光控诱导重组系统的开发与应用

位点特异性重组系统由重组酶和特异性识别位点两部分组成,是一种强大的基因操作工具,被广泛运用于生命科学研究。已开发的诱导型重组系统以时空方式精准调控细胞和动物的基因表达,被用于基因功能研究、细胞谱系示踪和疾病治疗等领域。根据诱导重组酶时空表达方式的不同,诱导型重组系统可分为化学诱导和光控诱导两种方式。光控诱导重组系统是利用光作为诱导剂,根据光控方式和对象的不同,可进一步分为光笼和光遗传学两类。光笼诱导重组系统是利用光敏基团来控制化学诱导剂或重组酶,光诱导前它们的活性被光敏基团抑制;在特定光照射后,它们的活性被恢复,进而实现光控诱导基因重组。光遗传学诱导重组系统是通过光遗传学开关介导分割型重组酶的重新激活来诱导基因重组。其中光遗传学开关由一系列基因编码的光敏蛋白组成,包括隐花色素、VIVID蛋白、光敏色素等。这些类型丰富的光控诱导重组系统为从高时空分辨率的维度解析基因的表达和功能提供了更多的工具,以满足日益复杂的生命科学研究需求。本文主要对不同类型光控诱导重组系统的开发原理及应用进行综述,比较其优缺点,最后对未来开发更多光控重组系统进行展望,旨在为系统优化升级提供理论基础和指导。

基于TCGA数据库乳腺癌不同病理阶段基因表达图谱建立

目的早期诊断和精准靶向治疗是提高乳腺癌治愈率、降低死亡率的有效途径.本研究旨在通过生物信息学方法,分析癌症基因组图谱(the Cancer Genome Atlas,TCGA)数据库中人类乳腺癌不同临床病理分期的癌组织与癌旁组织基因之间的差异,获得不同临床病理分期相关特异性标志基因,为乳腺癌不同临床病理分期的分子诊断及靶向治疗方案的确定提供参考.方法 TCGA数据库中IlluminaHiSeq_RNASeqV2平台下临床样本数据集中的722个乳腺癌转移基因组数据,对临床病理分期Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ阶段的癌组织与癌旁组织基因之间的差异表达进行分析,以基因差异表达绝对值相差5倍作为候选标准进行分析,选择其中|log2 FC|≥2.5且P≤0.05的基因进行差异表达基因分析,获得差异表达基因谱.将得到的差异表达基因进一步通过Enrichr与Kobas网站工具分别进行基因本体(gene ontology,GO)功能注释和京都基因与基因组百科全书(kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)通路富集分析,确定差异表达基因的功能及作用通路.利用Targetscan和Mirwalk等工具构建与靶基因相关联的miRNA,建立临床病理分期各阶段关联表达的miRNA图谱.Cytoscape软件建立乳腺癌临床病理分期的基因表达与相应miRNA相关性图谱.结果共获得乳腺癌癌组织和癌旁组织差异表达基因112个,其中癌组织高表达的基因有34个,癌旁组织高表达基因有78个.各阶段的特异性差异表达基因Ⅰ期5个、Ⅱ期4个、Ⅲ期2个和Ⅳ期13个,其中各阶段上调基因Ⅰ期4个、Ⅱ期0、Ⅲ期0和Ⅳ期4个,下调基因Ⅰ期1个、Ⅱ期4个、Ⅲ期2个和Ⅳ期9个.GO富集分析显示,各阶段特异性差异表达基因主要包括与癌细胞外基质组织、细胞周期的调控基因、蛋白质磷酸化调控、细胞增殖的调节、染色体功能、细胞膜完整性、金属内肽酶活性、蛋白激酶结合性、半胱氨酸型内肽酶抑制活性及细胞因子活性相关.KEGG通路富集分析显示,癌组织差异表达基因显著富集在癌症通路、细胞因子受体相互作用通路、卵母细胞减数分裂通路与细胞周期通路中.miRNA靶向的反向通路富集中,建立miRNA与mRNA共同作用的各阶段特异性通路,获得mRNA高表达与相应的miRNA低表达相关的临床病理分期基因表达差异图谱.结论通过分析TCGA乳腺癌癌组织与癌旁组织基因表达差异,获得了临床病理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ期特异性标志基因,并通过GO聚类分析和KEGG通路富集分析,获得了病理分期各阶段在细胞增殖、浸润、分化、定向转移与扩散等分子过程的差异.本研究为乳腺癌临床各阶段的诊断和精准靶向治疗提供了依据,为进一步了解乳腺癌各阶段的分子机制提供了新的信息.