基因疾病的分子生物学

<正>化学工业出版社出版本书围绕基因的结构与功能、基因的维护、基因与环境之间的互作、基因疾病、基因治疗等众多现代生命科学重要命题进行了系统、紧扣前沿的论述。依据各篇章的内容和特点,把全书定为三篇。第一篇主要从基因的结构和功能实体两个方面对"基因"概念加以梳理和完善。第二篇主要围绕"基因"的动态属性,包括基因在活体内的代谢、DNA损伤和修复的分子机制展开了论述,同时还对迄今发现的与基因稳定性维护有关的基因重组和重排的分子机制,基因环境互     

主编导读

<正>本期主编导读主题：重要农艺性状功能基因及植物-微生物互作机制、病毒检测及疫苗研究、微生物与环境、多方位及混合式教学模式。重要农艺性状功能基因及植物-微生物互作机制阐明作物重要农艺性状分子控制的机理,以及植物-微生物(包括有益微生物和病原微生物)互作机制,能够为分子改良和设计重要农艺性状奠定理论基础,进而推动我国育种科学的可持续发展。     

Hsa-miR-210-5p靶基因预测及其相关信号通路的生物信息学分析

为深入研究miR-210-5p的调控机制及生物学功能提供理论机制,应用生物信息学方法分析miR-210-5p序列,预测其靶基因,用Veney2.1.0绘制韦恩图得到靶基因集合,并对其靶基因集合进行蛋白质互作分析,GO功能注释分析和KEGG Pathway分析。结果发现,已知的成熟miR-210-5p序列在各物种间高度保守。蛋白质互作分析显示,miR-210-5p预测靶基因所编码蛋白质间相互作用关系较复杂,尤其是靶基因CDK8、MED18、MED13等编码的蛋白质,在互作中起关键作用。GO分析发现其靶基因集合可能参与细胞组分、分子功能、生物调节等生物学过程;KEGG pathway分析发现其靶基因集合主要富集在MAPK、VEGF、癌症、甲状腺激素信号通路等信号通路。miR-210-5p调控靶基因参与多种重要的生物学过程,为后续研究提供了线索。     

基于转录组数据的网络分析挖掘鼻咽癌与口腔鳞癌的共享功能模块

鼻咽癌和口腔鳞癌是两种在临床上高度相关的疾病,从分子层面系统性研究这两种疾病的相互关系却鲜见报道。本研究通过大规模的转录组数据分析识别鼻咽癌和口腔鳞癌的共享功能模块及其核心基因(一因多效模块和基因),以期阐明这两种疾病共享的分子机制。从GEO数据库获取这两种癌症的两套转录组数据,应用倍数法和经验贝叶斯方法筛选出鼻咽癌差异表达基因1279个,口腔鳞癌差异表达基因1293个,其中两者共享基因278个。以共享基因为种子,通过蛋白质-蛋白质互作知识引导构建基因网络,其中最大子网包含1290个基因和1766互作对。应用Newman算法提取了15个共享功能模块。对这些模块进行拓扑学分析,挖掘出58个核心基因,包括已知的与鼻咽癌或口腔鳞癌相关的基因(如PCNA、CDK1、STAT1、CCL5和MMP1等)和鲜有报道的基因(如MELK、NME1、RACGAP1、INHBA和NID1等)。通路富集分析发现鼻咽癌和口腔鳞癌的共享功能模块参与多个生物学通路,包括p53信号通路、ECM受体相互作用、黏着斑、细胞周期等。本研究表明鼻咽癌和口腔鳞癌具有相似的致癌机制,所挖掘的共享模块可能是这两种疾病演化的核心分子相互作用机制。     

基于整合方法分析茶树响应病原真菌胁迫的共有模式

为探讨茶树(Camellia sinensis)对病菌胁迫的共有响应模式和抗病机制,运用生物信息学方法对多组RNA-seq数据进行提取、整合及功能富集,结合多种工具和数据库资源对主要调控分子及蛋白互作模块加以分析。结果表明,病原真菌胁迫下,茶树有较多细胞色素P450家族成员表达显著上调;类固醇和激素的代谢过程、苯丙烷合成途径被激活,有丝分裂细胞周期调控、DNA甲基化等生物过程及光合作用途径受到抑制;主要调控分子如转录因子WRKY和NAC、激酶RLK-Pelle和CAMK等以上调为主。差异表达的蛋白互作模块分析表明,有丝分裂周期调控、基于微管运动、淀粉和蔗糖代谢、细胞壁多糖合成、光合作用、类黄酮代谢模块明显下调,木质素合成和萜类生物合成模块上调;且模块之间可能存在互作。病菌胁迫激活的木质素和萜类合成途径的关键基因包括阿魏酸-5-羟基化酶基因F5H、过氧化物酶基因POD和萜类合成酶基因HMGR等。细胞色素P450基因可能在病菌胁迫中起关键作用,增强木质素和萜类物质的合成、削弱光合作用可能是茶树响应真菌胁迫的核心模式。     

髓母细胞瘤基因表达谱芯片关键基因的生物信息学分析

筛选髓母细胞瘤(medulloblastoma, MB)发生发展的关键基因,可为MB分子机制的进一步研究提供生物信息学依据。本文通过下载GEO (Gene Expression Omnibus)数据库GSE50161原始数据,利用R语言对正常脑组织与髓母细胞瘤组织中差异表达的基因进行分析;通过生物信息学分析工具(DAVID、STRING和Cytoscape)对差异基因进行生物学功能和蛋白质相互作用(protein-protein interaction, PPI)分析,并通过PPI筛选互作调控的关键基因。结果显示,总共筛选出999个差异表达的基因,鉴定了CCNB1、AURKB、MAD2L1、CENPE、KIF2C、BUB1、BUB1B、NDC80、CENPF、CDC20十个关键基因。差异基因生物学功能主要富集于有丝分裂的核分裂、染色体分离、微管蛋白结合、RAGE受体结合等生物过程。KEGG信号通路分析结果显示差异基因主要富集于细胞周期、NF-κB、IL-17和T细胞受体等信号通路。10个关键基因的生物学功能和信号通路主要富集于细胞有丝分裂和细胞周期通路。因此,细胞周期通路对MB的增殖和分裂起着关键性的作用,相关的分子机制值得进一步深入研究。     

细胞周期抑制蛋白p27的研究进展

p27基因位于人类染色体12p13,其编码的蛋白对cyclinsCDKs具有广泛的抑制活性,是细胞周期调控的抑制蛋白。它以化学剂量的方式调节细胞周期的进程,参与细胞的生长、分化等过程。对p27基因的发现、基因结构、对细胞周期和细胞分化的调控机制以及与肿瘤的关系作一介绍。     

基于蛋白质互作网络的COVID-19对肺动脉高压的影响机制

通过构建肺动脉高压差异基因和冠状病毒侵入人体后免疫反应相关基因的互作网络,探索COVID-19对肺动脉高压的影响机制。首先通过Meta分析挖掘肺动脉高压相关差异表达基因;其次通过SARS-CoV侵染人体后的基因表达数据,挖掘主要功能通路;最后构建肺动脉高压差异表达基因和冠状病毒主要功能通路基因的互作网络,挖掘网络的显著功能模块。发现肺动脉高压与血管平滑肌细胞、成纤细胞、T/B细胞免疫过程、转录调节因子通路、Toll样信号通路等密切相关,互作网络发现ITGAM、HBB、VCAM1、IL1R2等基因是COVID-19感染肺动脉高压患者的重要调节基因。通过肺动脉高压与冠状病毒感染机体后蛋白质互作网络探索了COVID-19对肺动脉高压的影响机制,为肺动脉高压感染COVID-19的研究及治疗提供了新思路。     

硫化氢与细胞的增殖和凋亡

硫化氢是内源性气体分子家族中的一员,是一种气体递质（gasotransmitter）。近年来,内源性硫化氢的产生及生理意义已经被认识,其代谢异常与许多疾病有关。本文综述了最近发现的硫化氢对细胞增殖和凋亡的调节作用,并重点概述硫化氢细胞效应的分子机制,包括丝裂原活化蛋白激酶、细胞周期相关激酶、细胞死亡相关基因以及离子通道等的改变。对硫化氢调节细胞生长或死亡的深入了解将为新药设计及许多疾病的治疗提供新的思路。     

细胞周期检查点的分子机制

细胞在长期的进化过程中发展出了一套保证细胞周期中ＤＮＡ复制和染色体分配质量的检查机制,通常被称为细胞周期检查点（ｃｈｅｃｋｐｏｉｎｔ）。当细胞周期进程中出现异常事件,这类调节机制就被激活,及时地中断细胞周期的运行,待细胞修复或排除了故障后,细胞周期才能恢复运转。根据“质量控制”的内容,可将细胞周期检查点分为三种。第一种负责查看ＤＮＡ有无损伤,称为ＤＮＡ损伤检查点;第二种负责ＤＮＡ复制的进度,称为ＤＮＡ复制检查点;第三类是管理染色体的正确分配与否,称为纺锤体组装检查点。本文围绕检查点工作的这三个方面对其分子机制作一个简单的论述。     

细胞黏附分子互作网络的构建与分析

借助网络分析可对基因调控、蛋白质互作和信号转导等细胞活动进行全局和局部性质分析.以细胞黏附的蛋白质相互作用为对象,通过数据挖掘和可视化软件构建了整合蛋白介导的黏附分子互作网络,该分子互作网络由156种蛋白质通过690种相互作用相连,其平均节点度为8.66、平均聚集系数为0.24,平均路径长度为2.6.黏附分子互作网络中包含数个功能模块,这些模块涉及网络内部多种分子相互作用的启动与停止,并进一步影响细胞的黏附、迁移和骨架组织.对黏附分子网络进行模体筛选和比较,发现一些数量相对较少、以三元复合物为主要结构的关键模体,同时对各网络模块和模体对细胞黏附的调控作用进行了探讨.     

鼻咽癌组织中基因差异表达及蛋白互作网络分析

目的:利用生物信息学方法从鼻咽癌组织基因芯片中筛选差异表达基因,并分析它们之间的互相作用。方法:利用R语言程序包等相关软件分析鼻咽癌组织和正常组织中差异表达的基因,并对其进行在线GO分析、KEGG富集分析及蛋白互作分析。结果:从25例鼻咽癌组织样本和3例正常组织对照样本中共分析出1103个差异表达基因,包括600个上调基因和503个下调基因(P0.05)。GO分析结果显示,差异表达基因在生物过程中显著富集,包括细胞分裂、DNA复制、G1/S有丝分裂细胞周期的转变和有丝分裂核分裂;在分子功能中,包括与蛋白质结合、与ATP结合、蛋白同二聚化活性、与DNA复制起点结合以及与受损的DNA结合;在细胞组分中,包括细胞质、核质、胞外体和船体中部。KEGG通路分析显示,差异表达基因在细胞周期、DNA复制、癌症途径、p53信号通路、错配修复、小细胞肺癌、卵母细胞减数分裂、氨基糖和核苷酸糖代谢、基部切除修复和人T淋巴细胞病毒(HTLV-Ⅰ)感染等信号通路中显著富集。在蛋白互作分析网络中筛选出10个节点度最高核心基因CDC45、MCM10、MCM3、MCM5、MCM2、CDC7、CDT1、CDC6、SMC2和NCAPG。结论:通过鼻咽癌组织和正常组织的对比筛选,发现多个基因表达发生变化,为相关临床研究提供了重要的信息基础。     

衣藻有性生殖的分子机制

衣藻作为分子生物学研究的模式材料,被广泛用于植物光合作用、鞭毛组装与功能、细胞周期与节律、细胞信号传导与光感受、细胞识别等重要生物学过程的研究,而且衣藻有性生殖的分子机制与人类某些疾病的发生机制存在联系.该文对国内外近年来有关莱茵衣藻在有性生殖过程中凝集素的动态分布,包括鞭毛粘连、补充、传递、脱粘连、凝集素合成的正调节,以及与性凝集素行为有关的基因研究进展进行综述,以阐明衣藻有性生殖的分子机制,为人类的疾病研究提供参考.     

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。     

长链非编码RNA表征及其在结直肠癌发生发展中的作用和临床意义

长非编码RNA（long non-coding RNAs, lncRNAs）是一类转录本长度大于200个核苷酸,不具有蛋白质编码功能的非编码RNA（non-coding RNA, ncRNA）。人类基因组中,ncRNA基因占比超过90%,数量远大于蛋白质编码基因。作为生物大分子,lncRNA具有特定的初级和高级结构,在基因表达调控等生物学进程中发挥着特有的功能。lncRNA数量多,结构各异,因此鉴定和表征新的lncRNA,探索其结构和功能,是当前基因研究领域的热点之一。在临床疾病机制研究中,大量结果表明,lncRNA与临床疾病发生发展,特别是肿瘤的发生发展具有密切的相关性。伴随着后基因组学时代基因鉴定和功能探索方法的不断进步,探索lncRNA在疾病发生中的功能及表达变化,深入解锁lncRNA在疾病发生中涉及的分子机制,将为疾病早期预防、诊断和预后提供有效参考。基于以上的研究大背景,本文对lncRNA的定义、基因鉴定的策略和方法,高级结构检测及其对应的生物学功能,以及lncRNA的分类进行了阐述;另一方面,基于lncRNA与肿瘤发生发展的密切关系,本文以经典抑癌基因p53为切入点,对多种p53相关的lncRNA在结直肠癌（colorectal cancer, CRC）发生发展中的作用进行了归纳小结,阐述了lncRNA在结直肠癌中的表达变化、涉及的分子互作机制和信号通路,对其作为分子标志物在临床中的应用潜力进行了评估。我们乐观地认为,作为生物分子标志物,lncRNA将为包括癌症在内的疾病治疗提供全新、精准和个性化的分子靶点。     

抑癌蛋白p53乙酰化修饰的调控网络

p53是细胞内最重要的抑癌蛋白质之一;细胞对p53分子功能的调控主要通过一系列翻译后修饰(PTMs)完成。其中,乙酰化修饰既可在总体水平调控p53的转录活性,又可位点特异性地调控p53依赖的转录选择性,进而精确控制p53在细胞周期阻滞、凋亡、衰老、自噬和代谢等关键生物学过程中的作用。本综述以p53乙酰化修饰研究的时间脉络为轴,首先总结了发生在p53各结构域内乙酰化修饰的建立机制,包括催化p53位点特异性乙酰化发生的乙酰基转移酶,以及各位点乙酰化修饰对p53分子功能调节的机制。其次,本综述总结了参与去除p53乙酰化修饰的关键去乙酰基酶家族,以及这些因子参与调控p53分子功能的生物学意义。同时,本文综述了能够特异性读取p53乙酰化修饰状态的识别蛋白质,以及这些识别蛋白质与p53互作,进而协同调控下游靶基因转录的分子调控网络。此外,本文概述了p53乙酰化修饰与其它类型翻译后修饰之间的“交谈”,以及这些修饰之间通过时空特异互作方式影响p53功能的分子机制。最后,本文基于p53乙酰化修饰,对肿瘤分子医学的研究前景进行讨论与展望。     

p53基因及其功能研究进展

p53基因是一种肿瘤抑制基因,野生型p53对细胞周期和细胞凋亡起重要作用。其编码的蛋白P53相对分子质量为53×103,可刺激Cipt基因产生相对分子质量为21×103的蛋白,该蛋白可以抑制促使细胞通过细胞周期进入有丝分裂的酶的活性,进而抑制细胞生长表达而调控细胞生长,对于预防和治疗胆管癌、肝癌、胃癌等疾病有重要作用。我们在此简要阐述国内外对p53基因及其编码产物的结构、作用机制、检测、功能等方面的研究进展。     

miR-181在人类疾病中的研究进展

miRNA-181是一个进化中极其保守的明星分子.在人类基因组中,miR-181家族成员包括miR-181a-1、miR-181a-2、miR-181b-2、miR-181b-2、miR-181c和miR-181d.miR-181最早是在小鼠B淋巴细胞中发现其特异高表达,且能调控早期造血系统的形成,从而引起了人们的关注.miR-181在小鼠胸腺、脑、肺等器官中高表达,骨髓和脾脏中也可检测到它的存在,而在造血前体细胞中低表达.其中,miR-181a被认为参与B细胞的分化成熟过程.其后,大量研究证实miR-181是一个重要的基因表达调控因子,功能涉及生物体免疫、炎症,细胞周期调控、细胞凋亡及分化等病理生理过程.另一方面miR-181在多种肿瘤中表达异常,包括白血病、神经母细胞瘤、神经胶质瘤等,但其功能及调控机制不太清楚.本文就miR-181分子的基因结构、基因表达与调控、生物学功能以及与疾病发生的相关性作一综述.     

第三届细胞核的结构、功能与进化会议在昆明召开

中国细胞生物学学会染色体专业委员会与云南省细胞生物学学会联合召开的第三届细胞核的结构、功能与进化学术讨论会于1993年11月22—23日在昆明举行。会议共收到论文39篇,内容包括进化细胞生物学、进化分子生物学、动植物的核型进化、细胞周期的基因调控、细胞生物学技术、肿瘤细胞生物学、量子生物学等各个方面。与会者50人,分别来自北京、上海、长春、广州及昆明。     

电离辐射诱导基因的研究进展

电离辐射诱导基因是一类受电离辐射调控表达的基因,其表达随辐射条件和所处生理环境的不同呈现复杂多变的特征。电离辐射诱导基因参与细胞内各种代谢途径,在细胞周期调控、细胞生长调节、细胞凋亡、DNA损伤修复中发挥着重要的作用。介绍了电离辐射诱导基因的种类、功能,及其引起的生物效应的分子机制及应用。