人胚胎干细胞定向中胚层细胞分化的miRNA-mRNA网络调控

胚胎来源的中胚层细胞可以分化为心血管、血液和肌肉组织等多种类型细胞,而应用人胚胎干细胞分化为中胚层细胞的体外模型可为研究中胚层及其衍生的细胞谱系的分子调控机制提供重要手段。miRNA调控基因的表达通过多条信号通路参与中胚层细胞分化,但其调控机制虽有相关研究却并未完全阐明,特别是从整体水平上探索基因与非编码RNA表达变化及其相互作用的网络调控。该研究根据生物信息学分析,构建通过调节多条信号通路参与人胚胎干细胞向中胚层分化的潜在miRNA-mRNA调控网络,以便更全面地阐明人胚胎干细胞的分化机制。通过基因芯片和二代测序(RNAseq)技术检测筛选人胚胎干细胞诱导分化为中胚层细胞过程差异表达的miRNA和基因,并应用生物信息学分析预测差异表达miRNA的靶基因,将靶基因与差异表达基因取交集获得目标基因。同时,对差异表达基因和目标基因进行GSEA富集、GO注释及KEGG富集分析。最后,构建miRNA-mRNA的调控网络和筛选出关键基因并检测关键基因的表达。该研究共筛选出287个差异表达的miRNA和739个差异表达基因,预测差异表达miRNA的靶基因为13 064个,13 064个靶基因与739个差异表达基因取交集共获得目标基因401个。GSEA和KEGG富集分析发现,多条参与中胚层分化的信号通路,主要涉及Wnt/β-catenin、TGF-β和Hippo三条重要的信号通路。通过构建miRNA-mRNA调控网络,结果显示100个miRNA靶向Wnt/β-catenin通路中的11个基因,59个miRNA靶向TGF-β通路中的7个基因,有106个miRNA靶向Hippo通路中的10个基因。通过RT-qPCR验证三条通路中关键基因的表达。因此,该研究揭示了在中胚层分化过程中,Wnt/β-catenin、TGF-β和Hippo信号通路起了重要的调控作用,可能通过与各种miRNA-mRNA相互作用形成复杂的网络调控系统,精确调控人胚胎干细胞定向分化为中胚层细胞。     

抗菌肽LL-37抑制肝癌细胞恶性增殖的转录组分析

抗菌肽LL-37与肿瘤的发生发展密切相关,课题组前期研究发现LL-37能够抑制肝癌细胞恶性增殖。为了给其抑制肝癌发生发展的分子机制研究提供更多的生物学依据,本研究通过高通量RNA测序技术以及生物信息学方法对LL-37作用前后肝癌细胞中的差异表达基因(differentially expressed gene, DEG)进行了分析,共筛选出753个DEG,其中上调的DEG 374个,下调的DEG 379个;进一步对筛选出的DEG进行基因本体论(Gene Ontology, GO)及京都基因和基因组数据库(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG)通路富集分析,并构建DEG编码蛋白互作网络,筛选出10个可能参与LL-37抑制肝癌细胞恶性增殖的潜在关键基因。经分析这些基因均表达下调,且对机体炎症的激活、转运以及肿瘤细胞的增殖、迁移至关重要。以上结果为揭示LL-37在肝癌发生发展中的作用及机制提供了数据基础,为探索肝癌诊断和治疗手段提供了新的思路。     

芯片分析自发恶性转化的大鼠骨髓间充质干细胞的基因表达谱

为解析骨髓间充质干细胞(MSCs)自发恶性转化的遗传学基础, 探讨其临床可用性和安全性。采用密度梯度离心法和贴壁筛选法分离大鼠MSCs, 流式细胞仪分析细胞同源性, 体外培养6个月后获得自发恶性转化的MSCs。应用基因芯片分析自发恶性转化的MSCs中差异表达的基因,进一步采用实时定量RT-PCR验证芯片分析结果。MSCs发生自发恶性转化后, 有44条差异表达基因, 其中21条基因表达上调, 23条基因表达下调。经实时定量RT-PCR检测差异表达基因结果与芯片分析结果一致。Wnt、SHH、Notch、TGFb/BMPs等信号转导通路上的若干基因在MSCs自发恶性转化中起到重要作用。     

间充质干细胞成骨分化与成脂分化关键基因的生物信息学分析

为探讨间充质干细胞发生成骨分化和成脂分化的潜在关联,本研究首先基于文献挖掘统计间充质干细胞成骨分化和成脂分化相关的差异表达基因,利用DAVID在线软件对差异表达基因进行功能注释和通路富集分析,得到成骨分化GO分类281种,KEGG通路13条(P＜0.01);成脂分化GO分类317种,KEGG通路47条(P＜0.01)....     

结直肠癌组织特异性治疗靶点的生物信息学筛选

目的 预测与筛选结直肠癌组织特异性基因,作为靶向治疗的候选靶点.方法 利用自主开发的Python语言程序分析人类正常组织与结直肠癌组织mRNA表达的组织特异性,结合人类胚胎干细胞富集基因集以及文献挖掘结果,筛选可能的与结直肠癌发生或发展相关的基因作为候选靶点,并对其进行通路分析及基因富集分析.结果 获得了结直肠癌组织特异的且与肿瘤生物学通路密切相关的4个基因,作为进一步研究的候选靶点.结论 应用生物信息学方法从芯片数据进行挖掘,可以为结直肠癌的靶向治疗提供候选靶点,并为后续的药物设计奠定基础.     

龋病感染牙髓相关基因的筛选与生物信息学分析

目的:综合应用生物信息学技术,从分子水平对龋坏牙髓与正常牙髓的差异基因进行筛选分析,初步探讨其作用机制。方法:从GEO基因表达数据库中下载龋坏牙髓相关芯片数据集,采用MORPHEUS在线筛选差异表达基因,结合DAIVID、STRING等在线分析工具对差异表达基因进行GO功能富集分析及KEGG通路分析,后用Cytoscape软件构建蛋白质相互作用网络。结果:共筛选出375个差异表达基因,其中表达上调253个、下调122个,主要涉及免疫应答、炎症反应、细胞因子应答和生物矿化组织发育等生物过程,以及抗原加工提呈和NF-κB信号等生物通路。通过蛋白质互作网络构建分析发现,MMP9、IL-8、PTPRC、CXCR4等10个基因处于核心节点位置。结论:借助生物信息学方法能得到可靠的相关差异基因信息,能够有效指导进一步的研究。得到的差异基因可以作为龋病诊断的指示因子和机制研究的候选基因。     

肾透明细胞癌Caki-1细胞系差异表达基因的生物信息学分析

目的比较肾透明细胞癌Caki-1细胞系与正常肾上皮细胞系ASE-5063中的差异表达基因（DEGs）,寻找潜在的肾透明细胞癌特异性分子标志物。 方法利用GEO数据库自带的GEO2R在线分析工具分析基因芯片GSE78179,将筛选出的DEGs分别导入Metascape、STRING以及Cytoscape进行综合分析并筛选出核心基因。最后使用FunRich等软件对筛选出的核心基因进行GO和KEGG富集分析。 结果共筛选出562个DEGs,其中上调基因345个,下调基因217个。进一步使用MCODE筛选出36个关键基因,GO功能分析发现这些基因与细胞粘附分子活性、趋化因子活性、细胞通讯和信号转导等密切相关;KEGG通路富集结果则表明差异基因主要集中在趋化因子信号通路、TNF信号通路以及NF-κB信号通路等多种与肿瘤相关的通路上。 结论运用生物信息学方法筛选出肾透明细胞癌Caki-1细胞系中DEGs,其中数个核心基因广泛参与多种肿瘤的病理进程,但尚未在肾透明细胞癌有相关研究报道,提示其可能是治疗肾透明细胞癌的潜在靶点。     

人脐带间充质干细胞神经向分化与去分化基因表达谱分析

目的用生物信息学方法从公共基因芯片数据库(GEO)中初步筛选出与人脐带间充质干细胞(h UC-MSCs)神经向分化和去分化相关的生物学功能和对应的信号通路,分析蛋白互作关系,为进一步开展h UC-MSCs神经向分化和去分化的实验研究提供指导信息。方法在公共基因芯片数据库GEO中搜寻h UC-MSCs神经向分化与去分化的基因芯片数据,用R和Bioconductor软件包进行统计学分析,筛选差异基因;用Gene Analytics在线分析工具进行GO分析和通路分析;用STRING数据库进行差异表达基因对应的蛋白互作关系分析。结果共筛选得到影响神经向分化和去分化过程的670个上调基因和1 458个下调基因;进一步对这些差异基因进行功能富集分析,发现上调过程的功能集中表现为促血管生成和细胞黏附,下调的生物学过程则主要和代谢相关;上调通路主要有与细胞增殖、分化、凋亡有关的ERK、血管生成和Akt等通路,下调通路主要有与细胞代谢和生物合成相关的萜类化合物骨架生物合成、Cholesterot Biosynthesis II和磷酸肌醇代谢等通路,其中特别的是,维持胚胎干细胞多能性的Nanog通路出现在下调通路中;蛋白互作网络分析发现,与血管生成、细胞黏附相关的蛋白VEGFA、IL-6、FGF2、MMP和IL-8有较高的degree值。结论影响h UC-MSCs神经向分化和去分化的因素很多,其中,促进血管生成、细胞黏附及细胞繁殖相关的基因、生物反应过程、信号通路及相关蛋白起着重要作用。上述基于生物信息学的筛查分析结果为进一步开展h UC-MSCs神经向分化与去分化实验研究提供了一定的参考信息。     

强直性脊柱炎差异表达基因的生物信息学分析

目的探讨强直性脊柱炎(AS)患者差异表达基因,并基于差异基因探讨强直性脊柱炎发病相关的可能生物学过程和信号通路。方法检索基因表达谱数据库(GEO)并筛选AS相关基因表达谱数据集。应用GEO在线分析功能GEO2R分析AS组和正常对照组的差异表达基因,用Cytoscape软件clueGO插件进行基因本体论和京都基因与基因组百科全书分析,采用String蛋白-蛋白相互作用(PPI)数据库分析差异表达基因编码蛋白间的相互作用;应用Cytoscape绘制蛋白相互作用网络图,并软件筛选信号通路关键基因分析。结果选取AS患者全血表达数据集GSE25101为研究对象,分析获得差异表达基因72个。72个差异表达基因分子功能主要为参与高迁移率族盒染色体蛋白1(HMGB1)转导机制;生物学过程主要富集于巨噬细胞迁移、骨髓细胞凋亡过程、线粒体呼吸链复合体装配、ATP合成偶联电子传输、线粒体ATP合成耦合电子输运等;细胞成分主要富集于呼吸链复合体、线粒体呼吸体等。信号通路富集于氧化磷酸化信号通路和帕金森综合征相关信号通路。PPI网络经过cytohubba插件筛选,ATP5J、NDUFS4、UQCRB、UQCRH、NDUFB3、COX7B、LSM3、ATP5EP2、ENY2、PSMA4被筛选为网络中的核心基因。结论通过生物信息学方法进行预测了AS的潜在机制,并筛选出10个潜在的与AS相关的重要分子,其中氧化磷酸化可能在AS发病机制中发挥了重要的作用。     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism