N6-甲基腺苷相关调节因子与骨关节炎:生物信息学和实验验证分析

背景:越来越多证据表明N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine,m6A)调节因子与骨关节炎密切相关,被认为是防治骨关节炎新方向,但具体作用机制不明。目的:通过对骨关节炎基因芯片数据集进行生物信息学分析,探讨m6A对骨关节炎的作用,解析骨关节炎发病机制。方法:首先利用R软件提取GEO数据库中GSE1919数据集中骨关节炎相关m6A调节因子及其表达量,进而对提取结果行基因差异分析及GO、KEGG富集分析;接着对PPI网络拓扑学分析结果和机器学习结果取交集得到m6A关键调节因子,并通过体外细胞实验验证。结果与结论:①提取得到16个骨关节炎相关m6A调节因子表达量,通过差异分析获得ZC3H13、YTHDC1、YTHDF3、HNRNPC等11个m6A差异调节因子;②GO富集分析显示,骨关节炎相关m6A差异调节因子在生物过程中主要于mRNA转运、RNA分解代谢、胰岛素样生长因子受体信号通路调控等发挥作用;③KEGG富集分析显示,差异调节因子主要参与p53、白细胞介素17和AMPK信号通路;④综合PPI网络拓扑学分析和机器学习结果获得m6A关键调节因子——YTHDC1;⑤体外细胞实验结果表明,m6A关键调节因子——YTHDC1在对照组与骨关节炎组中表达存在显著差异(P<0.05);⑥结果显示,YTHDC1与骨关节炎发生发展密切相关,有望成为m6A治疗骨关节炎的分子靶点。

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。

基于生物信息学探讨犀角地黄汤治疗银屑病的作用机制

目的运用生物信息学方法筛选银屑病炎症相关的特征基因并探索犀角地黄汤的干预机制。方法从GEO数据库中筛选包含银屑病皮损及正常对照的数据集。从GSEA数据库中获得炎症相关基因。使用limma包筛选出差异表达基因并与炎症相关基因取交集获取差异表达的炎症相关基因(differentially expressed inflammation-related genes,DEIRGs),并对DEIRGs进行基因本体论(gene ontology,GO)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。通过加权基因共表达网络分析(weighted geneco-expression network analysis,WGCNA)和最小绝对值收敛和选择算子(least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)回归筛选出银屑病炎症相关的特征基因,并进行受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)检验。检索TCMSP、TCMID数据库,筛选犀角地黄汤活性成分和靶点,与DEIRGs取交集得到有效作用成分和有效靶点。然后,通过Pubchem、PDB数据库获取相关结构文件,再利用swissdock数据库进行分子对接并计算结合能。结果本研究共筛选560个差异表达基因和20个DEIRGs。GO和KEGG富集分析共得到779条生物功能和37条通路。WGCNA分析共筛选出483个基因,与20个DEIRGs取交集得到9个银屑病核心炎症反应基因,通过LASSO回归筛选出6个与银屑病发病高度相关的炎症反应特征基因,分别为CXCL10、F3、NMI、P2RY2、RTP4和TPBG。ROC曲线显示各个基因的曲线下面积(area under curve,AUC)均>0.9,LASSO回归模型的AUC为1。将犀角地黄汤的中药成分采用网络药理学检索解析后发现赤芍中的活性成分鞣花酸(ellagic acid)可作用于CXCL8,芍药苷(paeoniflorin)可作用于IL-6;牡丹皮中的活性成分栎精(quercetin)可作用于CXCL8、IL-6、F3和CXCL10。结论CXCL10、F3、NMI、P2RY2、RTP4和TPBG可能是银屑病的炎症相关特征基因,预测犀角地黄汤中的赤芍、牡丹皮有作用于银屑病相关特征基因的成分,可为后续药物研究提供参考。

基于幽门螺杆菌hp0169基因三维结构的生物信息学分析

目的:克隆幽门螺杆菌(Hp) hp0169基因并进行晶体学研究,分析其二级结构和三维结构。方法:由UniProt数据库中检索Hp NCTC26695菌株hp0169基因及其编码蛋白序列,采用生物信息学方法分析Hp重组胶原蛋白酶(HpPrtC)蛋白理化性质,SOPMA和DNAStrar软件预测HpPrtC蛋白二级结构特征,SWISS-MOPEL软件构建HpPrtC蛋白三维结构,IEDB和ABCpred软件预测HpPrtC蛋白B淋巴细胞抗原表位,SYFPEITHI网站预测T淋巴细胞抗原表位,专家库(EP)算法和随机森林(RF)算法预测HpPrtC蛋白可结晶性。原核表达HpPrtC重组蛋白,经Ni^(2+)亲和层析和分子筛技术纯化蛋白,结晶试剂盒筛选HpPrtC的结晶条件。结果:hp0169基因共包含1 269个碱基配对,编码蛋白全长422个氨基酸,理论等电点为7.64,相对分子质量为47 300。HpPrtC蛋白为亲水性、可溶性蛋白。HpPrtC蛋白α螺旋的氨基酸数量占全部氨基酸数量百分率为35.78%,β片层为18.72%,β转角为6.87%,无规则卷曲为38.63%。抗原表位分析,HpPrtC蛋白含有B淋巴细胞的5个优势线性表位和3个构象表位及多个T淋巴细胞潜在优势抗原表位。同源建模,HpPrtC蛋白呈二聚体,单体由β折叠围成桶状结构,周围被α螺旋和无规则卷曲围绕。HpPrtC蛋白为中等难度结晶,且无信号肽和跨膜螺旋,在0.2 mol·L^(-1)氯化镁、 0.1 mol·L^(-1)三羟甲基氨基甲烷(Tris)、3.4 mol·L^(-1)己二醇和pH 8.5条件下出现细小成簇的针状晶体。结论:HpPrtC是一种亲水型蛋白,呈二聚体构造,在适宜条件下呈细小成簇针状晶体,其具有T淋巴细胞和B淋巴细胞优势抗原表位,可作为Hp疫苗设计的抗原,用于构建多价融合疫苗或多表位疫苗,本研究结果为Hp的防治提供了实验基础。

生物信息学在食用菌研究中的应用

食用菌因其富含多种氨基酸及微量元素等物质,具有较高的营养价值和药用价值,越来越受到人们的关注和喜爱。我国作为最重要的食用菌生产国,食用菌生产规模不断扩大,产量也在逐年提高。为了更好地发展食用菌产业,迫切需要在传统的食用菌产业链,如优良品种选育及栽培生产中融入新技术。生物信息学作为一门研究分析生物生命结构的技术门类,通过运用数学、计算机科学等工具揭示了数据所蕴含的生物学意义,极大地促进了生命科学研究的发展,也为食用菌更深入的研究与应用提供了技术保障。本文从食用菌育种及种质资源调查、病虫害防治、基因组学、食用菌安全等几方面阐述了生物信息学在食用菌领域的具体应用,对生物信息学在食用菌及农业领域的发展进行了展望,以期为促进食用菌研究和生产发展提供参考。

基于网络药理学和生物信息学探讨满药复方木鸡颗粒治疗肝癌的分子机制

利用网络药理学和生物信息学方法揭示复方木鸡颗粒治疗肝癌的作用机制。通过TCMSP、Swiss Target Prediction数据库分别获取复方木鸡颗粒的活性成分以及相关靶点;在GEO数据库筛选肝癌的相关靶点;利用Venny 2.1在线平台获取药物与疾病的共同靶点;由Cytoscape 3.8.2绘制药物–成分–靶点–疾病网络;用STRING数据库构建PPI网络;通过DAVID数据库进行GO功能富集和KEGG通路富集分析;利用Kaplan Meier-Plotter数据库对关键基因的表达量及预后关联性进行分析;运用AutoDock软件对关键成分和靶点进行分子对接验证。复方木鸡颗粒中共获得37个活性成分,筛选出57个共有靶点,涉及生物过程98条、细胞成分17条、分子功能37条,介导15条信号通路。生存期分析结果显示,ESR1、CYP3A4、G6PD基因的表达量与肝癌患者的生存期具有相关性。分子对接表明筛选的6个活性成分与6个关键靶点蛋白之间具有较好的结合能力。复方木鸡颗粒中的大豆皂苷C、柚皮素、β-谷固醇、汉黄芩素等活性成分可以作用于ESR1、CYP3A4、G6PD等靶点,可能通过P53、戊糖磷酸途径、MAPK等信号通路发挥治疗肝癌的作用。

基于生物信息学探讨赖氨酸氧化酶在食管癌原发灶中的表达及对骨转移患者预后的影响

目的基于生物信息学探讨赖氨酸氧化酶(Lox)在食管癌(ESCA)原发灶及骨转移灶中的表达及临床意义。方法通过癌症基因组图谱(TCGA)及基因表达谱分析互动平台(GEPIA)数据库筛选ESCA与正常食管组织中差异表达的基因。筛选2016年1月—2020年12月河北医科大学第四医院收治的食管癌手术患者的随访信息,收集在随访过程中确诊骨转移患者的临床资料。应用蛋白免疫印迹(Western blot)验证Lox在ESCA及正常食管组织中的表达;通过免疫组化染色检测人ESCA组织、正常组织中Lox的表达;应用Kaplan-Meier曲线及Cox回归探索Lox的表达对于生存期的影响。结果对GEPIA及TCGA数据库有关ESCA数据分析发现,Lox在ESCA病灶中的表达高于正常组织,差异有统计学意义(P<0.05);应用京都基因与基因组百科全书(KEGG)及基因富集分析(GO)发现,Lox可能参与多种信号通路的信息传导;Western blot结果显示,癌组织中Lox表达高于癌旁正常组织,差异有统计学意义(P<0.05);对随访资料的分析发现,Lox高表达患者更倾向于发生多发骨转移;生存分析发现Lox高表达患者无骨转移生存期和总生存期短于Lox低表达的患者,差异有统计学意义(P<0.05);Cox回归发现Lox是食管癌骨转移患者预后的独立危险因素。结论Lox在ESCA中呈高表达,并与临床预后相关,其可作为ESCA诊断及治疗的有效靶点。

基于重症支气管哮喘差异表达基因及其治疗中药筛选的生物信息学分析

目的:通过生物信息学方法探讨重症支气管哮喘[简称重症哮喘(SA)]的差异表达基因,分析其作用机制,并筛选潜在具有治疗作用的中药及活性成分。方法:在高通量基因表达(GEO)数据库中选取GSE136587和GSE158752数据集,利用R软件对数据集进行差异分析获得差异表达基因,并进行蛋白-蛋白相互作用(PPI)网络分析,筛选核心基因,寻找关键通路和枢纽基因。最后将核心基因提交至Coremine数据库筛选具有潜在治疗作用的中药,并通过《中华医典》检索相关中药方剂。结果:共筛选出466个差异表达基因。通过STRING平台构建PPI网络共筛选包括25 kDa突触关联蛋白(SNAP25)、谷氨酸离子型受体2(GRIA2)、轴突蛋白1(NRXN1)、钾电压门控通道亚家族A成员1(KCNA1)、突触囊泡蛋白1(SYT1)和嗜铬蛋白A(CHGA)等核心靶点25个。基因本体(GO)功能富集显示SA的生物学过程与细胞趋化性和白细胞迁移等有重要关系,京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集的通路主要涉及骨髓白细胞迁移、白细胞趋化性、细胞趋化性、白细胞迁移、对外部刺激反应的正向调节和骨髓白细胞活化等信号通路。采用网络药理学方法基于核心靶点筛选得到具有潜在治疗SA作用的中药367种,其中人参、水牛角、全蝎和黄芪等中药涉及多个核心靶点,与SA具有高度相关性,在《中华医典》中检索具有高度相关性的中药,共得到17个潜在具有治疗效果的中药方剂。结论:通过生物信息学筛选SA的潜在标志物和具有治疗作用的中药,为SA早期诊断和发病机制研究提供新的靶点,为其治疗的中药方剂研发提供思路。

鼠伤寒沙门氏菌细菌铁蛋白(Bfr)的生物信息学分析及原核表达载体构建

为了获得高纯度的鼠伤寒沙门氏菌细菌铁蛋白(Bfr),试验利用生物信息学软件对Bfr的结构、翻译后修饰和抗原表位等进行预测分析;通过PCR扩增鼠伤寒沙门氏菌Bfr基因,将其与pET-32a(+)载体连接并转化至大肠杆菌BL21(DE3)感受态细胞中,通过SDS-PAGE分析和Western-blot检测表达及纯化后的目的蛋白。结果表明:Bfr由476个氨基酸组成,分子式为C_(1440)H_(2406)N_(476)O_(606)S_(85),相对分子质量为38808.87,理论等电点为5.25;无信号肽和跨膜区,二级结构包含α-螺旋(81.01%)、无规则卷曲(13.19%)、β-折叠(3.16%)和延伸链(1.90%);含有9个线性B淋巴细胞抗原表位和5个T淋巴细胞抗原表位,以及10个磷酸化位点和10个互作蛋白,Bfr和Bfrd蛋白表面匹配良好、结合稳定。试验成功克隆出Bfr基因,其大小约为476 bp,获得大小约为35 ku的高纯度重组蛋白Bfr。说明Bfr蛋白具有良好的反应原性,有可能成为鼠伤寒沙门氏菌的疫苗开发和疾病诊断的候选蛋白。

穿心莲糖苷水解酶基因ApGH的克隆、生物信息学分析及表达研究

目的:对穿心莲糖苷水解酶(ApGH)基因进行克隆、生物信息学分析、原核表达和相对表达量分析。方法:取穿心莲新鲜叶片,提取RNA并反转录为互补脱氧核糖核酸(cDNA)作为模板,以穿心莲转录组中筛选到的糖苷水解酶ApGH基因开放阅读框(ORF)设计特异性引物,进行聚合酶链式反应(PCR)扩增,经测序后获得的基因序列利用生物信息学软件预测基因编码蛋白特征,构建原核表达载体在大肠埃希菌中诱导表达目的蛋白质,并利用实时荧光定量PCR分析ApGH基因的表达模式。结果:克隆所得ApGH基因的ORF全长1734 bp,编码577个氨基酸(GenBank登录号:OR887606)。ApGH为稳定亲水蛋白质,无信号肽和跨膜结构域,属于糖苷水解酶家族;系统进化分析表明,ApGH归属于GH1家族。将ApGH基因构建到原核表达载体HIS-MBP-pET28a上,在大肠埃希菌Transetta(DE3)中成功表达出重组蛋白质。实时荧光定量PCR检测结果表明,ApGH基因在叶中表达量最高,茎和根中表达量较低。结论:克隆得到穿心莲ApGH基因并对其蛋白质序列特征进行了系统分析,证明其在大肠埃希菌中成功表达重组蛋白质,且主要在穿心莲叶中表达。研究结果为进一步探索穿心莲糖苷水解酶的催化功能提供了依据。

荔枝蒂蛀虫海藻糖酶基因克隆及生物信息学分析

【目的】海藻糖酶(Trehalase,Tre)是昆虫体内海藻糖代谢的关键酶,通过专一性地将海藻糖分解为葡萄糖,在昆虫能量代谢和生长发育中发挥着重要的作用。旨在克隆荔枝蒂蛀虫(Conopomorpha sinensis Bradley)可溶型海藻糖酶基因(CsTre1)和膜结合型海藻糖酶基因(CsTre2),探讨其在荔枝蒂蛀虫不同发育阶段和不同组织中的表达模式,解析这2个基因及其酶蛋白的分子特征。【方法】利用荔枝蒂蛀虫转录组数据和RACE技术,克隆CsTre1和CsTre2的全长cDNA序列,并应用ORF Finder、ProtParam、SignalP 4.1、ProtScale、NetPhos2.0 Server和IQ-TREE等软件对其进行生物信息学分析;采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析CsTre1和CsTre2在荔枝蒂蛀虫不同发育阶段及成虫不同组织的mRNA表达模式。【结果】CsTre1的开放阅读框(ORF)长1701 bp,编码566个氨基酸,蛋白分子量为64.53 kD。CsTre2的ORF长1821 bp,编码606个氨基酸,蛋白分子量为69.08 kD。信号肽预测分析表明,CsTre1和CsTre2前端均有1个信号肽,其位置分别为1-16和1-17。蛋白二级结构分析结果显示,二者均主要由α-螺旋和无规则卷曲组成,CsTre1有24个Ser、15个Tyr、10个Thr可能成为蛋白激酶的结合位点,而CsTre2有27个Ser、10个Tyr、13个Thr可能成为蛋白激酶的结合位点。RT-qPCR结果显示,CsTre在荔枝蒂蛀虫的蛹和成虫期均有表达。在成虫期中,CsTre1的表达水平远高于CsTre2,且CsTre1在雄成虫第2 d和第5 d的表达水平陡然下降,在雌成虫中则保持稳定高表达。【结论】该研究成功克隆了荔枝蒂蛀虫的2个海藻糖酶基因,其分子特征及表达模式结果表明,CsTre1可能是荔枝蒂蛀虫主要调控海藻糖代谢的基因。研究结果可为阐明海藻糖酶基因的功能提供重要线索,为开展害虫防治策略的研究奠定基础。

献血者HBVs基因变异的生物信息学分析

目的分析HBV DNA+/HBsAg-献血者的传染性指标、S区基因序列突变情况及生物信息学特征变化。方法通过PCR方法筛查出1份HBV DNA+/HBsAg-的标本,应用酶联免疫和化学发光方法检测该标本乙肝病毒5项指标,对该标本HBVs区基因片段测序并分析变异情况,应用分析软件对所测序列进行生物信息学分析。结果该标本HBV DNA+、HBsAg-、HBsAb+、HBeAg+、HBeAb-、HBcAb+;HBVs区基因序列内发生氨基酸单位点突变(P151L),空间结构发生改变。结论HBVs区基因序列空间结构改变,可能是导致检测结果出现血清学HBsAg-/HBsAb+/HBV DNA+的原因。

血管样本生物信息学分析鉴定烟雾病相关的潜在关键基因

目的本研究对烟雾病患者血管样本的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)进行生物信息学鉴定和分析,旨在探讨烟雾病的潜在发病机制。方法本研究以烟雾病和颈内动脉瘤患者大脑血管样本为研究对象。利用R语言线性模型微阵列数据(linear models for microarray data,limma)分析包对基因表达综合数据库(gene expression omnibus,GEO)中的GSE141025数据集进行分析,该数据集涵盖4例烟雾病患者和4例颈内动脉瘤患者的大脑中动脉和颞浅动脉样本各1个,共计16个样本。选择烟雾病患者的大脑中动脉、颞浅动脉及颈内动脉瘤患者的颞浅动脉共12个样本进行DEGs筛选。通过R语言功能富集分析工具包clusterProfiler,对筛选出的DEGs进行基因本体(gene ontology,GO)富集分析和京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)通路分析。利用STRING数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用(proteinprotein interaction,PPI)网络,并使用网络可视化软件Cytoscape进行蛋白质网络的可视化和枢纽基因筛选。结果本研究在烟雾病患者的大脑中动脉与颞浅动脉样本间鉴定出138个DEGs,包括18个上调基因和120个下调基因。GO富集分析显示,以上DEGs在细胞外基质、受体配体活性和生长因子活性等方面显著富集,可能与烟雾病相关的血管病变和神经保护机制有关。KEGG通路分析提示,DEGs主要在酪氨酸代谢通路中富集。通过PPI网络分析,共筛选出9个枢纽基因,包括骨膜蛋白(periostin,POSTN)、脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor,BDNF)、血小板衍生生长因子受体α(platelet derived growth factor receptor alpha,PDGFRA)、Thy-1细胞表面抗原(Thy-1 cell surface antigen,THY1)、ⅩⅤ型胶原蛋白α1链(collagen typeⅩⅤalpha 1 chain,COL15A1)、成纤维细胞生长因子7(fibroblast growth factor 7,FGF7)、光蛋白聚糖(l umi can,LUM)、层粘连蛋白α2亚基(laminin subunit alpha 2,LAMA2)和RELN(reelin)。此外,上调基因delta样典型Notch配体4(delta like canonical Notch ligand 4,DLL4)在本研究中首次被发现可能在烟雾病中扮演重要角色,或与烟雾病的病理性血管生成有关。结论细胞外基质、生长因子及其受体的表达失调等可能参与烟雾病的发病过程。DEGs分析筛选出的枢纽基因(POSTN、BDNF、PDGFRA、THY1、COL15A1、FGF7、LUM、LAMA2、RELN)以及DLL4可能在烟雾病的病理形成过程中发挥作用。

基于生物信息学分析干燥综合征伴发疲劳机制及中药预测研究

目的 从生物信息学角度分析干燥综合征(sjogren's syndrome,SS)伴发疲劳相关的生物标记物,探讨SS伴发疲劳的发病机制,并通过差异基因预测治疗SS伴发疲劳的潜在中药。方法 从基因表达数据库(gene expression omnibus,GEO)下载GSE66795数据集,使用R语言分析得到差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),对其进行基因本体(gene ontology,GO)及京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)富集分析,后通过STRING数据库、Cytoscape软件及其插件得到关键基因,将关键基因与医学本体信息检索平台相互映射,筛选出治疗SS伴发疲劳的中药。结果 共得到48个DEGs,包括46个上调基因和2个下调基因,并筛选出10个关键基因。GO和KEGG富集分析显示,这些基因多富集甲型流感、丙型肝炎、麻疹、冠状病毒-COVID-19等多条病毒感染通路。筛选出3类潜在中药,分别为清肝、补肾、清热解毒类药物。结论 通过对DEGs的分析加深了对SS伴发疲劳发生机制的认识,并为中药治疗本病提供了潜在基因靶标及思路。

基于生物信息学探讨精索静脉曲张相关性男性不育症与铁死亡相关的关键基因及潜在中药预测

目的利用生物信息学分析和识别精索静脉曲张(Varicocele,VC)相关性男性不育症与铁死亡相关的关键基因,并预测潜在治疗作用的中药。方法通过GEO、FerrDb、Genecards数据库及R软件获得VC相关性不育铁死亡的关键差异基因,并对关键基因进行富集分析。利用TCMSP数据库、HERB数据库检索关键基因对应的中药和化合物,运用Cytoscape 3.7.1软件构建关键基因-中药-化合物网络,并对网络进行拓扑分析。对纳入的中药进行性味归经统计,并分析用药规律。运用AutoDock Tools软件对核心化合物和关键靶点进行分子对接,并评估对接效能。结果最终获得了6种关键差异基因,富集分析显示主要通路集中在自噬通路、AMPK信号通路、mTOR信号通路、细胞衰老等。根据差异基因共匹配得到41种中药和342种化合物。性味归经统计分析,干预VC相关性男性不育症铁死亡的中药寒温并用,以苦、辛、甘味药为主,主要归肝、肾经,药效以清热利湿、行气活血、补肾填精为主。分子对接结果显示,化合物和关键靶点对接效能较好,对接能均<-4.5 kcal·mol^(-1)。结论通过研究发现枸杞子、杜仲、桑白皮、吴茱萸、鸡血藤等中药通过多成分、多靶点干预VC相关性男性不育症铁死亡,具有较好的调节作用,为后续深入研究中药干预铁死亡机制提供一定的思路和方向。

肿瘤潜在侯选靶标及标志物ADAM17的生物信息学分析

目的 采用生物信息学分析肿瘤组织潜在侯选靶标及标志物ADAM17的结构和功能特点。方法 运用ProtParam和ProtScale、STRING12.0、The Human Protein Atlas和cBioPortal等不同数据库,对人ADAM17理化性质、跨膜区域、信号肽、核定位序列、磷酸化和糖基化位点、亚细胞定位、二级/三级结构、蛋白互作网络、不同肿瘤组织中的表达以及遗传改变等进行分析。采用免疫组化对肺、结肠组织的肿瘤组织和正常样本ADAM17表达进行验证。结果 人ADAM17是由824个氨基酸构成的亲水性蛋白;分子式为C_(4066)H_(6356)N_(1124)O_(1277)S_(50),理论等电点为5.50,平均亲水性为-0.573;定位于细胞质,具有1个跨膜结构域、1个信号肽以及2个核定位序列;二级结构主要由不规则卷曲组成,存在89个磷酸化位点、5个N-糖基化位点和9个O-糖基化位点;广泛分布于正常组织中,并在膀胱尿路上皮癌、宫颈鳞状细胞癌、结肠癌(COAD)、肾透明细胞癌、肝脏肝细胞癌和肺鳞状细胞癌(LUSC)中高表达,能与金属蛋白酶抑制因子3、表皮生长因子等主要蛋白发生相互作用,参与肿瘤坏死因子、核因子-κB等信号通路。免疫组化验证结果显示,ADAM17在人肺、结肠正常组织中低表达,而在LUSC、COAD组织中高表达。结论 ADAM17可能是肿瘤的潜在候选靶标及标志物。

机器学习联合生物信息学鉴定骨关节炎细胞衰老关键基因及验证

背景:细胞衰老与骨关节炎的发生、发展密切相关,但具体作用靶点及调控机制尚不清楚。目的:综合生物信息学和机器学习方法挖掘细胞衰老介导骨关节炎的关键基因,并利用实验加以验证,探讨细胞衰老在骨关节炎中的作用。方法:从GEO数据库中获得骨关节炎基因表达谱以及从CellAge数据库中获得细胞衰老相关基因,二者取交集并提取交集基因表达量进行差异分析,然后对差异基因进行GO和KEGG分析,接着通过PPI网络分析和机器学习筛选骨关节炎细胞衰老关键基因,并进行体外细胞实验验证,采用qPCR方法检测关键基因的表达。结果与结论:①获得31个骨关节炎细胞衰老差异基因,GO分析显示主要参与白细胞分化调节、单核细胞分化、T细胞分化调节等生物过程,在DNA转录因子结合、组蛋白去乙酰化酶结合、染色质DNA结合、趋化因子结合中发挥作用;②KEGG分析表明骨关节炎细胞衰老差异基因主要在JAK/STAT信号通路、PI3K/Akt信号通路、FoxO信号通路中被激活;③通过PPI网络拓扑学分析和机器学习方法筛选出骨关节炎细胞衰老关键基因MYC;④体外细胞实验结果表明,实验组骨关节炎软骨细胞中MYC mRNA表达明显低于对照组(正常软骨细胞),差异有显著性意义(P<0.05);⑤结果表明,MYC可作为骨关节炎细胞衰老的关键基因,可能通过介导免疫应答、炎症反应和转录调控等成为骨关节炎防治的新靶标。

基于SSP1和TGFB1与食管腺癌发生、预后和免疫浸润关系的生物信息学分析

目的:分析基因表达综合(GEO)数据库和癌症基因组图谱(TCGA)数据库中食管腺癌(EAC)基因表达数据,阐明EAC发病的潜在核心基因与肿瘤淋巴细胞浸润的关系,为EAC的诊断和治疗提供分子靶标。方法:在GEO数据库检索“esophageal adenocarcinoma”,下载包括EAC和食管正常组织的高通量芯片数据集GSE13898、GSE26886、GSE74553和GSE92396。采用R软件的limma包筛选EAC组织和食管正常组织的差异表达基因(DEGs),并通过韦恩图获取共同DEGs,采用STRING数据库分析后导入Cytoscape软件筛选核心基因并构建蛋白-蛋白互作(PPI)网络,采用基因表达谱交互分析(GEPIA)数据库验证核心基因表达水平,采用阿拉巴马大学伯明翰分校癌症数据分析门户(UALCAN)和Kaplan-Meier Plotter数据库分析核心基因与EAC患者预后和临床资料的关联性,采用肿瘤免疫评价资源(TIMER)数据库分析核心基因与肿瘤免疫浸润的关系,采用基因本体论(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)对LinkedOmics数据库获得的核心基因中正相关表达基因进行功能和信号通路富集分析。结果:对GEO获得的4个数据集的DEGs取交集,共获得340个DEGs,其中上调基因127个,下调基因213个。经STRING数据库和Cytoscape软件筛选后,最终获得评分最高的关键核心基因分泌型磷蛋白1(SPP1)和转化生长因子β1(TGFB1)。GEPIA数据库分析,与食管正常组织比较,癌组织中SPP1和TGFB1 mRNA表达水平明显升高(P<0.01);SPP1低表达组EAC患者1、3和5年总体生存期均高于SPP1高表达组(HR=10.1,P<0.05;HR=3.09,P<0.05;HR=2.32,P<0.05),TGFB1低表达组EAC患者5年总体生存期高于TGFB1高表达组(HR=2.36,P<0.05)。UALCAN数据库分析,与食管正常组织比较,Ⅱ-Ⅲ期及N1-N2期淋巴结转移的EAC患者癌组织中SPP1和TGFB1 mRNA表达水平明显升高(P<0.01)。TIMER分析,SPP1和TGFB1 mRNA表达水平与EAC患者癌组织中巨噬细胞(r=0.353,P<0.01;r=0.187,P<0.05)和树突状细胞(r=0.236,P<0.01;r=0.221,P<0.01)浸润呈正相关关系。GO功能和KEGG信号通路富集分析,SPP1和TGFB1及其排名前50位正相关基因主要参与细胞迁移、细胞活性和血管发育等生物学过程及肿瘤蛋白多糖、细胞外基质(ECM)-受体互作和磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT)等信号通路。结论:SPP1和TGFB1与EAC患者临床分期、淋巴结转移和总体生存期有密切关联。SPP1和TGFB1高表达可能导致巨噬细胞和树突状细胞浸润,从而改变肿瘤微环境。SPP1和TGFB1可能成为EAC诊断和治疗的新靶点。

基于生物信息学分析骨肉瘤肺转移的关键基因和功能鉴定

目的:采用生物信息学的方法筛选骨肉瘤肺转移的差异表达基因,并探讨其功能及调控网络。方法:从GEO数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gds)中筛选数据集GSE14359,使用GEO2R在线工具筛选差异表达基因(differentially expressed gene,DEG);在线HMMD数据库(http://www.cuilab.cn/hmdd)下载骨肉瘤疾病相关的miRNA,FunRich软件预测靶基因,与DEG取交集,获得目标基因;根据靶向关系形成miRNA-mRNA关系对,数据导入Cytoscape可视化;DAVID对目标基因行GO和KEGG通路富集分析;STRING构建PPI网络,Cytoscape可视化,CytoHubba插件筛选中枢基因,在线网站进行表达和生存分析。结果:共鉴定出704个DEG,由477个上调基因和227个下调基因组成。FunRich预测出mRNA 7888个,两者交集,获得目标基因343个。KEGG富集分析显示:目标基因主要参与焦点粘连、细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)受体相互作用、肿瘤坏死因子(trmor necrosis factor,TNF)信号通路、PI3K-Akt信号通路、白细胞介素-17(interleukin 17,IL-17)信号通路、MAPK信号通路。获得10个中枢基因(CCNB1、CHEK1、AURKA、DTL、RRM2、MELK、CEP55、FEN1、KPNA2、TYMS),CCNB1、DTL、MELK和预后不良高度相关。结论:该研究确定的关键基因和功能通路可能有助于了解骨肉瘤肺转移癌发生和进展的分子机制,并提供潜在的治疗靶点。

广东紫珠matK基因的生物信息学分析

通过PCR扩增获得广东紫珠matK基因的完整核苷酸序列,利用生物信息学对matK基因进行开放阅读框、氨基酸组成、蛋白质跨膜结构区、亚细胞定位和结合区分析,预测信号肽、氨基酸亲/疏水性、氨基酸及高级结构预测,采用UPGMA算法对13种紫珠属植物构建系统进化树。结果表明,广东紫珠matK基因序列长度为1 524 bp,编码507个氨基酸,有10个开放阅读框;matK基因编码的成熟酶K蛋白含20种氨基酸,二级结构中α螺旋占49.11%、β转角4.45%、无规则卷曲28.21%,为不稳定亲水性蛋白;无信号肽、无跨膜结构,定位于叶绿体亚细胞器。系统进化聚类结果表明,广东紫珠与紫珠、Callicarpa mollis的亲缘关系较近。