖于PrfA的调控;该试验同时也显示GFP能方便、有效地用于研究PrfA调控LM不同毒力基因的转录表达水平.     

顺式调控元件对“头对头”基因对共表达的影响

转录调控是生物学过程中最关键的环节之一, 其中顺式调控元件在基因表达调控中发挥了极其重要的作用. 本研究通过对公共顺式调控元件的活性和行为进行分析, 从而推断“头对头”基因对共表达的原理. 用网络组分分析法估测顺式调控元件在不同条件下对基因启动子及其活性的影响. 结果揭示了生物系统如何利用这些调控元件调控“头对头”基因对的表达模式和整个转录调控系统.     

顺式调控元件对“头对头”基因对共表达的影响

转录调控是生物学过程中最关键的环节之一,其中顺式调控元件在基因表达调控中发挥了极其重要的作用.本研究通过对公共顺式调控元件的活性和行为进行分析,从而推断"头对头"基因对共表达的原理.用网络组分分析法估测顺式调控元件在不同条件下对基因启动子及其活性的影响.结果揭示了生物系统如何利用这些调控元件调控"头对头"基因对的表达模式和整个转录调控系统.     

MDCK细胞和MDCK-G1细胞感染H1N1流感病毒后病毒滴度和细胞转录组表达差异分析

目的通过分析细胞表达基因及其相关信号通路的差异等信息,探索MDCK和MDCK-G1细胞株在接种H1N1流感病毒后出现病毒滴度和细胞生长趋势差异的内在生物学特性等原因。方法通过Illumina测序平台对2株细胞进行转录组测序(RNA sequencing, RNA-seq)和测序结果生物信息学分析后,选择了17个差异基因进行实时定量聚合酶链反应(quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR)验证。结果 MDCK和MDCK-G1细胞差异基因(differentially expressed genes, DEGs)|log_2(FoldChange)|0和padj≤0.05总数为2 786个。相比于MDCK细胞,MDCK-G1细胞有967个基因的表达显著上升,1 819个基因的表达显著下降。差异基因通过基因本体(Gene Ontology, GO)数据库富集功能注释和京都基因和基因组数据库(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG)进行通路分析发现,2株细胞在免疫调控和细胞生长周期调控上均存在差异,qRT-PCR验证的17个基因中有16个基因的表达趋势与转录组测序结果一致。结论 2株细胞的转录谱存在显著差异。     

基于高通量转录组测序的草鱼雌雄性腺差异表达基因分析

草鱼雌性个体生长优势明显高于雄性,挖掘精巢和卵巢差异表达的功能基因对草鱼生殖调控具有重要的价值及应用前景。采用Illumina HiSep 2500转录组测序技术分别对12月龄的3尾雌性草鱼和3尾雄性草鱼的性腺组织的mRNA进行测序分析,精巢和卵巢共得到8 363个差异表达基因。与卵巢相比,精巢上调基因6 446个(77%),下调基因1 917个(23%),差异明显。将上述差异基因在Nr、GO和KEGG数据库进行比对,获得48种Go功能注释分类和313条KEGG代谢通路。分析发现,Go功能分类中"绑定"功能富集差异基因的数量最多,占总数的15.8%;KEGG代谢通路中"信号转导"通路富集差异基因的数量最多,占总数的10.2%。结合转录本数据,挑选与草鱼性腺发育相关的关键差异基因Dmrt1、amh、foxl2、cyp19a1a进行分析,研究显示,与卵巢相比,Dmrt1和amh基因在草鱼精巢中极显著高表达(p0.01);与精巢相比,cyp19a1a和foxl2基因在草鱼卵巢中显著高表达(p0.05),与转录组数据分析结论一致,说明Dmrt1和amh基因与早期草鱼精巢发育调控相关,cyp19a1a和foxl2基因与早期草鱼卵巢发育调控相关。本实验为进一步了解草鱼性别基因的调控机理提供数据依据。     

金针菇成熟期和伸长期菌盖的转录组与蛋白组比较分析

菌盖是大型真菌的重要组成部分,也是其产生有性孢子的部位,但是其发育机制仍不明确。本研究以金针菇Flammulina filiformis为材料,采用转录组和蛋白组联合分析的方法,比较分析了金针菇成熟期和伸长期菌盖的差异基因与蛋白,并对其进行GO (gene ontology)功能聚类分析、KEGG (Kyoto encyclopedia of genes and genomes)富集分析和蛋白互作网络分析。本研究筛选到差异表达基因有1 391个,差异表达蛋白147个,均以上调表达为主。GO功能聚类分析结果表明,催化活性(catalytic activity)条目富集基因最多,其次是细胞组分(cell part)、细胞过程(cellular process)和细胞器(organelle)。KEGG富集分析结果表明,差异表达基因和蛋白主要富集在碳水化合物代谢通路(carbohydrate metabolism)和氨基酸代谢通路(amino acid metabolism)等。本研究选取了9个关键的差异表达基因,使用实时荧光定量PCR (real-time quantitative PCR,RT-qPCR)对其表达量进行了验证。RT-qPCR验证结果与转录组测序结果相一致。蛋白互作网络分析表明,水解酶类、结构域类和转录调节类蛋白为互作网络的主要结点。本研究联合转录组、蛋白组测序数据,通过分析差异基因与蛋白,为深入了解金针菇菌盖发育机制提供数据参考。