酒精性肝炎自噬关键基因的筛选及生物信息学分析

目的筛选酒精性肝炎(AH)的自噬关键基因,探讨AH潜在的生物标志物和治疗靶点。方法采用基因表达综合数据库(GEO)中的2个AH基因芯片和从MSigDB、GeneCards数据库中获得的自噬相关数据集,通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)获取关键基因。对筛选的关键基因进行基因本体(GO)、京都基因和基因组百科全书(KEGG)功能富集分析,蛋白质相互作用(PPI)分析,免疫浸润分析,构建信使RNA(mRNA)-微小RNA(miRNA)网络,进行酒精性肝病不同分期的自噬相关关键基因的表达差异分析,并进一步通过实时荧光定量逆转录聚合酶链反应(RT-qPCR)在AH患者和小鼠肝脏组织中验证。结果本研究筛选得到了11个与AH自噬相关的基因(EEF1A2、CFTR、SOX4、TREM2、CTHRC1、HSPB8、TUBB3、PRKAA2、RNASE1、MTCL1、HGF),均为上调基因。在AH患者和小鼠肝脏组织中,SOX4、TREM2、HSPB8、PRKAA2在AH组中的相对表达量均高于对照组。结论SOX4、TREM2、HSPB8、PRKAA2可能是AH潜在的生物标志物和治疗靶点。

生物信息技术在基因组和蛋白质组研究中的应用

综述了生物信息技术在生物学研究前沿领域 ,特别是基因组和蛋白质组研究方面的应用 ,重点展示生物信息技术在基因克隆与定位、核酸和蛋白质序列分析、空间结构预测和蛋白质功能研究方面的运用 ,丰富了生物技术概念的内涵并拓展了其外延。

常见舌苔蛋白质组学与生物信息学研究

目的运用蛋白质组学技术探讨不同舌苔的差异表达蛋白质。方法将观察对象根据有无各系统器质性疾病及舌苔表现,分为正常薄苔组、病理薄苔组、厚苔组和剥苔组,以固相pH梯度等电聚焦为第一相、垂直SDS-PAGE为第二相进行双向电泳,银染显色,计算机扫描,Image Master2D Platinum软件分析;选择差异点胶内胰酶消化后,进行MALDL-TOF-MS蛋白质质谱鉴定和生物信息学分析。结果四组舌苔组织可检测的蛋白质斑点数分别为(1 082±105)个、(1 052±85)个、(1 129±98)个、(1 143±140)个。差异蛋白质点肽质指纹的质谱鉴定和分析生物信息学分析结果,鉴定出13个舌苔密切相关蛋白质,其中cystatin B、cytokeratin 13和GAL7 protein为首次发现的舌苔变化相关蛋白,与舌苔发生发展的关系密切;并发现了5个新的舌苔相关未知蛋白,在目前国际蛋白质数据库中无收载,有必要进一步深入研究。结论不同病理舌苔与正常舌苔的蛋白质表达谱存在明显差异。

基因组学、转录组学、蛋白质组学和结构生物学在水产科学中的应用

基因组学、转录组学、蛋白质组学和结构生物学分别研究生物体的基因组成、基因差异表达、蛋白间相互作用和分子结构特征,在当代生命科学中发挥了重要的作用。近年来,这些新技术的引入为水产科学的发展提供了不可多得的机遇。论文阐述了基因组学、转录组学、蛋白质组学和结构生物学在水产科学中的最新进展,并为蛋白质组学和结构生物学的进一步应用提供了见解。

植物胁迫反应中质外体蛋白质组生物信息学分析

植物质外体在植物胁迫反应中起重要作用。本研究通过对质外体蛋白组相关文献挖掘和数据库的检索,依据细胞作用过程,将质外体蛋白组检索归类。参与生物胁迫反应的质外体蛋白主要分2类,即防御反应蛋白和细胞壁修饰蛋白;参与非生物胁迫反应的质外体蛋白也分2类,即氧化还原稳态调节蛋白和胁迫反应蛋白。综合分析表明,7类蛋白既参加生物胁迫反应,也参加非生物胁迫反应。通过对质外体蛋白质组的研究可以加深对2种胁迫下信号传导机制和调控机制的理解。

基于鸟枪法蛋白质组学和生物信息学技术对肺鳞癌表达蛋白质谱的分析

目的应用高通量蛋白质组学及生物信息学技术分析肺鳞癌表达蛋白质谱,筛选肺癌标志蛋白质,为肺鳞癌发病机制、早期诊断及治疗提供有价值的线索。方法 6例手术后新鲜肺鳞癌组织,通过激光捕获显微切割(laser capture microdissection,LCM)分离纯化肿瘤细胞并提取可溶性总蛋白;多维液相色谱-离子阱串联质谱技术(也称鸟枪法蛋白质组学,shot gun proteomics)对蛋白质进行分离、鉴定;进一步通过生物信息学工具预测肺鳞癌细胞表达蛋白质的理化性质、分子功能、生物通路及蛋白质相互作用,并筛选潜在的标志蛋白。结果 LCM共收集了60个帽(cap)的感兴趣细胞,平均每个LCM cap捕获感兴趣细胞数约12000个,其同质性大于95%。可溶性总蛋白经多维液相色谱-离子阱串联质谱共鉴定出860个非冗余蛋白质。蛋白质的理化性质包括分子量、等电点、平均疏水性、跨膜结构域、亚细胞定位、转录后修饰和组织分布等经过在线生物信息学工具分析,并通过统计图直观显示;蛋白质生物学功能基于Gene Ontologyc(GO)软件和Kyoto encyclopedia of genes and genomes(KEGG)生物学通路分析,根据其注解,筛选出3个有价值的蛋白质,即分裂素活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)、粘联素A1(annexin A1,ANXA1)、高移动组蛋白B1(high mobility group protein B1,HMGPB1)可以作为肺鳞癌候选的标志蛋白。结论鸟枪法蛋白质组学可大规模分离、鉴定肿瘤细胞表达蛋白质,基于生物信息学筛选的标志蛋白质可能成为肺癌诊断和治疗的分子靶点。

异育银鲫血清蛋白质图谱的构建及生物信息学分析

异育银鲫是国内淡水养殖的优良品种之一,近年来,其病害问题日趋严重,极大影响了养殖效益。鱼类在感染病害后,可引起血清中某些蛋白质的表达水平发生变化,因此通过筛选某些特异蛋白质,将其作为生物标记物,有助于鱼类病害的识别及防治。利用蓝绿温和胶电泳结合色谱-质谱联用技术对异育银鲫血清蛋白质进行分离和鉴定,共鉴定成功721个血清蛋白质。生物信息学分析表明,这些蛋白质主要参与补体和凝血级联、代谢途径以及细菌感染途径等。本试验鉴定出多种非特异性免疫相关蛋白质,其中包含C3蛋白和α2-巨球蛋白,基于强度的绝对蛋白质定量分析表明,不同种类的补体C3蛋白和α2-巨球蛋白具有不同的表达量。部分潜在的血清标记物如血清转铁蛋白、肌酸激酶、α2-烯醇化酶以及补体因子Hf等在血清中均被成功鉴定。本试验结果可为异育银鲫血清蛋白质功能研究、蛋白质相互作用以及血清标记物筛选提供新的研究手段和方法,对于鱼类的疾病预防工作具有重要意义。

针刺治疗腹泻型肠易激综合征模型大鼠结肠黏膜差异蛋白质组学分析

背景:肠易激综合征作为临床常见的消化功能紊乱性疾病,已成为针灸治疗的优势病种,但其作用机制尚未明确。组学技术的方法学特点与针灸作用多靶点、多层次的特点不谋而合,为揭示针灸治疗疾病的作用原理提供可能。目的:基于蛋白质组学研究腹泻型肠易激综合征(diarrhea-irritable bowel syndrome,IBS-D)的发病机制及“标本配穴”针刺对其的治疗作用机制。方法:12只3月龄SPF级SD大鼠随机分为正常组、模型组、“标本配穴”针刺组,后2组采用急性应激与慢性应激相结合的方法制备IBS-D大鼠模型;造模成功后针刺组选取双侧足三里穴、双侧内关穴及关元穴进行针刺治疗,频率为120次/min,每隔4 min行针1 min,留针15 min,每隔6 d休息1 d,共持续28 d。正常对照组和模型组大鼠不给予任何干预。通过检测大鼠腹部回撤反射(AWR)压力阈值评价大鼠内脏敏感性;使用基于高效液相色谱-串联质谱联用平台(LC-MS/MS)的非标记蛋白质组学方法进行大鼠结肠黏膜蛋白质组的测定分析;运用MaxQuant、Perseus软件和DAVID、KOBAS、VENNY、STRING在线分析工具进行蛋白质搜库、差异蛋白搜索及其他生物信息学分析;采用网络可视化软件Cytoscape3.7.1构建关联网络图。结果与结论:①IBS-D组与正常组相比有47个差异表达蛋白;差异蛋白功能分析显示,IBS-D的致病机制与能量代谢的异常加剧、结肠运动功能失衡、内脏敏感性的增加等有关;与IBS-D疾病相关的重要靶标蛋白包括:Atp5a1、Atp5c1、Idh3b、Atp2a3、Pdhb、Ppp1ca及Mapk3。②“标本配穴”针刺组与模型组相比较有61个差异表达蛋白,其中针刺逆转了IBS-D 9个差异表达蛋白的上调和9个差异表达蛋白的下调。③生物信息学分析结果表明“标本配穴”针刺对IBS-D的干预效应具有多靶点、多途径、多通路的特点,能够逆转IBS-D对正常能量代谢的损伤,同时能发挥抗氧化应激保护及抗炎的作用而达到缓痛、调节肠道失衡及肠屏障功能的治疗效果;与“标本配穴”针刺干预机制相关的重要靶点为Atp5a1、Atp5c1、Pdhb、Sars、Uqcrc2、Prdx2、Prdx4、Ppp1ca、Manf和Tmsb4x3。④该研究从整体蛋白质表达的角度初步明确了IBS-D致病的分子机制及“标本配穴”针刺对IBS-D的潜在作用机制,为“标本配穴”选穴配伍奠定了基础。

生物信息学及其在蛋白质组学中的应用

随着基因组学和蛋白质组学的发展,生物信息学在数据处理中的应用已经越来越广泛。作为数据处理中越来越重要的分析手段,蛋白质组学数据库是蛋白质组学的主要内容之一。本文分别从生物信息学的蛋白质双向电泳数据库和基于蛋白质质谱结果的数据库两个方面,概述了发展中的蛋白质数据库的最新动态和有关信息,同时对主要的热门蛋白质组学数据库站点和资源进行了评价和分析。

肾透明细胞癌非标记定量蛋白质组学及磷酸化修饰组学分析

目的:应用非标记定量蛋白质组学分析技术,筛选与肾透明细胞癌(clear cell renal cell carcinoma,ccRCC)发病机制相关的蛋白质,发现ccRCC新的诊疗靶点。方法:选取2017年01月至2020年12月在新疆医科大学附属肿瘤医院泌尿外科手术治疗并经术后病理证实的ccRCC及癌旁组织样本30例,利用非标记定量蛋白质组学及磷酸化修饰组学技术,分析差异表达的蛋白质及磷酸化修饰位点。生物信息学分析关键蛋白激酶、磷酸化位点以及信号通路。结果:组学联合分析策略共鉴定到2552个差异总蛋白、3024个差异表达的磷酸化位点及与之对应的1572个磷酸化蛋白。功能富集和聚类分析表明差异磷酸化蛋白主要涉及ErbB信号传导途径、VEGF信号传导通路和细胞黏附通路等重要信号通路,其中PDHK1、NDR1、NDR2及MST1可能成为新型候选标志物和药物作用靶点。结论:ccRCC与癌旁正常组织的总蛋白及磷酸化蛋白表达水平存在显著差异,有望成为肾透明细胞癌精准诊疗潜在的研究应用方向。

糖生物学:基因组学和蛋白质组学的延伸

糖生物学是糖的化学和生物学研究相结合产生的一门新兴学科 ,研究糖缀合物糖链的结构、生物合成和生物学功能。糖生物学研究在国际上受到高度重视 ,在即将到来的基因组学时代 ,糖生物学研究更是被视为揭示生命本质所不可缺少的重要方面。已知糖链在细胞内可修饰调控蛋白质、脂类的结构与功能 ,在细胞外环境参与免疫应答、感染和癌症等过程中的细胞识别 ,但对其作用机制还不完全清楚。本文介绍糖生物学的研究动态和发展趋势。

生物信息学在蛋白质组学上的应用

蛋白质组学是后基因时代标志性的研究新领域,其快速发展很大程度上依赖于生物信息学的蓬勃壮大。从生物信息学与蛋白质数据库、蛋白质分析、蛋白质功能的联系3个方面,对生物信息学在蛋白质组学上应用的研究进展进行综述。

基于质谱与生物信息学的运动心脏蛋白质组学研究

运动训练对心血管疾病的预防和治疗作用众所周知。已有大量研究揭示了运动心脏相关的蛋白表征,但运动诱导的心脏重塑的分子机制至今还不清楚。从以质谱为基础的蛋白质组学研究入手,分析了不同类型运动对心脏蛋白质组的影响,同时用生物信息学方法分析来自于不同运动类型与动物模型间的数据。结果显示,运动通过上调脂质和器官代谢过程,促进血管生成以及组织再生对机体产生独有的蛋白质组重塑影响,同时也揭示心脏线粒体蛋白质组在应对运动训练时具有高度动态性。从运动类型来说,跑台比游泳对心脏蛋白质组的调整更为有效。这些数据为运动心脏的蛋白质组学研究打开了新的视野,有望为心脏对运动适应及不适应重塑的机制研究提供有效帮助。

TMT定量蛋白质组学解析Rummeliibacillus suwonensis 3B-1生长及己酸代谢机制

【目的】从蛋白水平阐明水源拉梅尔芽孢杆菌(Rummeliibacillus suwonensis)的生长及己酸代谢机理,为水源拉梅尔芽孢杆菌的基因工程改造提供一定技术基础。【方法】以R.suwonensis 3B-1为研究对象,应用串联质谱标签(tandem mass tags,TMT)蛋白组学技术对该菌在好氧与厌氧条件下的差异表达蛋白(differentially expressed proteins,DEPs)进行挖掘,并对鉴定到的DEPs进行亚细胞定位、GO功能富集、KEGG信号通路注释、蛋白相互作用等生物信息学分析。【结果】从比较组中共鉴定获得810个DEPs,其中上调蛋白423个,下调蛋白387个,亚细胞定位到6个条目上,主要涉及细胞质蛋白,细胞膜蛋白和细胞壁等蛋白。GO功能富集分析结果显示,肽的生物合成、翻译和肽代谢过程等生物学过程;核糖体的结构组成和结构分子活性等分子功能;核糖体和核糖核蛋白复合物等细胞组分发生了显著变化。810个DEPs注释到113条KEGG信号通路,主要涉及辅因子生物合成,双组分系统,磷酸戊糖代谢,糖酵解/糖异生,以及氧化磷酸化等信号通路。苯丙氨酸-tRNA连接酶β亚基和核黄素生物合成蛋白RibD在蛋白互作网络中关联度最高。【结论】厌氧条件下,糖酵解途径中丙酮酸脱氢酶和丙酮酸激酶表达下调,氨基酸代谢和生物素蛋白连接酶等辅因子相关蛋白表达均呈现下调,表明该菌适合在好氧环境中生长。己酸合成方面,酰基辅酶A硫酯酶的表达量显著上调,同时,糖酵解/糖异生途径、三羧酸循环和磷酸戊糖途径为己酸合成提供了充足的前体物质和还原当量,共同促进了己酸合成。

基于生物信息学筛查CLEC3B蛋白及其在脓毒症诊断中的作用

目的:研究正常人与脓毒症患者血清差异表达蛋白中C-型凝集素域家族3成员B(CLEC3B)蛋白,探讨目标CLEC3B蛋白作为脓毒症分子标志物的可能性。方法:收集10名健康志愿者(健康组)和18例脓毒症患者(脓毒症组)外周血,利用数据独立采集法对外周血清蛋白数据进行采集,数据上传至i DEP在线平台分析脓毒症患者外周血中差异表达蛋白。并对这些差异蛋白进行生物信息学分析,筛选出脓毒症关键蛋白。酶联免疫吸附法(ELISA)验证并绘制关键蛋白受试者工作特征(ROC)曲线。结果:蛋白质组学分析筛选出138个差异表达蛋白(DEPs),其中34个蛋白显著下调,104个蛋白显著上调。DEPs主要富集在细胞过程、生物调节、生物过程调节、参与绑定、催化活化、分子功能监管、免疫系统、信号转导等。DEPs构建蛋白-蛋白相互作用网络(PPI)筛选出感兴趣的关键蛋白CLEC3B。ELISA实验表明脓毒症组患者CLEC3B蛋白浓度(297.73±22.00)ng/ml显著低于健康组(452.42±191.72)ng/ml,差异具有统计学意义(t=13.13,P=0.000)。CLEC3B蛋白的ROC曲线下面积为0.998,灵敏度为97.73%,特异度为100.0%。结论:CLEC3B蛋白在脓毒症组中显著降低,其灵敏度高,特异度高,可以作为脓毒症潜在的生物学诊断标志物。临床试验注册号中国临床试验注册中心,ChiCTR1900021261。

蛋白质组信息学的发展与挑战——记北京蛋白质组研究中心生物信息学研究室

随着人类基因组计划的完成，人类蛋白质组研究已经成为生命科学乃至自然科学领域重大的科学命题。专家断言：21世纪是生命科学的世纪。

牦牛与黄牛肌肉差异蛋白质组及生物信息学分析

为了建立和优化牦牛肌肉组织蛋白质双向电泳(2DE)体系,结合生物信息学方法进行牦牛、黄牛差异蛋白质通路分析。以牦牛背最长肌为实验材料,对不同裂解液成分、等电聚焦程序、染色方法进行研究,在最优2DE体系参数下,对比分析牦牛、黄牛差异倍数大于2倍且达到显著水平(P<0.05)的19个蛋白质,通过基质辅助激光解吸/电离飞行时间(MALDI-TOF/TOF)质谱进行鉴定,并对鉴定结果进行了基因本体(GO)注释、京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路分析。结果表明,裂解液II、渐进式快速升压程序、改良的考染法获得的蛋白点匹配率高,牦牛、黄牛2DE图谱蛋白点平均个数分别为479个和553个。通过比较牦牛和黄牛背最长肌中差异蛋白质可知,所得到的差异蛋白质按照功能可分为代谢酶、结构蛋白和应激蛋白3大类。通过KEGG分析可知,牦牛、黄牛差异蛋白质主要集中在细胞代谢过程、碳水化合物代谢通路、遗传信息通路和能量代谢通路中,研究结果可为解释牦牛和黄牛肌肉生物学特性和肉品质差异提供理论依据。