增强UV-B辐射对小麦叶肉细胞核内F-actin的影响

以增强紫外线B(UV-B)处理的小麦幼苗叶肉细胞核为材料,以异硫氰酸荧光素标记鬼笔环肽(FITC-Ph)荧光标记后,利用流式细胞仪以及激光共聚焦显微镜,对核内肌动蛋白丝(F-actin)进行研究。结果表明:小麦细胞核内确实存在F-actin;以FITC-Ph标记后用流式细胞仪检测显示,以10.08kJ·m-2·d-1增强的UV-B处理后的小麦叶片细胞核内F-actin的含量升高;激光共聚焦技术显示细胞核内Factin的分布,发现小麦叶肉细胞核核仁处F-actin含量较高。推测可能是增强UV-B辐射导致细胞质内Factin骨架断裂进入细胞核。究其具体作用还待进一步研究,该研究推测其与"分束分裂"有关。

基于Transformer与距离图谱的泛癌细胞核图像分割

肿瘤细胞的密度、核质比和平均尺寸等指标对癌症的分级和预后有重要的意义.在计算病理学中,细胞核分割是肿瘤微环境分析的基础.通过对分割结果进行统计分析,对新的肿瘤标记物的探索有重大的意义.病理图像背景下的细胞核形态不规则,细胞核染色不均匀,且细胞核边缘之间存在黏连的问题,而现有的深度学习算法在细胞核主体分割正确的情况下,边缘的分割错误不会对总体的损失造成太大的影响,黏连的细胞核很容易被当作同一个分割目标.为了解决细胞核重叠问题,本文提出一种基于Transformer与距离图谱的分割模型,将Transformer中的核心多头自注意力机制与距离图谱引导算法相结合,重视细胞核内部,弱化细胞核边界,提升对图像局部和全局上下文信息的学习能力.本文方法在两个公开数据集上的平均Dice系数为0.7979、精度为0.7561、AJI系数为0.6672、Hausdorff距离为10.11.实验结果表明,相较其他分割算法,本文方法的性能更好,能够有效提高细胞核的分割精度,同时较好地解决了细胞核之间的黏连问题.

基于单细胞核转录组测序的多发性大动脉炎外周血单个核细胞图谱分析

目的基于单细胞核转录组测序(snRNA-seq)技术描绘多发性大动脉炎(TAK)外周血单个核细胞(PBMC)基因和功能的异质性改变,阐述TAK可能的免疫机制。方法收集确诊为TAK患者的PBMC共6例为疾病组(TAK组),同期就诊的健康人群6例PBMC为正常组(NC组)。基于snRNA-seq工作流程建库测序,下机数据采用R 3.6.2软件进行主成分分析(PCA)及t-分布随机邻域嵌入(tSNE)分析等手段对两组PBMC样本池的单个核细胞的基因表达进行检测。结果TAK患者PBMC的免疫细胞的相对比例和含量都发生了改变;高克隆TCR可高度同源性匹配整合素beta-3的氨基酸序列;T细胞介导的干扰素γ和TNFα通路显著上调;TNFRSF13B+记忆B细胞比例明显升高;所有细胞类型中单核细胞所形成的的配体受体相互作用始终最多。结论TAK的发生发展过程中PBMC参与了复杂的调节,多种免疫炎症因子异常表达,其中单核细胞在PBMC的相互作用中占据了重要地位。

细胞核生物力学研究进展

细胞核是细胞内最大、刚度最高的细胞器,也是遗传信息储存、复制和转录的中心场所,在生命活动调节方面发挥关键作用.研究表明,生物力学因素在细胞核结构和功能的动态变化调控中至关重要.核骨架蛋白和核孔复合体作为细胞核典型的力学响应组分,在维持细胞核形态结构的同时将细胞骨架传递而来的力呈递至染色质,进而影响染色质构象、基因表达等一系列细胞核相关活动,调控细胞功能.细胞核及其组分对应力信号的感知和转导已成为生物力学研究的前沿热点之一.为更深入地认识生理和病理状态下细胞核的力学特性,揭示其在细胞命运决定中的作用和机制,本文总结了细胞核生物力学相关的研究进展,重点介绍了细胞核骨架、核孔复合体和染色质的物理结构、力学响应过程、各组分的相互作用以及用于细胞核生物力学研究的技术进展,最后总结了细胞核与早衰综合症、神经退行性疾病和心血管疾病的关系,并对细胞核生物力学未来发展进行了展望.

细胞核程序性死亡-配体1在肿瘤发生发展及免疫逃逸中的作用和机制研究进展

程序性死亡配体1(PD-L1)作为一种Ⅰ型跨膜蛋白,在肿瘤细胞或肿瘤浸润免疫细胞中表达上调,并与T细胞上的程序性死亡受体-1(PD-1)结合导致T细胞功能障碍,引起肿瘤免疫逃逸。针对PD-1/PD-L1的免疫治疗在部分肿瘤中显示出良好的抗肿瘤作用,但不少肿瘤对此疗法无效果或很快产生耐药。最新研究发现PD-L1可转运至细胞核内,并在调节姐妹染色单体凝聚、免疫相关基因转录、细胞焦亡、肿瘤干细胞形成、细胞周期、细胞衰老和肿瘤血管形成等细胞生物学过程中发挥重要的作用。本文就目前细胞核PD-L1的新作用及机制进行综述,期望为以PD-L1为靶点开展的肿瘤免疫治疗研究提供新的思路和依据。

虚拟对抗训练的跨域块对比半监督细胞核分割

针对目前细胞核的半监督对比学习语义分割质量高度依赖于平滑、正确伪标签的预测等问题,提出了虚拟对抗训练的跨域块对比学习半监督细胞核语义分割方法。该方法将虚拟对抗训练(VAT)方法融入到跨域块对比学习半监督细胞核语义分割模型中用以提升网络预测伪标签的平滑度与准确度,并使用像素自加权的一致性正则化损失替换原有的人工设置高置信度阈值的一致性正则化损失,对图像中各像素的损失自加权,正确地对网络预测的伪标签进行有效利用。实验结果表明,在有标签图片比例为1/32,1/16和1/8下,该方法在MoNuSeg数据集上的医学图像分割评估指标Dice系数和Jaccard系数分别较CDCL模型提升了0.96百分点和1.11百分点,0.74百分点和0.85百分点,1.40百分点和2.00百分点,在DSB数据集上的Dice系数和Jaccard系数分别较CDCL模型提升了1.69百分点和2.27百分点,1.47百分点和2.19百分点,1.24百分点和1.77百分点。

基于可变形注意力transformer的胃肠癌病理图像细胞核自动分割方法

目的使用深度学习算法实现胃肠癌病理图像的细胞核自动分割,辅助后续病理图像的定量分析。方法以2022年1月—2022年2月在上海交通大学医学院附属瑞金医院就诊的59例胃肠癌患者为研究对象,采用python和LabelMe对患者的病理图像进行数据脱敏、图片切割和感兴趣区域标注,共纳入944张病理图像,标注了9703个细胞核。通过构建一种基于深度学习的新型语义分割模型,模型引入可变型注意力transformer(deformable attention transformer,DAT),实现了病理图像细胞核自动、精准、高效分割,并采用多种分割评价标准评估模型性能。结果模型分割结果的平均绝对误差值(mean absolute error,MAE)为0.1126,骰子系数(dice coefficient,Dice)为0.7215,其效果明显优于U-net基线模型,并领先于ResU-net++、R2Unet和R2AttUnet等模型,且分割结果相对稳定,泛化性好。结论本研究建立的分割模型能够精准识别并分割出病理图像中的细胞核,鲁棒性和泛化性较好,有助于在实际应用中辅助诊断。

对“动物体细胞核移植技术和克隆动物”一节中几个问题的解释

列举了“动物体细胞核移植技术和克隆动物”一节中的几个问题,结合文献对这些问题进行解释,以期为教学提供参考。

全尺度上下文融合网络用于医学细胞核分割

针对细胞核图像边界模糊、对比度低,且细胞间易发生粘连等特点而导致难以准确分割的问题,本文提出了一种全尺度上下文融合网络用于细胞核的精准分割。首先,该模型结合全局上下文信息,设计了一个高级金字塔传导模块,用于对跳跃连接进行重构,为解码器提供全局信息传导流;其次,在编码器顶部创新性地加入了尺度聚合模块,该模块通过自学习可以动态地为不同尺度的目标选择合适的感受野,更好地融合多尺度上下文信息;同时,为了更好地利用最有用的特征通道,在上采样阶段加入了通道注意力机制;最后,使用改进的混合损失函数解决类不平衡的问题。在Data Science Bowl 2018和TCGA 2个数据集上进行实验,结果表明,所提出的算法能够提高对细胞核的分割性能。

大单元视角下“细胞核的结构和功能”教学设计

以“细胞核的结构和功能”为例,在大单元视角下,以重要概念为单元教学主题,以相关的次位概念为课时教学主题,选择主线式情境,帮助学生建构合理的知识框架,提升学生解决问题的能力,发展学生的学科核心素养。

不同修复方法改善因固定不良引起细胞核灰染的比较

目的探索不同修复方法对改善因固定不良导致苏木精-伊红(HE)染色细胞核灰染的效果,提高HE染色质量。方法收集7例因固定不良导致HE染色细胞核灰染的胃肠镜活检小组织,重新切片,用磷酸盐缓冲液(PBS)高温高压、水煮,柠檬酸盐修复液高温高压、水煮以及乙二胺四乙酸(EDTA)抗原修复液高温高压、水煮6种方法修复后行HE染色,以此设为对照,比较各种方法的染色效果。结果6种方法都可以改善细胞核灰染的问题,同时使组织中幽门螺杆菌更易于观察,以PBS缓冲液和柠檬酸盐修复液高温高压修复效果较好,EDTA抗原修复液高温高压和水煮都有细胞核挤压变形,胞质被破坏的现象。结论PBS缓冲液和柠檬酸盐修复液高温高压都可以较好地改善细胞核灰染问题,并使幽门螺杆菌更易于观察。

肝细胞核因子-1b在糜烂性毒剂2-氯乙基乙基硫醚诱导急性肺支气管上皮细胞损伤中的作用及其机制

目的:探讨肝细胞核因子-1b(HNF-1b)在糜烂性毒剂2-氯乙基乙基硫醚(CEES)诱导人源性肺支气管上皮细胞(BEAS-2B)损伤中的作用及其机制。方法:用不同浓度(0、0.4、0.6、0.8、1.0和1.2 mmol/L)的CEES染毒BEAS-2B细胞24 h,使用CCK-8法检测细胞活力,光镜下观察细胞形态,分别采用DCFH-DA和MitoSOX荧光探针检测细胞总活性氧(ROS)和线粒体ROS水平。Western blot检测BEAS-2B细胞中HNF-1b蛋白的表达。再利用慢病毒感染技术构建过表达HNF-1b的BEAS-2B细胞系,用1 mmol/L CESS处理24 h后,分别采用CCK-8法测定细胞活力,Annexin V-FITC/PI双染法检测细胞凋亡率,MitoSOX和DHE荧光探针检测线粒体ROS和细胞总ROS水平,JC-1染色法检测线粒体膜电位。结果:与对照组比较,0.6~1.2 mmol/L CEES染毒后细胞活力均降低(P<0.01);细胞形态发生损伤性改变;0.8~1.2 mmol/L CEES染毒后细胞总ROS和线粒体ROS水平均增加(P<0.01);CEES染毒组细胞HNF-1b蛋白表达水平显著下调(P<0.01)。慢病毒转染后,与对照组正常细胞相比,CEES染毒组HNF-1b过表达细胞的细胞活力显著增加(P<0.01),细胞凋亡率降低(P<0.01),线粒体膜电位的损伤缓解,且线粒体ROS和细胞内总ROS水平显著降低(P<0.01)。结论:糜烂性毒剂CEES能够导致肺支气管上皮细胞中HNF-1b表达降低,过表达HNF-1b能够减轻CEES诱导的细胞损伤和凋亡,抑制线粒体功能障碍,其机制可能与抗氧化有关。上述结果提示HNF-1b可能是糜烂性毒剂导致肺损伤的新靶点,激活HNF-1b可能是糜烂性毒剂毒性靶点治疗的新策略。

核心素养视域下的课堂教学实践——以《细胞核的结构和功能》为例

生物学学科核心素养四个要素是教师开展课堂教学的关键目标,各个维度互相联系、互相促进。本文以《细胞核的结构和功能》一节为例,对课堂教学现状进行探析,并思考落实不同维度生物学学科核心素养的教学策略,以期为核心素养视域下的课堂教学实践提供参考。

基于弱监督的细胞核图像分割算法

细胞核分割在组织病理学图像分析中扮演着重要的角色。基于像素级别标注的细胞核图像分割算法已经取得了显著的效果,但由于细胞核数量众多且体积较小,标注工作量大,很难获取高质量数据集。因此,提出了一种基于弱监督的细胞核图像分割算法,仅对部分细胞核进行点标注就可以完成细胞核图像的分割任务。为了能够利用部分点进行分割,首先训练一个检测模型来获取所有细胞核的位置,然后基于检测结果生成两种伪标签用于细胞核分割。实验结果表明,与基于像素级别标注的细胞核图像分割算法相比,文章的方法在保证分割性能的同时大大降低了标签标注工作量。

基于双路特征的宫颈细胞核分割

宫颈细胞核的分割问题研究对宫颈癌筛查诊断具有重要意义,但受边缘模糊及存在干扰物影响给分割任务带来了巨大挑战。针对此问题提出一种基于DeepLabV3+网络的细胞核分割方法,首先充分利用主干网络的输出进行多尺度特征融合,并引入注意力机制,构建了细胞团分割模型,以减少背景中干扰物对细胞核分割的影响;基于此设计了融合Transformer与ResNet50的双路特征提取模块,兼顾模型对全局信息的获取及低层上下文特征的敏感度,提高了模型对细胞核与干扰信息的辨别能力。实验结果表明,算法在宫颈细胞核的分割任务中取得了良好的分割效果,均交并比为0.8329,较DeepLabV3+模型提高了2.33%,且与其他方法相比获得了更优的性能指标。

肾透明细胞癌数字病理图像细胞核ISUP分级预测

针对全切片数字病理图像中的肾透明细胞癌进行精准的细胞核分级并改善肾癌的治疗和预后,提出了一种基于多尺度通道信息拼接与融合残差网络的ccRCC病理图像国际泌尿病理学会核分级方法。通过多尺度通道信息拼接将不同阶段的语义信息进行融合,从而在不损失深度信息的同时提取更多的浅层特征,实现更准确的分类效果。实验收集了90例病人的肾组织病理切片,对WSI图像进行裁切和增强后,按照4:1的比例分成训练集和测试集。在训练集上对CSFNet卷积神经网络模型参数进行迭代优化,并在测试集上验证模型性能。实验结果表明,提出的CSFNet模型鉴别ISUPⅠ级、ISUPⅡ级、ISUPⅢ级和正常病理图像的宏平均AUC与微平均AUC分别为0.9758和0.9794,准确率为88.00%,精确率为88.36%,召回率为86.67%,F1分数为87.32%,且优于其他主流的分类网络模型,因此,本文所提出的肾透明细胞癌病理图像ISUP细胞核分级模型有良好的诊断效能,具有潜在的临床应用价值。

大豆细胞核雄性不育基因MS6的功能验证及不育新种质创制

杂种优势利用是显著提高作物产量的有效途径之一,其中不育系的创制与利用,对作物杂交种的选育及生产起着至关重要的作用。基于细胞核雄性不育基因的作物杂交育种技术与传统杂交育种技术相比,具有制种安全、组合自由、杂交种育性稳定等优点,已在玉米、水稻等作物中广泛应用,这为大豆杂种优势利用提供了新思路。前期在大豆中图位克隆了1个编码R2R3-MYB转录因子的细胞核雄性不育基因MS6,本研究在此基础上,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,设计两个基因编辑靶点,在大豆品种Williams82中对MS6基因进行敲除;进一步通过对转基因后代植株的表型观察、花粉及育性鉴定、基因敲除位点分析,验证MS6基因调控大豆花粉形成及雄性育性的功能,最终获得稳定遗传的大豆ms6核不育新种质。这为进一步建立基于MS6基因的大豆第3代杂交育种技术系统,实现强优势杂交种的高效创制,提供了理论和技术参考。

表皮-钙黏蛋白、增殖细胞核抗原在来曲唑诱导大鼠多囊卵巢综合征模型卵巢中的表达

目的:探讨大鼠多囊卵巢综合征(PCOS)模型表皮-钙黏蛋白(E-cadherin)、增殖细胞核抗原(PCNA)表达情况及意义。方法:6周龄SD清洁级雌性大鼠12只,随机分为来曲唑处理组((印)n(正)=6)和正常对照组((印)n(正)=6),来曲唑处理组用来曲唑1 mg/kg灌胃造模,正常对照组给予同等剂量溶剂灌胃,连续处理21天后,麻醉剂量处死,HE染色观察卵巢形态,免疫组织化学染色方法检测E-cadherin、PCNA蛋白定位,蛋白印迹检测E-cadherin、PCNA蛋白表达。结果:正常对照组卵巢视野中可见各阶段发育卵泡,来曲唑处理组卵巢仅有多个大小不等的空卵泡生长,内颗粒细胞层数较对照组明显减少;E-cadherin、PCNA蛋白均定位在细胞质和细胞核;蛋白印迹检测发现,PCNA蛋白来曲唑处理组表达明显低于正常对照组,E-cadherin蛋白来曲唑处理组表达高于正常对照组,且差异均有统计学意义((印)P(正)<0.05)。结论:来曲唑诱导大鼠PCOS模型卵巢中,PCNA蛋白表达降低,E-cadherin蛋白表达增加,可能使卵巢颗粒细胞增殖能力下降。

单细胞核测序揭示成年小鼠心脏构成细胞的分群及占比

目的:利用单细胞核测序技术分析成年小鼠心脏构成细胞的分群,以及各群细胞所属类别、相对特异标记基因及各细胞群在心脏构成细胞的占比,旨在为阐明不同类型心脏构成细胞之间的相互作用奠定基础。方法:选择2月龄的C57BL/6J小鼠心脏用于心脏构成细胞的细胞核制备。使用10×Genomics单细胞测序技术对经制备的心脏细胞核进行测序。使用Cellranger将测序的原始数据解析为fastq文件,生成feature-barcoded定量矩阵进行数据整合及基因表达分析等。利用Seurat对经Cellranger分析处理的数据进行质控、标准化、降维、tSNE聚类、细胞类别注释及具体细胞分群可视化处理。结果:成年小鼠心脏细胞可分为19群,共10个细胞种类,占比较大的细胞分别为内皮细胞(39.46%)、心肌细胞(26.56%)和成纤维细胞(13.46%),合计占心脏细胞总数的79.48%。标记基因鉴定发现,内皮细胞前两位的特异性标记基因为Pecam1和Cdh5基因,心肌细胞的特异性标记基因为Actn2和Tnnc1基因,而成纤维细胞则为Col1a2和Col3a1基因。结论:成年小鼠心脏主要由10种细胞构成,其在心脏的占比不同,血管内皮细胞、心肌细胞及成纤维细胞是位列前3位的构成细胞。每种构成细胞均存在相对特异的标记基因。

基于对比学习和轮廓引导U-Net的细胞核分割

针对细胞核分割中遇到的细胞核边缘模糊和重叠问题,提出一种基于对比学习和轮廓引导U-Net的细胞核分割方法。首先,为解决已标记数据不足的问题,提出全局和局部特征对比学习,利用未标记病理图像的全局特征和局部特征进行对比学习。然后,为提高U-Net的分割性能,提出轮廓引导的U-Net对每层编码器的轮廓特征进行融合,并利用融合后的轮廓特征和Jeffreys散度驱动的主动轮廓方法引导和辅助细胞核分割。最后,利用全局和局部特征对比学习与轮廓引导的U-Net进行交替训练,将置信度较高的未标记数据作为伪标签,混入到已标记数据中,再使用轮廓引导的U-Net进行分割训练。实验结果表明,该分割方法能够有效提高细胞核分割的准确性,具有较为稳定的分割性能。