基因表达谱中信号通路基因集分析方法进展

微阵列技术是生物技术变革的核心,允许研究者同时监测成千上万个基的表达水平,已广泛应用医学研究.如何挖掘海量基表达信息中的有用信息并进行生物学专业解释,是基表达谱数据分析领所面临的一个重要挑战.生物信号通路研究已成为基芯片中不同表型差异表达研究的主要方法,其是以整个信号通路作为一个整体作为研究对象,此得出的研究结果更加科学和准确.在本文中我们简要描述了近10年来信号通路基集富集分析方法的发展情况,将其分为三个阶段,对每个阶段方法的基础和特点做了一些简单的总结和阐述.     

基因表达谱富集分析方法研究进展

微阵列技术是生物技术变革的核心,允许研究者同时监测成千上万个基因的表达水平,已广泛应用于医学研究。如何挖掘海量基因表达信息中的有用信息并进行生物学专业解释,是基因表达谱数据分析领域所面临的一个重要挑战。不同的研究者提出了各种基于基因集进行富集分析的方法,在此将这些方法大致分为两大类,即bottom-up方法和top-down方法。前者先进行单基因分析,然后根据生物学领域知识注释基因集并进行分析。该方法应用广泛,且结果比单基因分析容易解释。后者先根据生物学领域知识将各基因进行归类,然后进行基因差异表达模式分析。该方法不仅能提高结论的可解释性,而且能达到降维的目的。     

基于磁珠吸附的污水病毒高通量富集方法研究

基于环境污水的传染病病原监测是基于病例的传染病监测体系的重要补充。当前常规的污水病毒富集方法存在人力耗费大、周期长、精密度低等缺陷,导致污水病原监测难以大规模开展。本研究系统地探究了磁珠吸附法（磁珠法）对污水中的传染病相关病毒（包括新冠状病毒（SARS-CoV-2）、诺如病毒（Norovirus, NoV））富集的回收率和精密度,探讨了不同样本存储条件对磁珠法富集病毒效果的影响,采取磁珠法和现行标准的聚乙二醇（PEG）沉淀法富集含不同SARS-CoV-2拷贝数加标污水中的病毒,并检测SARS-CoV-2的核酸浓度,通过计算病毒载量来比较两种方法的检出限、病毒回收率和重复富集的精密度;利用2023年5月-6月广东省五个地市采集的28份污水样本,比较两种方法对新鲜水样本中SARS-CoV-2、NoV的富集效果,并探索了污水经冻融以及4度保存24 h后,磁珠法富集SARS-CoV-2和NoV效果的差异。结果表明在加标水重复试验中,磁珠法的检出限在100拷贝/mL,而经PEG沉淀法富集的100拷贝/mL加标水中仅有一份检出阳性,磁珠法病毒回收率在1000拷贝/mL加标水中的变异系数是0.14,...     

肿瘤相关生物学通路的发现和建模

肿瘤是一种严重影响人类健康和生命的复杂疾病。某些生物学通路在肿瘤的发生、发展和转移的过程中发挥了关键作用,如何发现和研究肿瘤相关通路是人们面临的一大挑战。随着以基因芯片数据为代表的海量实验数据的产出,很多研究小组提出了一系列算法和模型通过整合和分析实验数据,鉴定和模拟肿瘤相关的生物学通路,发现了很多重要的生物学结论。文章对这些研究工作进行了综述,给出了一些常用的算法、软件和数据库资源,并讨论了该领域存在的问题和以后的发展方向。     

基于复杂度的心率变异性分析研究进展

心率变异性（HRV）是当前心电图分析的一个前沿热点,它反映了交感神经和副交感神经对心血管系统的综合调节作用,是评价心血管系统功能的重要指标。随着非线性动力学和复杂性科学的发展,HRV信号被普遍认为是混沌或含有混沌成分的信号。复杂度是用来表征一个心率非线性动力学系统复杂程度的量度,以其简单快速的优点引起了众多研究者的兴趣,并广泛应用于心率变异性分析。本文综述了国内外复杂度算法的研究进展及基于复杂度的心率变异性分析的临床应用及前景。     

基于蛋白质互作知识的生物学通路扩充新方法

生物学通路被广泛应用于基因功能学研究, 但现有的生物学通路知识并不完善, 仍需进一步扩充。生物信息学预测为通路扩充提供了一种有效且经济的途径。文章提出了一种融合蛋白质-蛋白质互作知识以及Gene Ontology(GO)数据库信息进行基因通路预测的新方法。首先选取目标基因在蛋白质-蛋白质互作层面上的邻居所在的Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)通路为候选通路, 然后通过检验候选通路中的基因是否在与目标基因关联的GO节点富集来判断目标基因的通路归属。分别利用Human Protein Reference Database (HPRD)和Biological General Repository for Interaction Datasets(BioGRID)数据库中的蛋白质-蛋白质互作信息进行预测。结果表明, 在两套数据中, 随着互作邻居个数的增加, 预测的平均准确率(在所有目标基因注释的通路中被成功预测的比例)及相对准确率(在至少有一个注释通路被成功预测的基因集中, 所有注释通路均被预测正确的基因所占的比例)均呈现上升趋势。当互作邻居个数达到22时, 预测的平均准确率分别达到96.2%(HPRD)和96.3%(BioGRID), 而相对准确率分别为93.3%(HPRD)和84.1%(BioGRID)。进一步利用新版数据库对旧版数据库中被更新的89个基因进行验证, 至少有一个更新通路被预测正确的基因有50个, 其中43个基因的更新通路被完全正确预测, 相对准确率为86.0%。这些结果显示该方法是一种可靠且有效的通路扩充方法。     

家族性肾阳虚的基因功能富集分析

在临床调查中筛选出一个典型肾阳虚证家系,选取典型肾阳虚证患者3例及家系内正常人3例进行表达谱芯片试验．芯片分析结果显示,肾阳虚证者表达上调基因106条,下调基因16条．通过基因功能分类及深入的基因功能富集分析发现,肾阳虚证与GnRH信号通路及氧化磷酸化密切相关（P≤005）,从而为肾阳虚证本质的研究提供了新的思路,但具体的机制有待深入研究．     

调控通路内基因表达的相关性分析

本研究从基因表达调控通路的角度分析了基因功能与基因表达之间的关系,利用7套酿酒酵母基因芯片表达谱数据和通路数据库（KEGG和CYGD）所提供的信息,应用我们研制的Genehub软件分析研究了同一基因表达调控通路内的基因在mRNA表达水平上的相关性,共涉及16条通路,495个基因。通过Pearson相关系数和Spearman相关系数两种相似性测度的分析,我们发现有94%（15条）的基因表达调控通路内的基因在大于等于4套的表达谱数据中是共表达的,以上结果从基因表达调控通路的角度,证实了基因功能与基因表达之间存在着一定的相关性。     

超支化聚合物新材料富集糖肽方法的研究

目的：将自合成的超支化聚合物固定到氨基硅球上形成一种新型的糖肽富集材料,用于糖肽的高效分离与富集。方法：阴离子开环聚合法合成的超支化聚缩水甘油,经高碘酸氧化成为超支化聚甘油醛（hyperbranched polyglycerol-aldehydes,HPG-ALD）后固定于氨基硅球上,再用己二酸二酰肼修饰得到的酰肼材料应用于糖肽富集。结果：经扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM）、热重分析（thermogravimetric analysis,TGA）等手段证明材料被成功合成。同时,使用制备成功的新材料来富集标准糖蛋白和糖肽都获得了良好的富集效果。结论：实验证明超支化缩水甘油酰肼材料（hyperpolymer-assisted hydrazide functionalized microspheres,HHMs）可用于低丰度糖蛋白/糖肽的富集。     

Genetic Variants Contribute to Gene Expression Variability in Humans

Expression quantitative trait loci (eQTL) studies have established convincing relationships between genetic variants and gene expression. Most of these studies focused on the mean of gene expression level, but not the variance of gene expression level (i.e., gene expression variability). In the present study, we systematically explore genome-wide association between genetic variants and gene expression variability in humans. We adapt the double generalized linear model (dglm) to simultaneously fit the means and the variances of gene expression among the three possible genotypes of a biallelic SNP. The genomic loci showing significant association between the variances of gene expression and the genotypes are termed expression variability QTL (evQTL). Using a data set of gene expression in lymphoblastoid cell lines (LCLs) derived from 210 HapMap individuals, we identify cis-acting evQTL involving 218 distinct genes, among which 8 genes, ADCY1, CTNNA2, DAAM2, FERMT2, IL6, PLOD2, SNX7, and TNFRSF11B, are cross-validated using an extra expression data set of the same LCLs. We also identify ∼300 trans-acting evQTL between >13,000 common SNPs and 500 randomly selected representative genes. We employ two distinct scenarios, emphasizing single-SNP and multiple-SNP effects on expression variability, to explain the formation of evQTL. We argue that detecting evQTL may represent a novel method for effectively screening for genetic interactions, especially when the multiple-SNP influence on expression variability is implied. The implication of our results for revealing genetic mechanisms of gene expression variability is discussed.     

末端氧化途径对小麦芽中的BADH基因表达的调节

KCN(2mol/L),antimycinA(2.7μmol/L),NaN3(6mmol/L)和SHAM(salicylhydroxamicacid,5mmol/L)分别降低小麦芽中的BADH基因表达约40%,41%,46%和22.0%,而ATP,ADP分别增加BADH基因表达约33%和34%,DNP(2,4-dinitrophenol,1mmol/L)降低BADH基因表达约30%。这些结果表明,正常运转的末端氧化途径所形成的高能化合物对BADH基因表达是重要和必需的,细胞色素途径比交替途径对BADH基因表达有更大的影响。这是首次对“多条路线”假说关于呼吸代谢调节植物基因表达的观点提供直接的证据。     

多效生长因子通过JNK信号通路负调控Schlafen2基因表达

实验室前期研究发现,多效生长因子（pleiotrophin,PTN）基因稳定沉默的小鼠胚胎成纤维细胞中Schlafen2 (Slfn2)基因高表达.为了探讨Ptn沉默诱导Slfn2基因表达可能涉及的信号通路,应用Western印迹检测外源性PTN因子（终浓度50 ng/μl）对Ptn沉默细胞JNK磷酸化水平的影响;应用Northern 印迹分别检测JNK和p38通路特异性抑制剂对Ptn沉默细胞Slfn2基因转录水平的影响.结果发现,Ptn沉默细胞内JNK磷酸化水平高于对照细胞,外源性PTN处理后沉默细胞内JNK磷酸化水平下调;阻断JNK通路呈时间依赖性抑制Ptn沉默细胞中Slfn2基因转录,阻断p38通路对Ptn沉默细胞中Slfn2转录水平没有明显影响结果提示,Ptn可能通过抑制其下游JNK/MAPK通路来负调控Slfn2的表达.     

杜仲MVA和MEP途径相关基因的亚细胞定位与表达分析

通过对杜仲基因组分析,筛选并克隆出MVA途径和MEP途径的相关基因全长（EuDXR,EuMCT,EuCMK,EuMDS,EuACOT,EuHMGS和EuHMGR）,并通过生物信息学方法分析其结构特征,结果表明上述基因与其他已知物种相应基因的相似度达73%~85%。通过构建亚细胞定位表达载体,并瞬时转化烟草下表皮细胞后激光共聚焦显微镜下观察显示,EuDXR,EuMCT,EuCMK,EuMDS基因编码蛋白定位于叶绿体,EuACOT和EuHMGR基因编码蛋白定位于内质网,EuHMGS基因编码蛋白定位于细胞质膜。利用转录组测序技术分析上述基因的时空表达特性表明,MEP途径相关基因在杜仲叶片中大量表达,而MVA途径相关基因在杜仲幼果中大量表达,且杜仲幼果比叶片中的橡胶含量高,因此,推断MVA途径在杜仲橡胶合成中占主导作用。     

Wnt通路中的部分基因在绒山羊胚胎皮肤毛囊中的表达分析

已知绒山羊毛囊的发育受Wnt等信号通路控制,但Wnt通路相关基因在绒山羊胚胎毛囊启动和生长发育过程中的表达及作用机制尚不清楚。本文采用RNA-Seq技术对45 d,55 d和65 d的绒山羊胚胎体侧皮肤进行了转录组测序,鉴定Wnt通路相关基因的表达。 RNA- Seq技术结合blast搜索,将转录组有效测序数据与云南黑山羊参考基因组序列(http://goat. kiz.ac. cn/GGD/download.htm)比对,获得了已知的Wnt通路（pathway hsa04310）中的123个相关基因（86.0%）。进而采用实时荧光定量PCR技术检测,验证了差异表达的Sfrp4、Wnt3、Wnt10a（上调）和Apc2（下调）基因在绒山羊胚胎不同时期皮肤中的表达量,初步探索了绒山羊毛囊在胚胎期启动、发育过程中,Wnt通路部分基因的表达模式,为进一步研究Wnt通路部分基因在绒山羊胚胎毛囊启动、发育过程中的作用机制提供了有意义的线索。