基于生物信息学构建前列腺癌单细胞层面lncRNA-miRNA-mRNA调控网络

利用生物信息学筛选差异表达基因(Differentially Expressed Genes,DEGs),构建前列腺癌(Prostate Cancer,PCa)单细胞层面lncRNA-miRNA-mRNA调控网络,在分子水平上研究前列腺癌的发生发展过程及预后指标。首先从基因表达综合数据库(GEO)和癌症基因组图谱(TCGA)数据库分别下载单细胞RNA测序数据GSE157703和转录组测序数据TCGA-PRAD,通过R语言筛选差异表达信使RNA(DEmRNA)和差异表达长非编码RNA(DElncRNA),利用相关软件预测并构建lncRNA-miRNA-mRNA调控网络;然后使用R语言进行基因本体论(Gene Ontology,GO)和京都基因与基因百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)分析,运用STRING数据库、Cytoscape软件建立蛋白相互作用网络,同时对单细胞RNA测序数据进行质控、降维、聚类和分群,构建单细胞层面的lncRNA-miRNA-mRNA调控网络;最后进行生存分析,通过人类蛋白质图谱进行验证。结果显示,共得到3013个DEmRNA和1101个DElncRNA,筛选出51个lncRNA、27个miRNA和97个mRNA构建lncRNA-miRNA-mRNA调控网络。GO分析揭示靶基因在腺状细胞迁移、化学突触传递的调节等生物学过程富集,KEGG分析揭示miRNA在癌症、轴突导向和胞间的黏附等信号通路富集。通过PPI得到Top 10基因,据此整合单细胞水平上PCa单细胞转录组测序数据,得到包括肿瘤细胞在内的9个细胞群的多条精确的lncRNA-miRNA-mRNA调控轴。生存分析结果显示,ITGA2、PDLIM5H和PRRG4低表达组的无病生存期显著高于高表达组(P<0.05),免疫组织化学验证了上述基因在肿瘤组织中均有不同程度的表达。本研究成功构建了PCa单细胞水平的lncRNA-miRNA-mRNA调控网络,并发现其不仅参与PCa的发生和发展,同时在临床预后预测方面也有重要意义。

考虑电力网络约束的工业园区虚拟电厂调控边界求解方法

构建以新能源为主体的新型电力系统,亟须挖掘负荷侧灵活调节资源参与电网调控。含电解铝、矿热炉等高耗能负荷的工业园区具备良好的调控潜力,但是考虑园区内部电力网络约束,其精确调控边界求解面临着变量维数高、约束非线性的难题,现有方法不能较好地兼顾计算效率和精度。对此,文中将上述问题抽象为高维非线性状态空间在P-Q耦合平面的投影问题:分别建立考虑工业园区安全运行线性化和非线性约束的调控边界投影求解模型,采用一种新颖的高维状态空间投影算法,通过顶点“搜索-映射”的两步式求解过程,得到工业园区型虚拟电厂调控边界的精确投影。算例结果表明,采用所提方法求解的调控边界可由线性不等式组完全表征,与现有调度系统完全兼容,结合与叠加柔性资源调控能力和传统采样方法的对比,验证了该方法的可行性以及高求解精度和效率。

基于长链非编码RNA调控ceRNA网络的缺血性脑卒中相关分子机制

目的:利用生物信息学分析筛选缺血性脑卒中(IS)的差异表达基因,构建竞争性内源RNA(ce RNA)调控网络,探讨IS的相关分子机制。方法:从GEO数据库下载IS相关的mi RNA、m RNA和lnc RNA测序数据,借助R软件获取差异基因,通过star Base、mi RDB和mi Rwalk数据库进行lnc RNA-mi RNA和mi RNA-m RNA关系预测,并构建ce RNA网络。预测与差异分析的结果取交集后筛选出差异靶基因(DETm RNAs),利用DAVID数据库进行KEGG和GO富集分析,String数据库构建蛋白互作网络(PPI),采用Cytoscape软件识别核心靶基因。结果:共筛选出存在明显差异表达的mi RNAs 20个,m RNAs 1512个,lnc RNAs 278个,并成功构建了5lnc RNAs-6mi RNAs-102m RNAs互作的ce RNA网络。筛选出的285个DETm RNAs所富集的功能主要包括染色质的组织、磷蛋白磷酸酶活性的负向调节和细胞周期等生物学过程,涉及白细胞经内皮迁移、血小板激活等信号通路,最终识别出排名前10的核心靶基因为CREB1、MAPK1、GSK3B、SP1、PIK3R1、NR3C1、NCOR1、NFATC1、SETD2、NSD1。结论:构建ce RNA网络有助于进一步认识IS的分子机制和筛选潜在的生物标志物,为后续康复治疗靶点的确定和制定康复策略提供一些线索。

基于单细胞RNA测序数据的基因调控网络推断算法综述

通过基因表达的变化可以推断基因调控网络.单细胞RNA测序(scRNA-seq)为推断细胞周期或分化等时间依赖性生物过程的基因调控网络提供了新的可能性,基于scRNA-seq数据的基因调控网络推断算法成为一个相对活跃的研究方向.本文首先对26种基因调控网络推断算法进行介绍,包括3种针对批量RNA测序数据的推断算法和23种针对scRNA-seq数据的推断算法(基于布尔网络的算法2种、基于微分方程的算法3种、基于伪时序基因相关性集成策略的算法5种、基于共表达基因的算法4种、基于细胞特异性的算法3种、基于深度学习的算法6种),详细描述了每类算法的方法原理和算法优缺点,对算法进行综合比较;然后分析了推断算法比较研究的相关成果,并使用scRNA-seq数据简单评估了26种算法的性能;最后探讨当前基因调控网络推断算法面临的机遇与挑战.

基于d3.js的miRNA调控网络图绘制模块的设计

对d3.js类库绘图功能进行研究,设计并实现了miRNA调控网络图绘制模块。模块能够将存储在数据库中的miRNA及其调控的靶基因等相关数据读取出来并形成JSON文件,结合d3.js可视化库,绘制有向的网络图及权重网络图。通过网络图能够在有限空间内更加清晰地展示miRNA及其靶基因之间的关系。

胃癌中circRNA相关ceRNA预后调控网络的生成方法

为描述胃癌中circRNA相关的竞争内源性RNA(ceRNA)调控网络,从GEO和TCGA数据库中检索胃癌circRNA,miRNA,mRNA表达谱,识别差异表达的RNA,利用加权基因共表达网络(WGCNA)鉴定关键模块.对关键模块基因做Lasso-Cox回归分析,同时进行生存分析.差异表达分析鉴定了115个circRNA和628个miRNA,WGCNA构建15个circRNA模块和11个mRNA模块.Lasso-Cox分析筛选出4个mRNA.筛选了一系列失调的circRNA,miRNA和mRNA,构建了胃癌中circRNA相关的ceRNA网络.构建的网络有助于加深对circRNA相关调控机制的理解.

基于t检验和逐步网络搜索的有向基因调控网络推断算法

为了克服基于条件互信息的路径一致算法(PCA-CMI)无法识别调控方向的缺陷,并进一步提高网络推断准确率,提出了一种基于t检验和逐步网络搜索的有向网络推断算法(DNI-T-SRS)。首先,对不同实验条件下的表达数据进行t检验以辨别基因调控的上下游关系,指导路径一致(Path Consensus)算法中条件基因的选取,根据CMI2(Conditional Mutual Inclusive Information)剔除网络中的冗余边,得到了基于t检验的有向调控关系推断算法CMI2NI-T(CMI2-based Network Inference guided by t-Test);然后,建立有向调控关系对应的米氏微分方程模型对数据进行拟合,根据贝叶斯信息准则进行逐步网络搜索以修正网络推断结果。利用CMI2NI-T推断DREAM6挑战中的两个测试网络,所得到的曲线下面积(AUC)分别为0.7679和0.9796,相较于PCA-CMI分别提高了16.23%和11.62%;通过进一步的数据拟合后DNI-T-SRS的推断准确率分别达到了86.67%和100.00%,相较于PCA-CMI分别提高了18.19%和10.52%。实验结果表明,所提DNI-T-SRS算法能够有效剔除间接调控关系并保留直接调控连接,得到精确的基因调控网络推断结果。

细菌sRNA来源、作用机制及调控网络研究进展

通过发酵生产工业产品一直是细菌等微生物的研究热点,但是发酵过程中存在的代谢副产物和环境胁迫等问题,限制了工业菌株的发展。sRNA是细菌中普遍存在的一类调控性非编码RNA,它们与核糖开关、双组分系统、转录因子等其他调控元件共同构成了细菌中的复杂调控网络,在代谢调控和抗胁迫中都发挥着异常重要的作用。文章对细菌中sRNA的来源、作用机制以及在调控网络中的角色进行了详细总结,有助于更好地解析细菌的代谢途径及发酵过程中受到的环境限制,对构建低毒力、高鲁棒性菌株,助力工业产品的发酵生产有重要参考意义。

肺腺癌动态5节点ceRNA调控网络预测及机理分析

目的:构建肺腺癌发生发展过程中的动态五节点ceRNA调控网络,挖掘核心基因,为肺腺癌诊断及预后提供新思路。方法:从TCGA及GEO数据库获得肺腺癌mRNA、lncRNA、miRNA、circRNA、TF表达数据,将患者样本根据临床分期分为癌旁样本、早期样本(stage I期)、晚期样本(stage II、III、IV期),并将癌旁与早期、早期与晚期分别进行差异分析,将两组差异结果取交集,基于ChipBase、HOCOMOCO V11、AnimalTFDB、GTRD、TransmiR、TRRUST、CircBank、Starbase、miR2Disease、miRecords、miRTarBase和TarBase、LncBase、LncLocator数据库获得调控关系对,构建五节点ceRNA调控网络,对网络中的靶基因进行GO富集以及构建PPI网络挖掘核心基因。结果:构建了随分期动态变化的LUAD 5节点ceRNA调控网络,网络中的靶基因主要富集在脂肪酸代谢和突触成熟等生物过程中,最后获得与肺腺癌发生发展有关的8个核心基因NEFL、RBP4、FGA、SLC2A1、ALB、AFP、SLC7A5、DKK1。结论:调控网络中靶基因富集的相关通路以及8个核心基因NEFL、RBP4、FGA、SLC2A1、ALB、AFP、SLC7A5、DKK1为肺腺癌发生发展过程的机制分析、诊断及预后提供新思路。

不同脑网络经颅直流电刺激方案对健康成年人步态特征的特异性调控效果研究

目的:基于额顶网络(FPN)、背侧注意网络(DAN)、默认网络(DN)三个步态相关脑网络,制定不同的脑网络经颅直流电刺激(Network t DCS)方案以期实现特异性调控步速和步态变异性、提高步行功能的目的。方法:本研究招募健康成年人,随机分3组,分别接受不同的刺激方案:兴奋FPN抑制DN(FPN+/DN-t DCS)、兴奋DAN抑制DN(DAN+/DN-t DCS)、假刺激(Sham)。在刺激前和刺激后即刻进行常速、快速和双任务条件的步态任务测试。采用双因素重复测量方差分析评估三种刺激方案对不同条件下的步态时空参数和步态变异性的影响。结果:本研究共纳入72例受试者,其中64例完成测试。干预前后常速、快速和双任务步行条件下步态时空参数指标和常速步行条件下步态变异性的改变均无显著交互效应。快速步态任务中,步幅变异性(F=3.671,P=0.031)和双支撑时间变异性(F=3.879,P=0.026)存在显著交互效应;双任务步行条件下,步宽变异性(F=3.940,P=0.025)、步速变异性(F=3.936,P=0.025)和双支撑时间变异性(F=4.913,P=0.011)存在交互效应。结论:DAN+/DN-t DCS可有效降低健康成年人复杂任务的步态变异性、提升步态稳定性;但FPN+/DN-t DCS方案并未特异性提升不同条件下的步速水平。

一个二维基因调控网络的稳定性和分岔分析

基于动力系统理论分析一个二维基因调控网络的稳定性和分岔。首先,给出系统平衡点存在的条件并分析平衡点的稳定性。其次,分析该系统经历余维1的Hopf分岔、Saddle-node分岔以及余维2的Bogdanov-Takens分岔的条件。最后,用余维1、余维2分岔图和相图验证了理论结果的正确性。

外泌体调控网络与卵巢癌侵袭和转移关系的研究进展

卵巢癌是死亡率最高的妇科恶性肿瘤,侵袭性和转移性是其预后不良的主要原因之一,大多数患者确认时已处于晚期。肿瘤细胞的持续生长、扩散和迁移依赖于组织环境中细胞与细胞间的交流,而外泌体内含多种介导肿瘤细胞与组织环境交流的物质。近年发现,外泌体调控网络与诱导上皮-间充质转化、细胞增殖和迁移、血管生成及重塑、免疫抑制和逃离免疫监视等参与卵巢癌侵袭及转移的过程密切相关。未来可对参与上述过程的机制进行深入研究,以期为卵巢癌的早期诊断、有效治疗、预后改善提供新思路。

基于GEO数据库和转录因子调控网络的结核病药物作用靶点筛选及其作用机制

目的基于GEO数据库和转录因子调控网络筛选抗结核病药物及药物作用靶点。方法通过NCBI的GEO数据库,筛选结核病患者和健康者之间差异表达的基因;通过AnimalTFDB 3.0数据库预测差异表达基因中的转录因子,并构建转录因子调控网络;通过调控网络中的关键基因筛选相关miRNA,并筛选关键节点,初步阐明结核病致病的分子机制。结果通过GEO数据库检索,筛选出的差异表达基因为784个;通过AnimalTFDB 3.0数据库筛选出23个转录因子和对应的790个靶基因,构建了转录因子-靶基因的调控网络;通过TargetScanHuman 7.2查询到关键节点对应的miRNA,构建“转录因子-靶基因-miRNA”调控网络,筛选出4个结核病药物靶点(EP300,CREBBP,ELAVL1,HSP90AA1),阐明了其与转录因子和miRNA之间的调控机制。结论通过构建结核“转录因子-靶基因-miRNA”网络,筛选出结核病新的潜在药物作用靶点——EP300、CREBBP、ELAVL1、HSP90AA1;同时发现,EP300、CREBBP、HSP90AA1通过激活转录因子STAT2,导致机体内炎症因子TNF-α水平增高,进而抑制了miR-9-5p的表达;而基因ELAVL1直接抑制miR-9-5p的表达,并且与NOD-like receptor signaling pathay通路密切相关,导致结核病的发生发展。

网络舆情如何塑造公众观点和态度及其调控途径

随着互联网的迅猛发展,网络舆情已经成为影响公众观点和态度的重要因素。在中国,网络舆情通过社交媒体、论坛、新闻网 站等平台迅速传播,极大地影响了公众对事件和政策的看法。本文探讨了网络舆情对公众观点和态度的影响机制,分析了舆情的 传播特点和社会效应。此外,还研究了如何有效调控网络舆情,以促进社会稳定和谐。通过梳理相关文献,本文提出了综合运用 技术手段和管理策略,建立多层次、多维度的舆情监控与引导体系,以应对复杂多变的网络舆情环境。

基于circRNA调控网络探讨ITGB1诱导胃癌耐药的作用机制

目的基于circ RNA-mi RNA-ITGB1调控网络探讨ITGB1诱导胃癌耐药的作用机制。方法收集21例胃癌患者的肿瘤组织样本,应用实时荧光定量PCR检测ITGB1基因的表达水平,采用circ RNA测序比较ITGB1高表达和低表达患者间的差异circ RNA。将si-circ_0027189、si-miR-455和si-NC分别转染至BGC-823细胞,分为si-circ_0027189组、si-miR-455组和si-NC组。检测各组细胞circ_0027189、miR-455和ITGB1表达水平以及对奥沙利铂的敏感性。结果circRNA调控网络显示,circ_0027189通过miR-455调控ITGB1表达。与si-NC组比较,si-circ_0027189组细胞circ_0027189和ITGB1表达水平降低,miR-455表达水平升高,对奥沙利铂的敏感性降低。与si-NC组比较,si-miR-455组细胞miR-455表达水平降低,ITGB1表达水平升高,对奥沙利铂的敏感性增加。结论circ_0027189通过靶向抑制miR-455表达,提高ITGB1表达水平,最终增加胃癌细胞的耐药性。

基于miRNA-gene调控网络的miRNA重要性评估

MicroRNAs(miRNAs)是一类非编码短序列RNAs分子,它能够与靶基因特异性结合,进而影响靶基因对应的蛋白质产量。单个miRNA可能调节多个基因的表达,同时,单个基因的表达也可能被多个miRNAs所调控。已有研究表明,miRNA可以作为潜在的肿瘤标志物用于癌症的早期诊断和治疗。评价不同miRNAs的重要性对于探究miRNA在各种疾病中的作用具有重要的意义。因此,文章基于miRNA与基因之间的调控网络,提出了一种miRNA重要性评价指标。通过对该指标对miRNAs进行打分排序,排名靠前的miRNAs与疾病相关可能性越大,GO富集分析结果表明,排名靠前的miRNAs具有重要的生物学功能。基于排名靠前的100个miRNAs表达特征,训练SVM分类模型对各种癌症进行分类,实验证明其平均精度达到90%以上。总之,文章提出的miRNA重要性指标对于疾病相关miRNAs的识别以及应用具有重要的指导意义。

融合贝叶斯网络与变权AHP的气量调控系统安全风险动态分析方法

针对往复压缩机组无级气量调控系统故障率较高、对机组安全运行影响大,而现有系统运行风险评价方法难以完成实时、定量分析的问题,提出一种融合贝叶斯网络与变权AHP的气量调控系统安全风险动态分析方法。建立了包含故障类型、故障模式与监测信号的贝叶斯网络模型,得到故障实时发生概率;基于变权层次分析法建立了故障危害性半定量分析模型,计算故障模式影响量化指标;进一步,修正了FMEA方法故障模式风险计算公式,引入故障发生概率,提出了历史故障与实时运行风险计算方法。以实际故障案例数据进行测试验证,结果表明,提出的新方法可量化计算机组实时与历史运行风险,设置归一化的实时运行风险阈值为0.5,以判定检修必要性。研究成果可为往复压缩机及气量调控系统检维修计划的制定提供量化指标。

自噬相关基因在原发性老年性骨质疏松症骨髓间充质干细胞的表达及调控作用网络研究

目的 基于基因组芯片数据,研究自噬相关基因(ARG)在原发性老年性骨质疏松症(OP)骨髓间充质干细胞的表达水平,并探讨其在基因组的调控作用网络。方法 从GSE35959中分析原发性老年性OP骨髓间充质干细胞的差异表达基因(DEG),结合人类自噬数据库(HADb)筛选出原发性老年性OP骨髓间充质干细胞差异表达的自噬相关基因(AR-DEG),利用STRING 11.0数据库建立蛋白质-蛋白质相互作用网络(PPI),利用Network Analyst建立转录因子-基因-miRNA共表达网络和环境化学物-AR-DEGs调控网络。结果 2 866个原发性老年性OP的DEG参与了该疾病的发生发展,其中上调基因2 592个(90.44%),下调基因274个(9.56%)。获得31个原发性老年性OP的AR-DEG,均呈高表达状态。肿瘤蛋白53(TP53)、表皮生长因子受体(EGFR)、泛素C(UBC)、周期蛋白依赖激酶抑制因子1A(CDKN1A)对原发性老年性OP具有重要的生物学作用。自噬机制影响原发性老年性OP过程中,会受到转录因子、miRNA、环境因素的深度影响。结论 自噬相关基因的过表达参与了原发性老年性OP发生进展的过程,该过程与免疫功能具有一定联系,且受到多种转录因子、miRNA、微量元素和环境化学物的影响,但上述调节机制仍需要深入研究探讨。

基于加权基因共表达网络分析探索射血分数保留的心力衰竭中微RNA功能模块和分子调控网络

目的通过生物信息学方法探索射血分数保留的心力衰竭(HFpEF)潜在的生物标志物和治疗靶点。方法使用NCBI-GEO数据库检索获得GSE53437高通量测序数据进行分析。通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)获取与HFpEF密切相关的基因模块和核心微RNA(miRNA),利用miRNet数据库预测核心miRNA的靶向mRNA。应用R语言“clusterProfiler”程序包对靶基因进行KEGG通路和基因本体论(GO)富集分析。最后采用STRING数据库和Cytoscape软件构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络和miRNA-mRNA基因网络。结果在基因模块与疾病相关性分析中,棕色模块与HFpEF的相关系数(r)绝对值为0.37,P值为3e-4,具有最高的正相关性。各基因模块的基因显著性(GS)分布显示,棕色模块具有最高的GS值。模块内分析显示,棕色模块的模块相关性(MM)与GS之间密切相关(r=0.61,P值为7e-52)。以MM>0.85且GS>0.40为条件,共筛选出17个与HFpEF高度相关的核心miRNA。应用miRNet数据库预测到1578个靶向mRNA。GO注释分析结果显示,该组基因参与的生物学过程包括造血调控、T细胞激活和细胞组分大小调控等,涉及的细胞成分包括转录调控复合物、运输囊泡、早期内体等的构成,分子功能主要富集在DNA结合转录抑制因子活性/RNA聚合酶Ⅱ特异性、泛素蛋白连接酶结合和生长因子活性等方面。KEGG通路分析结果显示,该组基因主要富集于Hippo信号通路、ErbB信号通路、TNF-α信号通路、Ras信号通路等。miRNA-mRNA基因网络分析显示,miRNA-3188与UBA52、HDAC2、PSMF1和SUFU相互作用,miRNA-3909与HDAC2、PSMF1、SUFU和RELA相互作用,miRNA-762与PSMF1、SUFU和RELA相互作用,miRNA548b-3p与UBA52、HDAC2和PSMF1相互作用,miRNA-3198与UBA52、PSMF1、SUFU和RELA相互作用。结论本研究可能有助于阐释HFpEF的分子机制,为识别HFpEF的生物标志物及潜在治疗靶点奠定新的理论依据。

电网调控倒闸操作网络化下令系统设计与分析

采用语音电话方式的电力调控倒闸操作方法存在发令过程不直接,且调度员和受令员双方无法掌握对方工作状态,容易带来工作耽搁的问题。针对该问题,设计了一种电网调控倒闸操作网络化下令系统。首先,分析了当前配电网调控自动化系统的基本特征,在此基础上建立了倒闸自动化信息系统建设架构。然后,提出了基于网络化的电网调控倒闸操作应用架构,基于SOP流程实现电子化预令下发、正令执行,以及倒闸操作过程中实时方式校核与安全防误功能。实际应用结果表明,所设计的下令系统可有效杜绝谐音误会等危险点,缩短了电力调控中心的发令、受令时间,有效提升了倒闸操作的工作效率。