基于Petri网的基因调控网络建模与分析

如何有效描述与分析复杂的基因调控网络(GRN)是生物学家研究基因表达调控机制的关键步骤.现有大部分方法在建模过程中忽略了生物中广泛存在的协同作用,模型预测结果与实际生物行为之间存在误差.基于混合函数Petri网(HFPN)理论提出了一种对基因调控网络进行定量分析的新方法.首先简要介绍GRN与HFPN的基础理论,然后为HFPN引入两类新元素:逻辑库所与逻辑变迁,描述基因调控网络的逻辑规则以及转录因子间的协同作用,最后构建海胆endo16基因调控网络的Petri网模型,并预测模型在不同位点发生突变时的基因表达水平变化.分析结果与文献实验数据相一致,验证了方法的正确性.     

数据噪音构建基因布尔网络模型的方法

在分析基因数据时,往往有噪音出现,因此借用基因表达谱数据中的噪音来建立卡诺图,可以得到布尔网络逻辑函数。而且利用此方法确定蛋白质与蛋白质之间的逻辑关系,建立蛋白质的逻辑网络。通过该方法可以寻找直系同源簇蛋白质数据的逻辑关系。     

基因逻辑网络研究进展

海量生物数据的涌现,使得通过数据分析和理论方法探索生物机理成为理论生物学研究的重要途径．特别是对于基因的复杂的功能系统,建立基因网络这种理论方法的意义更为突出．Bowers在蛋白质相互作用的分析中引入了高阶逻辑关系,从而建立了系统发生谱数据的逻辑分析（LAPP）的系统方法．LAPP和通常建立模型的方法不同,它给出了一个从复杂网络的元素（或部件）的表达数据出发,通过逻辑分析,找到元素之间逻辑关联性的建模方法．这种方法能够从蛋白质表达谱数据出发,利用信息熵的算法发现两种蛋白质对一种蛋白质的联合作用,对于发现蛋白质之间新的作用机理有重要意义．由于涉及功能的基因组通常是一个大的群体构成的系统,因此LAPP方法也是一个生成复杂的基因逻辑网络的方法．基因逻辑网络的建立,方便实现通过逻辑调控进行基因调控的目的．这种方法可以应用在很多方面,如物种进化、肿瘤诊疗等等．系统阐述并分析了LAPP方法,并指出其在方法和应用方面的新进展以及评述．     

p53与Ras协同及其在肿瘤发生中的作用

肿瘤发生是抑癌基因失活和原癌基因激活共同作用的结果。p53基因被认为是目前最重要的抑癌基因, 50%以上的肿瘤中存在p53基因的点突变现象; 而Ras基因是肿瘤中突变率较高的原癌基因, 其突变率在某些肿瘤中高达30%~90%。研究发现, 肿瘤发生过程中抑癌基因p53与原癌基因Ras之间存在复杂的相互协同作用。根据目前的文献报道, p53与Ras之间的协同作用可以分为3种：第一, p53对Ras的调节作用; 第二, Ras对p53的调节作用; 第三, p53和Ras共同调控某些与肿瘤发生相关的关键基因。了解p53与Ras之间的3种调控作用将有助于我们进一步认识p53失活与Ras激活协同促进肿瘤发生的分子通路和机制, 同时也将为癌症的个性化治疗和药物靶点的选择提供重要依据。因此, 文章将对近年来所发现的p53与Ras的各种协同作用机制及其与肿瘤发生的关系进行概括和综述。     

乳腺癌转移相关基因表达调控网络的线性微分方程模型的初步研究

初步构建乳腺癌转移相关基因表达调控网络的线性微分方程模型,并分析模型的可靠性和生物学意义. 采用基因芯片技术,分别对30例伴有淋巴结转移的乳腺癌组织及其相应淋巴结转移癌组织进行基因表达谱的比较,选择差异基因通过线性微分数学方法构建表达调控网络模型. 差异表达基因共27个,其中Ratio > 3的明显上调基因14个,而Ratio < 0.33的明显下调基因13个. 比较伴有淋巴结转移的乳腺癌组织和其相应淋巴结转移癌组织,分析筛选了27个表达差异基因,应用数学线性微分方程方法初步构建乳腺癌转移相关基因表达调控网络的线性微分方程模型,通过分析模型中重要节点、通路的生物学意义,判定网络的数学特性,初步表明,调控网络的可靠性和乳腺癌转移的形成是与多基因、多通路异常引起的细胞恶性转化相关.     

时间延迟基因调控网络重构的决策树方法研究

基因调控网络的重构是功能基因组中最具挑战性的课题之一. 针对基因间转录调控的时间延迟性, 提出了一种寻找时间延迟调控关系的方法: 多点延迟调控网络算法, 简称TdGRN (time-delayed gene regulatory networking). 该方法根据时间序列基因表达谱数据, 构建时间延迟基因表达矩阵, 利用有监督决策树分类器方法和随机重排技术挖掘基因之间的时间延迟调控关系, 从而构建时间延迟的基因调控网络. 该方法是一种不依赖模型的基因网络重建方法, 相对于目前采用的基于模型的网络重建方法有显著优势, 可直接利用连续的基因表达谱数据发现延迟任一时间单位差的基因表达调控关系, 并避免了目前一些研究方法中需要人为设定基因的最大调控子数目(k)的问题. 将该方法应用于酿酒酵母细胞周期的基因表达谱数据, 并构建时间延迟的基因调控网络, 结果发现多数时间延迟调控关系获得了已有知识的支持.     

分子系统生物学与细胞发生动力学

系统生物学采用系统理论和实验生物技术、计算机数学模型等方法整合研究动态生物系统网络.生物系统的结构理论和生物系统技术,研究基因组——生物体复杂系统与细胞分子网络系统的动态结构发生与进化,分析基因组的逻辑程序和人工设计原理.细胞信号传导、基因调控网络、代谢反应链和基因反馈调控的自组织化人工设计和基因、基因链、基因组人工合成等系统生物工程开发,可用于复杂疾病机理分析、药物分子筛选和转基因表达系统的生物反应器、纳米生物计算机等.     

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。     

结合亲和质谱与生物信息学分析构建TP53BP1的蛋白相互作用网络

蛋白质与蛋白质相互作用(PPIs)是两个或更多蛋白质分子之间通过静电作用、范德华力等建立的高度特异性的物理接触.细胞内的各种蛋白分子通过PPIs进行彼此之间的功能调节、信号通路的交互作用等,从而实现各种生物进程,而异常的PPIs也将导致疾病的发生、发展,其中就包括肿瘤.因此围绕某些和疾病密切相关的关键蛋白构建其相互作用生物网络(interactome)将有助于更好地分析该关键蛋白在疾病中的作用和可能的分子机制.本研究针对抑癌基因p53结合蛋白1(TP53BP1),利用亲和质谱分析鉴定了15个潜在的TP53BP1相互作用蛋白.同时,结合PPI数据库检索构建了与TP53BP1相互作用的蛋白质网络,并对该网络中的蛋白进行了功能富集分析、通路分析,结果显示,TP53BP1相互作用蛋白主要富集在细胞周期、同源重组、错配修复等重要通路,该研究为深入解析TP53BP1的生物学功能及其在肿瘤中的作用奠定了基础.     

结肠癌中NGX6抑制EGFR/K-ras/JNK/c-Jun/cyclin D1信号通路的研究

候选抑瘤基因NGX6具有抑制结肠癌增殖和转移的作用,研究表明其为表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR)的负性调控因子,并可下调JNK通路中重要分子MADD (MAP-kinase activating death domain)的表达,其抑瘤机制是否与抑制EGFR介导的JNK信号通路的活性有关?在已建立的转染NGX6的细胞模型基础上,借助蛋白质印迹(Western blot)和免疫组化方法在细胞和组织水平检测NGX6转染前后EGFR/K-ras/JNK/c-Jun/cyclin D1信号通路中重要蛋白质的表达.结果表明,NGX6转染后结肠癌细胞HT-29在裸鼠体内成瘤明显受抑,差异有统计学意义.Western blot结果显示,在结肠癌细胞中NGX6可明显下调EGFR、K-ras、p-JNK、c-Jun和cyclin D1的表达;进一步采用Western blot和免疫组化法验证NGX6在体内对上述关键分子表达的影响,发现NGX6可抑制裸鼠移植瘤组织中EGFR、K-ras、p-JNK、c-Jun和cyclin D1的表达,与体外结果一致.上述研究表明,NGX6在结肠癌中主要通过抑制EGFR介导的JNK通路的活性而发挥其抑瘤作用,该研究为深入探讨NGX6的机制提供了重要的实验依据.     

Recent advances in the study of Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus replication and pathogenesis

It has now been over twenty years since a novel herpesviral genome was identified in Kaposi's sarcoma biopsies. Since then, the cumulative research effort by molecular biologists, virologists, clinicians, and epidemiologists alike has led to the extensive characterization of this tumor virus, Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus(KSHV; also known as human herpesvirus 8(HHV-8)), and its associated diseases. Here we review the current knowledge of KSHV biology and pathogenesis, with a particular emphasis on new and exciting advances in the field of epigenetics. We also discuss the development and practicality of various cell culture and animal model systems to study KSHV replication and pathogenesis.     

The structure, reproduction and taxonomy of Vidalia and Osmundaria (Rhodophyta, Rhodomelaceae)

Comprises species occurring mostly in subtidal habitats in tropical, subtropical and warm-temperate areas of the world. An analysis of the type species, V. spiralis (Sonder) Lamouroux ex J. Agardh, a species from Australia, establishes basic characters for distinguishing species in the genus. These characters are (1) branching patterns of thalli, (2) flat blades that may be spiralled on their axis, (3) width of the blade, (4) primary or secondary derivation of sterile and fertile branchlets and (5) position of sterile and fertile branchlets on the thalli. Application of the latter two characters provides an important basic method for separation of species into three major groups. Osmundaria , a genus known only in southern Australia, was studied in relation to Vidalia , and its separation from the Vidalia assemblage is not accepted. Species of Vidalia therefore are transferred to the older genus name, Osmundaria. Two new species, Osmundaria papenfussii and Osmundaria oliveae are described from Natal. Confusion in the usage of the epithet, Vidalia fimbriala Brown ex Turner has been clarified, and Vidalia gregaria Falkenberg, described as an epiphyte on Osmundaria pro/ifera Lamouroux, is revealed to be young branches of the host, Osmundaria prolifera.     

New or rare chromosome counts in Artemisia L. (Asteraceae, Anthemideae) and related genera from Kazakhstan

Fifteen chromosome counts of six Artemisia taxa and one species of each of the genera Brachanthemum, Hippolytia, Kaschgaria, Lepidolopsis and Turaniphytum are reported from Kazakhstan. Three of them are new reports, two are not consistent with previous counts and the remainder are confirmations of very scarce (one to four) earlier records. All the populations studied have the same basic chromosome number, x = 9, with ploidy levels ranging from 2x to 6x. Some correlations between ploidy level, morphological characters and distribution are noted.     

肝癌中HBV和HCV基因和抗原的分布及意义

采用原位分子杂交方法检测HCV RNA及HBV X基因;采用免疫组织化学方法研究HCV核心抗原,非结构区C33c抗原及HBxAg在肝细胞肝癌中的定位及分布.结果表明(1)HCV RNA、HBV X基因在肝细胞肝癌组织检出率分别为40%(55/136)和82%(112/136).HCV RNA定位于癌细胞的胞浆内,阳性细胞呈散在、灶状及弥漫分布三种形式;HBV X基因在肝癌细胞中的分布呈胞浆型、核型及核浆型,阳性细胞也呈上述三种分布形式;(2)HCV C33c抗原、核心抗原在肝细胞肝癌中的阳性率为81%(133/164)及86%(141/164).C33c抗原定位于癌细胞及肝细胞的胞浆内;核心抗原既定位于癌细胞核中,又可定位于胞浆中.C33c抗原阳性细胞以灶状分布为主;而核心抗原阳性细     

Selection with two alleles and complete dominance

For a plant selection model with frequency-independent viabilities, fertilities and selfing rates, it is shown that apart from global fixation, for certain parameter combinations a protected polymorphism and facultative fixation (either allele may become fixed according to initial frequencies) may both occur. Facultative fixation requires different selling rates for the dominant and recessive type. Protection of the polymorphism requires resource allocation for male and female function. In this connection the problem of purely genetically caused population extinction is discussed.
For general frequency dependence and regular segregation, the chances for establishment of a completely recessive gene are compared to those of a completely dominant gene. It is proven that the process of establishment of the recessive gene, despite a fitness advantage, may be considerably endangered by drift effects if random mating prevails. The recessive gene may reach the same effectivity in establishment as a dominant gene, only if the recessive homozygote mates exclusively with its own type during the period of establishment.