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。

2型糖尿病遗传流行病学研究进展

2型糖尿病是糖尿病的主要类型,随着患病率的逐年升高,已成为严重危害人类健康的慢性疾病。2型糖尿病的发生与人们的生活行为方式改变有关,也与遗传因素及其相互作用有关。研究者们尝试用多种策略寻找与2型糖尿病关联的基因,期望为理解2型糖尿病的发病机制以及制订有效地预防控制措施提供新的线索。

一个中国G6PD缺乏症家系致病基因的突变分析

目的对一个葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)缺乏症家系成员G6PD基因13个外显子全面测序,识别致病的突变位点及其遗传模式。方法在G6PD缺乏症高发区广东惠州地区收集到一个G6PD缺乏症核心家系,包括先证者(儿子)、患病母亲和正常父亲。取家系成员的外周血样,并提取基因组DNA,用PCR和DNA测序法对G6PD基因全部外显子进行序列分析。结果先证者及其母亲在G6PD基因第2号外显子出现同一点突变(c.95A>G,p.His32Arg),该突变引起组氨酸被精氨酸替换(CAC>CGC)。然而先证者父亲在G6PD基因的13个外显子均未出现突变。3种生物信息学软件均预测该突变对蛋白质功能具有较强的危害性。结论该家系中c.95A>G呈X连锁显性遗传,是G6PD缺乏症的致病突变位点之一。

病例对照研究中基因型关联分析方法的比较

在遗传流行病学研究中,常采用病例对照设计分析某个或某些遗传标记与疾病的关联,所用方法有Pearson卡方检验、Cochran-Armitage趋势检验、哈代-温伯格不平衡检验和对遗传模型稳健的检验方法等,这些方法各自有其优势和劣势,该文对它们的原理进行简明扼要地介绍,并比较它们的异同及各自的适用条件。

基于UML的企业人力资源管理系统研究与开发

通过UML技术以及浏览器和服务器结构(B/S)三层架构模式系统分析与设计人力资源管理系统,可以提高系统开发效率,并使系统易于维护与二次开发,同时预留业务接口,方便与其它数据系统进行交互。

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。

类风湿关节炎差异表达基因筛选、生物信息学分析及其潜在治疗药物的预测

目的筛选类风湿关节炎(RA)差异表达基因,对差异表达基因进行生物信息学分析,并预测潜在的RA治疗药物。方法采用GEO2R在线工具软件分析RA数据集GSE97779和GSE1919,获得RA差异表达基因。通过String数据库构建RA差异表达基因蛋白质相互作用(PPI)网络,通过Cytoscape软件cytoHubba插件筛选出核心基因,并进行差异表达基因功能富集分析、通路富集分析和RA潜在治疗药物的预测。结果共筛选出了100个RA差异表达基因,其中上调基因77个,下调基因23个;最终得到具有81个节点、383条边的PPI网络;GO和KEGG富集分析显示差异表达基因主要富集于免疫反应、质膜外侧面、CXCR3趋化因子受体结合和细胞因子-细胞因子受体相互作用通路。在药物基因相互作用数据库中发现了3个潜在治疗药物,分别是马拉维克、阿利法西普、艾地氯喹。结论RA样本中共有100个差异表达基因;差异表达基因主要富集于细胞因子活性、G蛋白偶联受体结合、细胞因子-细胞因子受体相互作用和趋化因子信号通路等;马拉维克、阿利法西普、艾地氯喹是RA潜在的治疗药物。

联合TCGA和GEO数据库构建和分析胃癌中circRNA相关的ceRNA网络

环状RNA (circular RNA, circRNA)是一类呈闭环状结构的竞争性内源RNA (competing endogenous RNA, ceRNA),其通过竞争性地吸附微RNA (microRNA, mi RNA)来调节基因表达。circRNA失调与癌细胞的增殖、分化和侵袭等密切相关。本研究基于生物信息学分析和多数据库的联合应用,以ceRNA为切入点探析胃癌中circRNA潜在的致病机制,以期为胃癌提供潜在的临床诊疗靶点,并为胃癌的科学研究提供新思路。首先,通过挖掘胃癌差异表达的circRNA、mi RNA和m RNA构建circRNA-miRNA-mRNA ceRNA网络;随后,利用网络拓扑属性分析确定核心的节点,并根据这些核心的节点从原始的ceRNA网络中提取子网;最后,对子网进行功能学分析和生存分析,分析网络行使的生物学功能并挖掘预后相关的基因。结果显示:共挖掘了6个核心节点(hsacirc0008468、hsacirc0005822、hsacirc0025842、hsa-miR-940、hsa-miR-944及hsa-miR-515-5p);从原始的ceRNA网络中提取了包含8对circRNA-miRNA和539个mi RNA-m RNA关系对的子网络。功能富集结果表明子网涉及癌症相关的多个生物学过程,包括代谢途径、cAMP信号通路、pathways in cancer信号通路等,生存分析发现子网中ACO2、E2F8、GHR、ITIH5等14基因与预后显著相关,这表明3个核心circRNA介导的ceRNA网络与胃癌的发生发展及预后密切相关。

浅谈医学院校生物信息学课程教学改革与实践

生物信息学是集生物学、信息科学及数学等多种学科于一体的新兴前沿性交叉学科。生物信息学在生命科学研究领域的重要性日益显现,但其教学体系还不尽完善,文章探讨医学院校生物信息学教学的改革和实践问题。

基于生物分子网络分析的精神分裂症功能模块挖掘

精神分裂症(schizophrenia, SCZ)是一种影响人类生命健康和生存质量的复杂性精神疾病,其遗传机制涉及多个生物分子的相互作用。本研究从分子水平挖掘与SCZ相关的功能模块,可为SCZ的基础研究提供新思路。首先,通过蛋白质-蛋白质互作知识引导扩展SCZ风险基因,构建SCZ特异性基因网络;随后,利用Newman分解算法挖掘功能模块,并通过拓扑学分析及泊松分布检验确定每个功能模块的拓扑属性和核心基因;最后,对功能模块进行功能学分析,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,共提取了14个功能模块,均具备无标度网络性质。对所得功能模块进行拓扑学分析,共挖掘出102个核心基因,包括已知与精神分裂症相关的基因(例如EGFR、HAX1、IL1R1、RALGDS等)和尚未有相关报道的基因(例如SVIL、DNAJA1、RABAC1、STX6等)。通过富集分析发现这些功能模块参与多条生物学通路,包括细胞凋亡、ErbB信号通路、细胞周期、磷脂酶D信号通路、PI3K-Akt信号通路等。功能模块分析显示,大部分功能模块不是单独发挥作用的,它们共同影响SCZ的发生发展,具有共享的发病机制。

广东汉族人群GLUT4基因多态性与冠心病关系

目的 探讨中国广东汉族人群葡萄糖转运蛋白-4（GLUT4）基因多态性与冠心病易感性之间的关系。方法采用多重单核苷酸多态性（SNP）分型试剂盒，对筛选的2个tagSNP位点（rs16956647、rs5435）在1044例冠心病患者和1349例非冠心病患者为对照进行基因分型；采用遗传分析软件Plink和统计分析软件SPSS17．0分析SNP位点与冠心病的关联性。结果SNPrs5435未满足Hardy—Weinberg平衡条件，予以剔除。校正性别、年龄、高血压、糖尿病、吸烟史、总胆固醇、甘油三酯、心率和体质指数后，rs16956647基因型与冠心病存在明显关联[加性模型：P=0．016，OR=0．80（95％C／=0．67～0．96）；显性模型：P=0．002，OR=0．71（95％C／=0．57—0．89）]。进一步按是否患糖尿病分层后进行基因型关联分析，结果显示仅在糖尿病组rs16956647位点与冠心病呈显著关联[加性模型：P=0．048，OR=0．82（95％C／=0．67—0．99）；显性模型：P=0．007，OR=0．72（95％C／=0．56—0．91）]。结论在中国广东汉族人群中，GLUT4基因多态性与冠心病易感性之间的关联可能与患者胰岛素抵抗有关。

儿茶酚胺氧位甲基转移酶基因单核苷酸多态性与2型糖尿病的关联研究

目的探讨儿茶酚胺氧位甲基转移酶（COMr）基因的单核苷酸多态性（SNP）与广东地区汉族人群T2DM的关联性。方法采用SNPscanTM多重SNP分型试剂盒，在595例T2DM患者（病例组）和725名健康对照（对照组）中对筛选的2个tagSNP（rs4646312、rs4680）进行基因分型，并应用x2检验、togisfic回归模型等方法分析SNP位点与T2DM的关联性。结果病例组rs4646312的TT、CT、CC基因型频数分别为304（51．1％）、234（3913％）、57（8．6％），对照组分别为323（44．6％）、319（44．0％）、83（11．4％）；病例组rs4680位点的GG、GA、AA基因型频数分别为311（52．4％）、236（39．8％）、46（7．8％），对照组分别为417（57．7％）、265（36．6％）、41（5．7％）。校正性别、BMI和TG等因素后，rs4646312在等位基因关联分析和基因型关联分析（隐性模型）中的差异均有统计学意义[P值分别为0．020、0．022，OR值（95％CI）分别为1．26（1．04～1．53）、1．35（1．05～1．74）]，而rs4680的差异均无统计学意义（等位基因关联分析P=0．099，显性模型下基因型关联分析P=0．081）。rs4680与BMI有关联。结论在广东地区汉族人群中，COMT基因的rs4646312位点与T2DM的遗传易感性有关，而rs4680与T2DM则无关联。

基于分治法的海量生物数据处理的研究与应用

海量生物数据的不断涌现,在数据处理方面所面临的诸多问题亟待解决,例如在算法设计上会存在内存读写溢出和算法效率低下等问题;本文提出了一种基于分治法进行海量生物数据处理的方法。首先对计算机可用的内存资源进行评估,并对处理数据过程中产生的内存读写开销进行计算,进而与面向对象设计相结合,基于分治法对存储于mysql中的WTCCC数据库数据进行分块,最终将数据处理成可以被Plink软件识别的标准数据。

医学院校计算机公共课程体系改革研究与实践

本文主要针对当前医学院校计算机公共课程体系设置所存在的问题,提出了改革传统的课程设置与教学模式,引入网络教学手段,实施分类分层次课程体系结构,按专业分类设置课程。结合我校计算机公共课程体系改革实践,进行了研究与总结。

IRS-1和IRS-2基因多态性与冠心病易感性关系

目的探讨胰岛素受体底物-1基因(IRS-1)单核苷酸多态性(SNP)位点rs10205923,rs16822633以及胰岛素受体底物-2基因(IRS-2)rs9521509与广东汉族人群冠心病遗传易感性的关系。方法收集2009——2012年在广东医科大学附属医院、中山大学第一附属医院、茂名市人民医院等多家医院心血管内科住院诊治的冠心病病例783例和同期进行健康体检的健康人749名,采用SNPscan^(TM)多重SNP分型试剂盒进行基因型分型,应用χ~2检验和多因素logistic回归模型检验SNP位点与冠心病的关联性。结果 3个SNP位点等位基因和基因型分布在病例和对照组间的差异均无统计学意义(P> 0.05)。多因素logistic回归模型检验未发现这3个SNP位点在3种遗传模式(加性、显性和隐性)下对冠心病有显著影响,校正混淆因素后P值=0.406～0.949。进一步对单体型分析未发现IRS-1基因的2个SNP位点(rs10205923和rs16822633)构成单体型对冠心病有明显影响。校正混淆因素后P值=0.439～0.941。结论该研究提示IRS-1和IRS-2基因单核苷酸多态性与广东汉族人群冠心病无关联性。

胃癌相关mRNA和miRNA融合网络构建及关键节点分析

目的胃癌是一种常见的消化道恶性肿瘤,多个基因和miRNA参与了胃癌的发生、发展和转移。本研究选取胃癌相关的mRNA和miRNA表达数据,利用生物信息学方法构建胃癌相关的mRNA-miRNA融合网络并识别胃癌相关的关键基因。方法从基因表达综合数据库(Gene Expression Omnibus,GEO)中选取胃癌相关的mRNA(GSE54129)和miRNA(GSE23739)表达数据,利用GEO2R筛选出差异表达mRNA和miRNA,利用STRING数据库和DAVID软件进行网络构建和功能富集分析,应用Cytoscape软件进行网络拓扑结构分析,应用TFcheckpoint数据库识别网络中的转录因子,应用Kaplan-Meier ploter进行生存分析。结果共计识别出704个差异表达的mRNA和38个差异表达的miRNA。构建的mRNA和miRNA融合网络包含了71个基因、15个miRNA和145条边。这些基因主要富集到RNA聚合酶Ⅱ启动子转录调控、细胞黏附、细胞外空间(基质和胞外囊泡)和肝素结合等(经Benjamini校正后均P<0.05)。通过网络拓扑学结构分析识别出了14个胃癌相关的关键节点,其中包含CTNNB1、IGF1、THBS1、PTGS2、ACTA2、CTGF和APOE 7个基因,hsa-miR-375、hsa-miR-107、hsa-miR-199a-3p、hsa-miR-513a-5p和hsa-miR-146b-5p 5个miRNA,SOX2和GATA62个转录调控因子。针对以上7个基因和2个转录调控因子的生存分析证实这些节点均与胃癌患者的生存曲线有关联,均P<0.05。结论胃癌的发生与发展受到涉及多个基因、miRNA和其他转录因子的生物分子网络调控,其关键节点对胃癌预后的预测有重要临床意义。

脂联素基因多态性与冠心病的关联研究

目的:探讨广东汉族人群脂联素基因(ADIPOQ)单核苷酸多态性(SNP)位点与冠心病的关联性。方法:运用SNPscanTM多重SNP分型试剂盒对1 044例冠心病和1 349例健康对照进行SNP位点检测。χ~2检验和Logistic回归分析用于检测SNP位点与冠心病的关联性。结果:冠心病组rs266729的GG、GC和CC基因型频数(频率)分别为69(6.6%)、385(36.9%)和590(56.5%),对照组分别为77(5.7%)、498(36.9%)和774(57.4%);冠心病组rs16861205位点的AA、AG和GG基因型频数(频率)分别为28(2.7%)、250(23.9%)和766(73.4%),对照组分别为37(2.7%)、365(27.1%)和947(70.2%)。两位点的等位基因和基因型频率在冠心病组和对照组间差异无统计学意义(P>0.05)。Logistic回归分析显示在3种遗传模型(加性、显性和隐性)下两位点的基因型不是冠心病的危险因素(P>0.05)。结论:本研究未提示脂联素基因rs266729和rs16861205位点与广东汉族人群冠心病有关联。