基于功能一致性预测冠心病致病基因

目的:为了解疾病致病机理和改进临床治疗,基于功能一致性挖掘潜在的疾病致病基因.方法:本文基于功能一致性基因的共定位特性,结合蛋白质互作网络拓扑结构,获取疾病候选基因集,并通过GO及KEGG功能富集分析方法进一步筛选,预测出新的致病基因.结果:挖掘得到的59个冠心病致病基因通过文献证实绝大部分基因与疾病的发生发展存在着联系.结论:本方法具有可行性,研究者能够在此基础上很好地进行疾病致病机理的研究.     

基于功能一致性和网络拓扑属性预测冠心病致病基因

基于功能一致性利用蛋白质互作网络挖掘潜在的疾病致病基因,对于了解疾病致病机理和改进临床治疗至关重要．基于基因功能一致性和其在蛋白质互作网络中的拓扑属性将基因与疾病之间建立关联,对疾病风险位点内的基因进行了致病风险预测,并通过GO及KEGG功能富集分析方法进一步筛选,预测出新的致病基因．预测出了51个新的冠心病致病基因,分析发现大部分基因参与了冠心病的致病过程．为疾病基因的挖掘提出一个新的思路,从而有助于复杂疾病致病机理的研究．     

基于蛋白质互作评价差异表达基因的重复性

利用高通量基因表达谱数据可以识别在肿瘤与正常组织中差异表达的基因,为研究癌机理提供重要的线索。目前,在研究同种癌型的不同实验中发现的差异表达基因的交叠比例很低。这种高通量基因表达谱数据低重复性的现象严重制约了基因芯片在癌症研究中的应用。然而,已有研究表明从研究同种癌型的不同实验数据中得到的不交叠的差异表达基因倾向于扰动相同的功能。因此,在评价差异表达基因重复性时,应考虑其在生物学功能上的一致性。本文结合基因共表达和蛋白质互作关系,设计了功能重复性指标来评价差异表达基因列表的可重复性。通过分析两套卵巢癌数据,发现对同种癌型得到的差异表达基因具有很高的功能一致性(p<0.0001)。结果表明,在功能水平上评估差异表达基因的一致性具有合理性。     

根据蛋白质互作网络预测前列腺癌相关蛋白质的细致功能

对于功能部分已知的前列腺癌相关蛋白质,提出了一种基于Gent Ontology的功能特异的子网构建方法来细化其功能注释。结果显示该方法能够以很高的精确率为前列腺癌相关蛋白质预测更为精细的功能。预测的相关蛋白质的功能对于指导实验研究前列腺癌的分子机制具有重要的价值。     

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。     

口腔癌相关蛋白质的细致功能预测

口腔鳞状细胞癌（oral squamous cell carcinoma,OSCC）是人类最常见的恶性肿瘤之一。本文结合Gene Ontology,功能先验知识,通过构建功能特异的蛋白质互相作用子网来预测口腔癌相关蛋白质的功能。我们以很高的精确率为已知部分功能的口腔癌相关蛋白质预测了更为精细的功能,这对于指导实验研究口腔癌的分子机制具有重要的价值。     

根据蛋白质互作网络预测乳腺癌相关蛋白质的细致功能

乳腺癌是最为常见的恶性肿瘤之一。已有的关于乳腺癌相关蛋白质的功能注释比较宽泛, 制约了乳腺癌的后续研究工作。对于已知部分功能的乳腺癌相关蛋白质, 提出了一种结合Gene Ontology功能先验知识和蛋白质互作的方法, 通过构建功能特异的局部相互作用网络来预测乳腺癌相关蛋白质的细致功能。结果显示该方法能够以很高的精确率为乳腺癌相关蛋白质预测更为精细的功能。预测的相关蛋白质的功能对于指导实验研究乳腺癌的分子机制具有重要的价值。     

人类蛋白质结构互作网络——结构域对网络拓扑与蛋白质功能的影响

高通量的蛋白质互作数据与结构域互作数据的出现,使得在蛋白质组学领域内研究人类蛋白质结构互作网络,进一步揭示蛋白质结构与功能间的潜在关系成为可能.蛋白质上广泛分布的结构域被认为是蛋白质结构、功能以及进化的基本功能单元.然而,结合蛋白质的结构信息(例如蛋白质结构域数目、长度和覆盖率等)来研究这些表象后的内部机制仍然面临着挑战.将蛋白质分为单结构域蛋白质与多结构域蛋白质,并进一步结合蛋白质互作信息与结构域互作信息构建了人类蛋白质结构互作网络;通过与人类蛋白质互作网络进行比较,研究了人类蛋白质结构互作网络的特殊结构特征;对于单结构域蛋白质与多结构域蛋白质,分别进行了功能富集分析、功能离散度分析以及功能一致性分析等.结果发现,将结构域互作信息综合考虑进来后,人类蛋白质结构互作网络可以提供更多的单纯的蛋白质互作网络无法提供的细节信息,揭示蛋白质互作网络的复杂性.     

基于蛋白质互作网络挖掘自闭症谱系障碍的功能模块与核心基因

自闭症谱系障碍(autism spectrum disorder, ASD)是一种具有高遗传性、临床异质性和生物复杂性的神经行为障碍类疾病。为挖掘ASD发生发展过程中的功能模块与核心基因,本文从自闭症谱系障碍疾病数据库获取ASD相关基因;利用STRING数据库构建ASD相关基因的蛋白质互作网络;通过MCODE算法对蛋白质互作网络进行模块分析并筛选核心基因;最后对各功能模块进行KEGG通路分析,根据富集到的通路类别评估功能模块之间的相互作用。结果显示, 3个疾病基因数据库筛选出182个共有基因,构建的蛋白质互作网络包含171个节点和1 041条边,其中NRXN1、GRIN2B、GRIN2A、DLG4、NLGN3、MECP2、CNTNAP2、BDNF、NLGN4X、FMR1等23个基因具有较高的连通度(degree)。从蛋白质互作网络中分析得到5个功能模块,包括68个核心基因。KEGG富集分析发现功能模块参与多个生物学通路,包括细胞黏附分子、钙离子通路、神经活性的配体-受体相互作用、多巴胺能神经突触等。分析结果提示,挖掘的ASD功能模块和核心基因大多集中在神经元活动、信号分子和信号传导等,且各模块相互作用共同影响ASD的发生发展。     

基于全局角度网络策略的复杂疾病风险通路识别

复杂疾病的发生发展与机体内生物学通路的功能紊乱有密切联系,从高通量数据出发,利用计算机辅助方法来研究疾病与通路间的关系具有重要意义.本文提出了一个新的基于网络的全局性通路识别方法.该方法利用蛋白质互作信息和通路的基因集组成信息构建复杂的蛋白质-通路网.然后,基于表达谱数据,通过随机游走算法从全局层面优化疾病风险通路.最终,通过扰动方式识别统计学显著的风险通路.将该网络运用于结肠直肠癌风险通路识别,识别出15个与结肠直肠癌发生与发展过程显著相关的通路.通过与其他通路识别方法(超几何检验,SPIA)相比较,该方法能够更有效识别出疾病相关的风险通路.     

Allelic Combinations of Immune Response Genes and Risk of Development of Myocardial Infarction

Myocardial infarction (MI) is a multifactorial polygenic disease. It develops because of the complex interaction between many environmental and genetic factors. In this paper, we have studied associations of MI and allele combinations of 17 polymorphic markers of immune response genes in an ethnically homogeneous group of Tatars. The material for analysis was DNA samples of patients (286 men) with onset of MI at the age of 30 to 60 years and 301 essentially healthy men of the control group. Using the APSampler algorithm, we obtained allele combinations with the increased risk of MI in which allele variants CX3CR1*M (rs3732378), VCAM1*C (rs3917010), ICAM1*E (rs5498), LTA*A (rs909253), and TNFRSF1B*M (rs1061622) occurred the most often.     

基于扩展起始节点和加权融合策略预测肺癌风险致病基因

肺癌风险致病基因预测有助于了解疾病发病机制、提高临床治疗效果.目前,以重启游走为框架的风险致病基因预测算法,普遍存在起始节点少、节点转移概率相同、信息源单一的问题.为此,本文提出一种基于扩展起始节点和加权融合策略的风险致病基因预测算法(命名为AFMFSC),并在肺癌中验证算法有效性.首先,基于增广模糊测量思想,计算疾病表型近似基因间的增广功能相似得分,从中选出重要基因与致病基因作为扩展起始节点;其次,采用节点拓扑相似度转移矩阵及基因表达差异相关性转移矩阵,分别在蛋白质网络中重启随机游走,并将两种结果加权融合排序;最后,通过富集分析排名靠前基因,得到有显著意义的风险致病基因.AFMFSC算法预测的73个肺癌风险致病基因,均与肺癌发生、发展有密切联系,生物学意义显著.与其他排序算法相比,AFMFSC算法的Top 1%、Top 5%和AUC值比较大,平均排名和受拓扑特性偏差影响程度小;融合策略排名性能优于单一转移矩阵或普通邻接矩阵游走排名.AFMFSC算法不仅能准确有效地预测肺癌风险致病基因,而且可推广预测其他疾病风险致病基因,为探索癌症致病机理提供新视角及依据.     

转基因植物中标记基因的安全性新策略

转基因植物中的除草剂和抗生素抗性标记基因潜在的生态环境和食用安全性令人担忧。解决转基因植物中抗性标记基因安全性问题有两种途径：一是转化时仍使用抗性标记基因,转基因植物再生成功后,在释放大田前将标记基因剔除;二是发展安全性标记基因用于植物遗传转化。本文综述了三种标记基因剔除系统和几种安全性标记基因在植物转化中的应用进展。     

Variants of the Coagulation and Inflammation Genes Are Replicably Associated with Myocardial Infarction and Epistatically Interact in Russians

Background

In spite of progress in cardiovascular genetics, data on genetic background of myocardial infarction are still limited and contradictory. This applies as well to the genes involved in inflammation and coagulation processes, which play a crucial role in the disease etiopathogenesis.

Methods and Results

In this study we found genetic variants of TGFB1, FGB and CRP genes associated with myocardial infarction in discovery and replication groups of Russian descent from the Moscow region and the Republic of Bashkortostan (325/185 and 220/197 samples, correspondingly). We also found and replicated biallelic combinations of TGFB1 with FGB, TGFB1 with CRP and IFNG with PTGS1 genetic variants associated with myocardial infarction providing a detectable cumulative effect. We proposed an original two-component procedure for the analysis of nonlinear (epistatic) interactions between the genes in biallelic combinations and confirmed the epistasis hypothesis for the set of alleles of IFNG with PTGS. The procedure is applicable to any pair of logical variables, e.g. carriage of two sets of alleles. The composite model that included three single gene variants and the epistatic pair has AUC of 0.66 both in discovery and replication groups.

Conclusions

The genetic impact of TGFB1, FGB, CRP, IFNG, and PTGS and/or their biallelic combinations on myocardial infarction was found and replicated in Russians. Evidence of epistatic interactions between IFNG with PTGS genes was obtained both in discovery and replication groups.     

利用相似致病菌中保守的致病菌特有基因预测新的毒力相关基因

目的:在致病机制相似的致病菌中寻找保守的致病菌特有基因,预测新的毒力相关基因。方法:首先选取致病机制相似的致病菌EHEC与EPEC,利用本实验室构建的包含115 152条致病菌特有基因片段的数据库进行本地Blast,得到致病菌特有基因,对致病菌特有基因在相似致病菌中的保守性进行分析,得到新的可能的毒力相关基因。结果:在6株EHEC菌中找到95条保守的致病菌特有基因,其中大部分为已知的毒力相关基因,还有许多可能的毒力相关基因;在9株相似致病菌(EHEC、EPEC)中找到10条保守的致病菌特有的蛋白基因,其中9条为已知的致病相关基因,1条为可能的致病相关基因。结论:应用本方法可以发现新的毒力基因,为后续对致病菌致病机制的实验研究奠定了基础。     

New Insights into the Circadian Rhythm of Acute Myocardial Infarction in Subgroups

The aim of this study was to determine the existence of the circadian rhythm (CR) in the onset of acute myocardial infarction (AMI) in different patient subgroups. Information was collected about 41,244 infarctions from the database of the ARIAM (Analysis of Delay in AMI) Spanish multicenter study. CR in AMI were explored in subgroups of cases categorized by age, gender, previous ischemic heart disease (PIHD), outcome in coronary care unit, infarction electrocardiograph (ECG) characteristics (Q wave or non‐Q wave), and location of AMI. Cases were classified according to these variables in the different subgroups. To verify the presence of CR, a simple test of equality of time series based on the multiple‐sinusoid (24, 12, and 8 h periods) cosinor analysis was developed. For the groups as a whole, the time of pain onset as an indicator of the AMI occurrence showed a CR (p<0.0001), with a morning peak at 10:10 h. All the analyzed subgroups also showed CR. Comparison between subgroups showed significant differences in the PIHD (p<0.01) and infarction ECG characteristics (p<0.01) groups. The CR of the subgroup with Q‐wave infarction differed from that of non‐Q wave subgroup (p<0.01) when the patients had PIHD (23% in Q wave infarction vs. 39.2% in non‐Q wave). AMI onset followed a CR pattern, which is also observed in all analyzed subgroups. Differences in the CR according to the Q/non‐Q wave infarction characteristics could be determined by PIHD. The cosinor model fit with three components (24, 12, and 8 h periods) showed a higher sensitivity than the single 24 h period analysis.     

克隆差异表达基因的新策略

基因表达的变化有两种,即新出现的基因表达与表达量差异的基因表达.表达量差异的基因克隆技术主要有mRNA差异展示,此技术是目前筛选差异表达基因最有效的方法之一,但主要存在假阳性率高的不足,针对此缺点,近几年提出了新的策略与方法,如差异消减展示、基于PCR和减法杂交基础上的差异表达基因克隆技术,这些技术具有显著优势.     

基于同源基因的病原菌鉴定和分型靶位点的功能基因组学研究

利用病原菌序列差异,对病原菌特定基因和位点进行检测,可以快速发现和鉴别病原菌的分类和特征,对传染病快速诊断和溯源具有基础性意义和重要价值.本文旨在覆盖中国重要传染病的103种病原菌,寻找各分类阶元中特有的同源基因,并从中挑选出适合用于病原菌鉴定、分型的候选基因.利用生物信息学和基因组学方法,对已有全基因组序列的275株病原菌的836415个基因进行比对分析,进一步明确菌株的门、纲、目、科、属各分类阶元中特有的同源基因集合;通过COG功能分类方法,对同源基因集合进行功能注释,并分析在不同分类阶元内的保守基因功能的变化规律.本研究寻找到适合鉴定和分型的不同分类阶元（门、纲、目、科、属）的同源基因集合共19563个（门2891个、纲1016个、目3601个、科10130个、属1925个）.对同源基因功能的分析表明,适合对病原菌进行鉴定的基因在不同分类阶元中,表现的功能存在较大差异.革兰氏阳性和阴性病原菌在不同分类阶元中,同源基因表现出的功能也存在差异.该结果将为对在中国广泛存在的病原菌进行检测所涉及的探针、芯片设计提供理论依据,加快目标探针的筛选工作.同时,研究也是首次将世界范围内的全基因组数据和中国重大传染病涉及的病原菌紧密联系结合,为利用功能基因组学开展区域性、有针对性的病原检测和监测,提供候选基因和位点筛选的新方法.相关结果在细菌的元基因组学研究中也具有一定的应用价值.     

植物病原细菌的hrp基因

hrp基因存在于4类革兰氏阴性植物病原细菌中,决定病原细菌对寄主植物致病性和诱导非寄主及抗病植物过敏性反应。本文从hrp基因族,hrp基因avr基因的关系,hrp基因的编码产物harpin蛋白,hrp基因调控与功能以及hrp基因参与植物-细菌互作等几个方面,较为详细地阐述了当前植物病原细菌hrp基因的研究状况,并分析了hrp基因未来研究的趋势。     

A Panel of 4 microRNAs Facilitates the Prediction of Left Ventricular Contractility after Acute Myocardial Infarction

Background

Prediction of clinical outcome after acute myocardial infarction (AMI) is challenging and would benefit from new biomarkers. We investigated the prognostic value of 4 circulating microRNAs (miRNAs) after AMI.

Methods

We enrolled 150 patients after AMI. Blood samples were obtained at discharge for determination of N-terminal pro-brain natriuretic peptide (Nt-proBNP) and levels of miR-16, miR-27a, miR-101 and miR-150. Patients were assessed by echocardiography at 6 months follow-up and the wall motion index score (WMIS) was used as an indicator of left ventricular (LV) contractility. We assessed the added predictive value of miRNAs against a multi-parameter clinical model including Nt-proBNP.

Results

Patients with anterior AMI and elevated Nt-proBNP levels at discharge from the hospital were at high risk of subsequent impaired LV contractility (follow-up WMIS>1.2, n = 71). A combination of the 4 miRNAs (miR-16/27a/101/150) improved the prediction of LV contractility based on clinical variables (P = 0.005). Patients with low levels of miR-150 (odds ratio [95% confidence interval] 0.08 [0.01–0.48]) or miR-101 (0.19 [0.04–0.97]) and elevated levels of miR-16 (15.9 [2.63–95.91]) or miR-27a (4.18 [1.36–12.83]) were at high risk of impaired LV contractility. The 4 miRNA panel reclassified a significant proportion of patients with a net reclassification improvement of 66% (P = 0.00005) and an integrated discrimination improvement of 0.08 (P = 0.001).

Conclusion

Our results indicate that panels of miRNAs may aid in prognostication of outcome after AMI.