时序微阵列数据中的同步和异步共调控基因聚类

基因的共调控可分为同步和异步两种.文中提出了一种新的聚类模型Reg-Cluster,将具有相同编码的同步和异步共调控基因聚集到同一个共调控基因类中.在此基础上,提出了一种有效的聚类算法FBLD,采用先宽度优先、后深度优先的搜索策略,并结合高效的削减规则,挖掘得到所有符合条件的最大Reg-Cluster.聚类结果中包含了详细而完备的共调控信息,有助于基因调控网的研究.算法可扩展用于三维基因-样本-时间微阵列数据集的分析.FBLD算法已经应用到真实和人造微阵列数据集中,其结果被提交到Gene Ontology,实验结果证明了算法的高效性和有效性.

一种共调控基因聚类的新方法

定义了一种基于滑动匹配的相似度,并在此基础上提出一种能够自适应确定聚类数目的全局K-均值算法,解决了现有共调控基因聚类方法无法考虑到基因的正反、延时、部分时间和差异表达全部4种共调控关系的问题.将提出的算法应用于微阵列数据中,并将实验结果与CLUSTER 3.0算法进行了比较,验证了算法的可行性和有效性.

一种基于广义相似性的共调控基因聚类算法

针对共调控基因的特殊性质和现有共调控基因聚类算法存在的不足,提出了基于广义相似性的聚类模型g-Cluster.正负共调控基因因具有相同的编码而被聚集到同一个共调控基因簇中.进一步提出了一种基于树结构的聚类算法FBTD,采用先宽度优先后深度优先的搜索策略,挖掘所有符合条件的最大g-Cluster,同时应用了高效的削减规则和优化策略.将该算法用于真实数据集.理论分析和实验结果都表明,该算法是实用和有效的.

最大子空间共调控基因聚类

提出了一种编码方案,同时聚类正共调控基因和负共调控基因.基于这种编码方式,两个正共调控或负共调控的基因都具有相同的编码,因此被聚集到同一个共调控基因类中.进一步提出了一个基于这种编码方案进行最大子空间共调控基因聚类的新算法及一些新的相关削减策略.一个最大子空间共调控基因聚类聚集了某个条件序列上的一组共调控基因,而且不被其他的子空间共调控基因聚类包含.从多方面分析了该算法的性能,并将其用于白血病和酵母细胞的真实表达数据集及人造数据集聚类.理论分析和实验结果都表明,相对于已有的基于模式/趋势的聚类算法,该算法能发现更多具有生物意义的共调控基因聚类,并且性能优于目前的共调控基因聚类算法.

骨肉瘤miRNA分子共调控网络的构建

目的探讨骨肉瘤潜在的miRNA分子调控网络,为解析骨肉瘤发生发展的分子机制提供理论支撑。方法通过差异表达分析获得骨肉瘤组织表达水平发生显著性改变的miRNA,并找到具有显著差异的miRNA靶基因;再通过KEGG代谢通路富集分析以及GO基因功能注释,探究骨肉瘤组织与正常组织相比表达水平发生显著性改变基因的功能,构建分子共调控网络。结果筛选差异表达miRNA52例,其中31例miRNA上调表达,21例miRNA下调表达;参与肿瘤通路的miRNA共有5例,其关联靶基因共有314个。KEGG代谢通路富集分析结果与GO基因功能分析结果显示,差异表达基因主要参与肿瘤相关的代谢通路。基于差异表达基因及TRED数据库中所收录的人类转录因子信息,对差异表达基因进行分子偶联,构建了分子共调控网络。结论基于分子共表达网络,对骨肉瘤发生发展的分子作用机制进行了系统性挖掘。

从基因芯片数据快速有效地挖掘共调控基因

针对基因芯片数据高噪音、列(基因)数比行(实验条件)数多几个数量级的特殊性,为了进一步提高从基因芯片数据挖掘共调控基因的时间效率和挖掘结果的有效性,首先根据所有两两基因对之间的Pearson相关系数对原始完整数据集进行分组,然后使用列(基因)枚举方法对各组数据分别进行闭合频繁模式挖掘,并对活化和抑制共调控关系的挖掘分别进行处理。实验结果证明:算法快速有效地挖掘出了两种共调控基因。

杠柳毒苷体外抑制胃癌细胞增殖能力的分子共调控网络构建研究

目的探讨构建杠柳毒苷体外抑制胃癌细胞系SGC-7901细胞增殖能力的分子共调控网络,为解析杠柳毒苷抗肿瘤作用的分子机制提供理论支撑。方法本研究收集美国GEO公开数据库中已收录的所有杠柳毒苷处理胃癌SGC-7901细胞系前后的基因表达谱数据;通过差异表达分析获得经过杠柳毒苷处理后胃癌SGC-7901细胞系表达水平发生显著性改变的基因;通过GO基因功能注释以及KEGG代谢通路富集分析,探究杠柳毒苷作用后表达水平发生显著性改变基因的功能;最后结合TRED数据库中收录的人类转录因子信息,构建分子共调控网络。结果与胃癌SGC-7901细胞系相比,经杠柳毒苷处理后的SGC-7901,其癌细胞中共有1105个基因发生差异表达,其中552个基因上调表达,553个基因下调表达。基因功能分析显示,表达上调基因主要参与葡萄糖代谢、钾离子转运、钠离子转运等生物功能;表达下调基因主要参与同嗜性细胞粘着、氨基酸转运、小GTP酶介导的信号转导等生物功能。KEGG代谢通路富集分析结果显示,差异表达基因主要参与肿瘤相关的诸多代谢通路。最后,基于差异表达基因及TRED数据库中所收录的人类转录因子信息,对差异表达基因进行分子偶联,构建了分子共调控网络。结论基于分子共表达网络,对杠柳毒苷的作用分子机制进行了系统性挖掘。

基于microRNA共调控网络的microRNA调控机制研究

已有研究通过计算和实验的手段,证明了不同的microRNA(miRNA)通过相互之间的合作,来共同调控它们所共有的靶基因。对miRNA之间这种合作行为的特性的研究,能够帮助我们更好的理解miRNA的调控机理。本文建立了一个网络来描述miRNA之间的合作关系,并通过对该网络的分析,得出了四点关于miRNA调控机制的性质。第一,基因靶标数目越多的miRNA倾向于与越多的miRNA伙伴进行合作。第二,进化上保守的miRNA所具有的共调控伙伴的数目显著多于非保守的miRNA。第三,以上的性质是跨物种的存在的(人与小鼠)。第四,miRNA与蛋白质在系统层面性质存在一定的相似。

基于转录组学探讨心力衰竭和认知障碍的共同分子特征

目的 利用生物信息学技术探究心力衰竭(heart failure,HF)和认知障碍共同的生物学过程及基因特征,为后续分子机制研究提供思路。方法 从基因表达综合数据库(gene expression omnibus,GEO)下载HF数据集GSE116250和认知障碍数据集GSE122063,鉴定出共同差异表达基因后,进行基因本体论(gene ontology,GO)富集分析,再应用String数据库和Cytoscape软件构建蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction,PPI)网络筛选出中枢基因,在外部HF数据集GSE57338和认知障碍数据集GSE33000中验证中枢基因的表达,从JASPER和RegNetwork数据库中获得潜在的转录因子(transcription factor,TF)和微小RNA(micro RNA,miR)构建分子共调控网络。结果 共筛选出387个上调和388个下调差异基因(differential expressed genes,DEGs),主要富集在发育过程、细胞运动调节和主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC)Ⅱ类蛋白复合物组装通路上。通过PPI网络鉴定出8个中枢基因(HLA-F、HLA-E、HLA-B、HLA-DRA、B2M、HLA-DQA1、HLADQB1、HSPA1A),主要通过内源性和外源性抗原加工和提呈通路激活免疫应答。在共调控网络中,FOXC1、GATA2、NFIC、NFYA、核转录因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)1、miR-10是调控中枢基因的关键TFs和miR,潜在的NF-κB1/HLA-E/miR-10调控轴被认为在HF与认知障碍发展中发挥着重要作用。结论 本研究结果表明免疫调节可能在HF患者发生认知障碍的过程中发挥重要作用,可为研究“心-脑轴交互作用”提供新见解,但仍需进一步的分子生物学验证及人群研究证据。

一种采用新的相似性度量方法的共调控基因动态模糊聚类算法

针对基因间共调控关系的特点和现有共调控基因聚类分析方法的不足,提出一种基于广义信息论中二次互信息的广义相似性度量标准QMISM,并利用免疫遗传算法将高维样本映射到二维空间,进而实现动态模糊聚类和聚类结果可视化.对人工合成数据和真实的基因表达数据的实验结果表明,该算法能得到更好的聚类结果.

一种在基因表达数据集中全局检测共调控基因的双聚类方法

用双聚类方法在基因表达数据中检测共调控基因是目前生物信息学研究的热点之一。相关模式双聚类(correlated pattern biclusters,CPB)算法克服了已有算法检测双聚类模式单一的缺陷。作者在CPB算法的基础上,提出在数据集全局范围内检测高相关双聚类结果的算法——改进的相关双聚类算法(improved correlation biclustering algorithm,ICBA),首先随机生成Seed基因集来初始化候选双聚类,然后分别用皮尔逊相关系数和平均绝对误差,对基因集和条件集交替优化,最后通过计算双聚类之间的重叠度来过滤结果。在酵母菌数据集和人类B细胞淋巴瘤表达数据集上,将ICBA与CPB等其他算法进行比较,验证了ICBA的有效性和优越性。

共调控共互作蛋白结构域的特征研究

目的研究在共调控蛋白、共互作蛋白、及同时存在共调控与共互作关系的蛋白中所包含结构域的分布特征。方法利用转录调控数据、蛋白互作数据和蛋白结构域数据,以聚集系数为测度,研究结构域在共调控集合、共互作集合以及共调控且共互作的集合中的聚集特征,并通过随机实验验证聚集特征的显著性。结果共调控集合、共互作集合以及共调控且共互作集合的聚集系数显著较高,具有显著性(P<0.01)。结论研究表明,共调控集合、共互作集合、共调控且共互作集合更倾向于含有相同的结构域。

基于染色体三维结构共调控域基因功的分析

真核生物的染色质在细胞核中高度折叠且有序排列,这种三维结构对基因的转录、调控和表达等细胞进程具有重要的生物学意义。本研究基于酵母染色体三维结构模型,用3σ准则筛选高分辨率Hi-C(highthroughput chromosome conformation capture,Hi-C)数据,对潜在的共调控区域进行搜索定位,并用简单的统计学方法分析了核小体占位率、组蛋白修饰、蛋白质置换水平、基因富集等影响因子在共调控区域TSS附近的分布特征,进而对共调控域基因功能与染色体结构之间的关系进行研究。结果发现,以上影响因子在28个共调控区域中具有相似的分布特征和基因功能信息。由此推测,这些"共性"基因可能协同参与了基因调控,并驱动形成了染色体特定空间折叠结构。

环磷酸腺苷应答元件结合蛋白调控的转录共激活因子在肿瘤发生发展中作用的研究进展

环磷酸腺苷应答元件结合蛋白(cyclic adenosine monophosphate response element binding protein,CREB)调控的转录共激活因子(CREB-regulated transcription coactivators,CRTCs)是一个新发现的细胞内信号整合子家族,能极大地增强CREB的活性,而CREB作为细胞内的重要转录因子,参与调节细胞众多的生理活动。越来越多的研究表明,CRTCs参与调控细胞的生长、分化、增殖、存活、DNA损伤修复和凋亡相关的信号通路,在肿瘤的发生发展中起着重要作用。本文概要介绍CRTCs在肿瘤领域的研究进展。

贝类线粒体双单亲遗传研究进展

真核生物经历了多次独立演化来保证细胞器的母系遗传模式,然而一些双壳贝类却演化出了一套稳定的可随父、母本传递的独特线粒体遗传模式——双单亲遗传。在双单亲遗传贝类中同时存在两种遗传差异极大的线粒体基因组(F型和M型),可以分别随父本和母本传递给后代。贝类双单亲遗传自首次发现至今已有30多年,目前其遗传调控机制仍不清楚,本文回顾了独特的双单亲遗传系统及当前研究进展,并展望其可能应用。贝类双单亲遗传的独特性使其成为研究线粒体遗传与进化、核质冲突、性别分化和发育的极佳材料。

抗生素、重金属和杀生剂抗性共选择机制

细菌抗生素抗性已被世界卫生组织认定为对公众健康的重要威胁。细菌抗性除了受到抗生素的直接选择压力,也受到其他物质如重金属和杀生剂的共同影响。研究发现,细菌可以通过外排泵系统、细胞膜通透性改变、作用靶标点的改变、酶修饰或降解作用、应激反应改变生理特性、金属螯合和生物转化等抗性机制对这些选择压力产生抗性,或者通过协同抗性、交叉抗性和共调控抗性的机制产生多重抗性。本文综述了细菌对抗生素、重金属和杀生剂的单一抗性机制、多重抗性机制,以及重金属和杀生剂对细菌抗生素抗性的影响机制,并分析了目前研究的不足之处。

在人转录调控网络中识别组织特异性功能模块

从人体的7个组织调控网络出发,通过MCODE算法获得各个组织的调控模块,再通过计算模块间共有的节点数目获得组织间相似的模块或组织特异性模块。结果表明,肾特异性模块与肾癌密切相关;脑特异性模块在室间隔的形成和心肌细胞功能的实现中起着重要作用。

盐诱导激酶抑制剂HG-9-91-01对小鼠脓毒症相关认知功能障碍的保护作用及其机制

目的:脓毒症相关认知功能障碍是脓毒症患者常见的并发症,目前病理机制不明,缺乏有效的防治手段。盐诱导激酶(salt-induced kinase,SIK)是调节代谢、免疫、炎症反应等的重要分子,与多种神经系统疾病的发生和发展相关。本研究旨在探讨SIK在脓毒症小鼠海马中的表达,以及SIK抑制剂HG-9-91-01在脓毒症相关认知功能障碍中的作用及其机制。方法:首先,将C57BL/6小鼠随机分为对照组(Con组)和脓毒症模型组[脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)组]。LPS组小鼠以8 mg/kg的剂量腹腔注射LPS,Con组小鼠予注射等体积生理盐水。在注射后1、3、6 d取小鼠海马组织,分别采用实时荧光定量聚合酶链反应(quantitative PCR,qPCR)和蛋白质印迹法检测SIK1、SIK2、SIK3的mRNA和蛋白质的表达水平。然后,将小鼠随机分为Con组、LPS组、SIK抑制剂组(HG组)。LPS组和HG组注射LPS构建脓毒症模型,HG组在注射LPS后的第3~6天以10 mg/kg的剂量腹腔注射HG-9-91-01,LPS组注射等体积溶媒。在注射LPS后的第7~11天进行Morris水迷宫实验(Morris water maze,MWM)以评估3组小鼠的认知功能。行为学检测后取3组小鼠的海马组织,采用qPCR检测炎症因子和小胶质细胞标志分子的mRNA表达水平,蛋白质印迹法检测诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)、CD68、离子钙结合衔接分子1(ionized calcium binding adaptor molecule 1,Iba-1)、N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate,NMDA)受体(NMDA receptor,NR)亚型、cAMP反应元件结合蛋白(cAMPresponse element-binding protein,CREB)调控的转录共激活因子1(CREB-regulated transcription coactivator 1,CRTC1)、胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor 1,IGF-1)的蛋白质表达水平,免疫组织化学(immunohistochemistry,IHC)检测海马CA1区、CA3区、齿状回(dentate gyrus,DG)Iba-1阳性细胞的表达,并进行Sholl分析。结果:与Con组比较,LPS组小鼠海马组织SIK1、SIK2、SIK3的mRNA和蛋白质表达水平均上调(均P<0.05)。与Con组比较,LPS组小鼠的逃避潜伏期明显延长,目标象限停留时间百分比降低,运动速度下降(均P<0.05);与LPS组相比,HG组小鼠的逃避潜伏期明显缩短,目标象限停留时间百分比增加(均P<0.05)。与Con组比较,LPS组海马组织炎症因子[肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素1β(interleukin-1β,IL-1β)、白细胞介素6(interleukin-6,IL-6)]和I型小胶质细胞标志分子iNOS、CD68的mRNA表达均上调,而II型小胶质细胞标志分子CD206和精氨酸酶-1(arginase-1,Arg-1)的mRNA表达均下调;与LPS组比较,HG组TNF-α、IL-1β、IL-6、iNOS的mRNA表达均下调,而CD206和Arg-1的mRNA表达均上调(均P<0.05)。与Con组比较,LPS组海马组织iNOS、CD68、Iba-1的蛋白质表达均上调;与LPS组比较,HG组iNOS、CD68、Iba-1的蛋白质表达均下调(均P<0.05)。与Con组比较,LPS组海马组织CA1、CA3、DG区Iba-1阳性细胞数量均增加;与LPS组比较,HG组CA1、CA3、DG区Iba-1阳性细胞数量均减少(均P<0.05)。Sholl分析结果显示:距离小胶质细胞胞体8~38μm半径范围内,LPS组小胶质细胞突起与同心圆的交点较Con组明显减少(均P<0.05);在距离小胶质细胞胞体14~20μm半径范围内,HG组小胶质细胞突起与同心圆的交点较LPS组明显增多(均P<0.05)。与Con组比较,LPS组小鼠海马突触相关蛋白NR亚型NR1、NR2A、NR2B及IGF-1的蛋白质表达下调,磷酸化的CRTC1(phosphorylatedCRTC1,p-CRTC1)的蛋白质表达上调;与LPS组比较,HG组小鼠海马突触相关蛋白NR1、NR2A、NR2B及IGF-1的蛋白质表达上调,p-CRTC1的蛋白质表达下调(均P<0.05)。结论:脓毒症小鼠海马组织SIK表达上调,SIK抑制剂HG-9-91-01可改善小鼠脓毒症相关认知功能障碍,其机制可能与激活CRTC1/IGF-1通路,抑制神经炎症,增强突触可塑性有关。

多囊卵巢综合征孕妇血清PCSK9、CRTC3水平及对不良妊娠的预测价值

目的探究多囊卵巢综合征(PCOS)孕妇血清前蛋白转化酶枯草溶菌素9(PCSK9)、环磷酸腺苷反应元件结合蛋白调控的转录共激活因子3(CRTC3)水平及对不良妊娠的预测价值。方法纳入2020年12月—2022年9月武汉市第三医院产科收治PCOS孕妇123例为研究组,同期选择医院孕检并生产的健康孕妇120例作为对照组。根据是否发生不良妊娠结局,将PCOS孕妇分为不良妊娠亚组32例与妊娠良好亚组91例。采用酶联免疫吸附试验(ELISA)测定2组研究对象血清PCSK9、CRTC3水平。Pearson法分析PCOS孕妇血清PCSK9、CRTC3水平的相关性。多因素Logistic回归分析PCOS患者发生不良妊娠结局的影响因素。采用受试者工作特征(ROC)曲线分析血清PCSK9、CRTC3水平对PCOS孕妇发生不良妊娠结局的预测价值并计算和比较曲线下面积(AUC)。结果与对照组比较,研究组PCOS患者PCSK9、CRTC3、睾酮(T)、促黄体生成素(LH)、空腹血糖(FPG)、空腹胰岛素(FINS)、胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)水平均显著升高(t/P=8.611/<0.001、7.794/<0.001、29.474/<0.001、73.271/<0.001、6.258/<0.001、24.295/<0.001、16.511/<0.001);与妊娠良好亚组比较,妊娠不良亚组PCOS患者PCSK9、CRTC3水平显著升高(t/P=7.449/<0.001、7.943/<0.001)。Pearson法分析显示,PCOS患者血清PCSK9与CRTC3水平呈正相关(r=0.639,P<0.001)。多因素Logistic回归分析结果显示,血清PCSK9、CRTC3是PCOS孕妇发生不良妊娠结局的危险因素[OR(95%CI)=4.152(2.288~7.534)、10.369(2.422~44.396)]。血清PCSK9、CRTC3及二者联合预测不良妊娠结局的AUC优于PCSK9、CRTC3单独预测(Z/P=2.618/0.009、3.104/0.001)。结论PCOS孕妇血清PCSK9、CRTC3水平显著升高,与妊娠结局密切相关,二者联合检测对预测不良妊娠结局具有重要价值。

IFN-γ通过下调PD-1和PD-L2信号通路拮抗CD33来干预肺结核发展的机制

目的探究IFN-γ通过下调PD-1和PD-L2信号通路拮抗CD33来干预肺结核发展的机制。方法本研究用GM-csf和IL-6培养促进外周血单核细胞(PBMC)分化成功能性CD33^+HLA-DR^(low)MDSC样细胞。探究受IFN-γ培养的CD33^+HLA-DR^(low)MDSC对减少包括IFN-γ产生在内的T细胞应答具有较小的抑制潜力。结果 CD33^+HLA-DR^(low)MDSC的抑制功能依赖于程序性死亡-1/程序性死亡-1配体-2(PD1/PD-L2)途径并且需要直接的细胞接触。IFN-γ通过抑制PD-1/PD-L2途径抑制CD33^+HLA-DR^(low)MDSCs的免疫抑制活性,表明IFN-γ与功能性MDSC扩增之间存在负反馈环。结论 IFN-γ降低MDSCs抑制功能的新机制,提示IFN-γ拮抗MDSCs抑制功能可增强对结核感染的免疫应答。