基于多层网络控制的个体化癌症驱动基因识别方法

目的识别癌症驱动基因,特别是罕见或个体特异性癌症驱动基因,对精准肿瘤学至关重要。考虑到肿瘤间的高度异质性,最近有一些方法尝试在个体水平上识别癌症驱动基因。然而,这些方法大多是将多组学数据整合到单一生物分子网络(如基因调控网络或蛋白质相互作用网络)中来识别癌症驱动基因,容易忽略不同网络所特有的重要相互作用信息。为了整合不同生物分子网络的相互作用数据,促进癌症驱动基因识别,迫切需要发展一种多层网络方法。方法本文提出了一种多层网络控制方法(PDGMN),利用多层网络识别个体化癌症驱动基因。首先,利用基因表达数据构建针对个体病人的个体化多层网络,其中包括蛋白质相互作用层和基因相互关联层。然后,整合突变数据,对个体化多层网络中的节点进行加权。最后,设计了一种加权最小顶点覆盖集识别算法,找到个体化多层网络中的最优驱动节点集,以提高个体化癌症驱动基因的识别效果。结果在三个TCGA癌症数据集上的实验结果表明,PDGMN在个体化驱动基因识别方面优于其他现有方法,并能有效识别个体病人的罕见癌症驱动基因。特别是,在不同生物分子网络上的实验结果表明,PDGMN能够捕获不同生物分子网络的独有特征,从而改进癌症驱动基因的识别结果。结论PDGMN能有效识别个体化癌症驱动基因,并从多层网络的视角,加深我们对癌症驱动基因识别的理解。本文所用的源代码和数据集可以从https://github.com/NWPU-903PR/PDGMN获取。

细菌外膜囊泡应用于肿瘤治疗

细菌外膜囊泡(outer membrane vesicles,OMVs)是由革兰氏阴性菌分泌的纳米囊泡,主要由细菌外膜和周质成分组成,因此表面富集的病原体相关分子模式(PAMPs)使OMVs能激起强烈的免疫反应。在抗肿瘤研究中,OMVs主要被用于抗肿瘤药物的递送,不仅能增加药物的肿瘤富集还能激活免疫反应协同杀伤肿瘤;同时,OMVs也用于开发肿瘤疫苗的佐剂,可显著提高免疫响应的能力。本综述主要概括了OMVs的生物发生机理、OMVs对宿主免疫系统的影响及其在肿瘤治疗中的研究进展。

mRNA疫苗和药物:癌症免疫治疗的新宠儿

新型冠状病毒感染(corona virus disease 2019,COVID-19)mRNA疫苗成功研制,使得mRNA疫苗和药物成为癌症免疫治疗的一个有前途的平台。mRNA癌症疫苗和药物具有高效、安全、开发快速和经济成本低等优势。研究人员对mRNA疫苗的组成成分和递送载体进行了系统性优化,克服了其稳定性差、具有固有免疫原性和体内递送效率低等问题,使COVID-19 mRNA疫苗获批临床应用。尽管还没有mRNA癌症疫苗和药物获批临床应用,但是编码肿瘤抗原、治疗性抗体、细胞因子、肿瘤抑制因子、溶瘤病毒、CRISPR-Cas9、嵌合抗原受体(CAR)、T细胞受体(TCR)mRNA癌症疫苗和药物已经在临床前研究中显示出疗效,并且有一些已经进入临床试验。同时mRNA癌症疫苗和药物与检查点抑制剂联合应用,在临床试验中已取得显著有效的成果。本文对mRNA疫苗和药物的免疫机制、分类、修饰方法、递送系统、多种癌症疫苗和药物的临床应用现状和该领域当前挑战以及未来前景进行了综述,并期待mRNA癌症疫苗和药物尽快的应用于临床,使患者受益。

发动蛋白及其蛋白超家族的功能

发动蛋白(dynamin)作为一种复杂的多结构域蛋白质,因其在促进内吞囊泡形成和断裂,诱导囊泡从质膜脱离过程中发挥重要功能而广为人知。其经典功能是在网格蛋白介导型胞吞作用中发挥“膜剪刀”的作用,但是由于其结构和功能的多样性,不同同源异构体间具有组织表达和分布差异性,促使其广泛参与细胞内重要的生理过程,因此具有重要的研究价值。近期研究揭示了发动蛋白的一些非经典功能,包括参与调控网格蛋白介导型胞吞作用(clathrin-mediated endocytosis,CME)的早期阶段、影响肌动蛋白细胞骨架和细胞分裂等。本文主要综述了发动蛋白在CME膜剪切过程中发挥经典功能的最新进展,总结了其非经典功能的挖掘现状,同时阐述了其他发动蛋白超家族蛋白(dynamin superfamily protein,DSP)成员的功能,如抵抗病原体入侵、参与调控线粒体、过氧化物酶体、液泡膜的分裂,以及线粒体、内质网、液泡、过氧化物酶体膜的融合,此外,DSP成员也在调节细胞器间的物质运输,介导细菌胞质分裂和囊泡分泌等方面发挥功能。本综述通过对DSP成员功能的总结和梳理,将为人类疾病相关的分子机制研究提供思路。

基于纳米酶的比色生物传感器在生物医学检测中的应用

比色生物传感技术由于具有灵敏度高、方法简单并且容易操作等优点,已广泛应用于生物环境中污染物检测、生物体内重要标志物的检测以及癌症筛查等多个领域。基于纳米酶的比色生物传感器主要是借助纳米酶自身所具有的催化能力,模拟类过氧化物酶活性,将显色剂氧化生成有色溶液,从而实现可视化检测,并通过对有色溶液吸光度的检测得到相关物质的含量。与无纳米酶的比色生物传感器相比,基于纳米酶的比色生物传感器具有选择性更高、检测更快以及灵敏度更高等优点。纳米酶在具有天然酶活性的同时还具有成本低、稳定性好的、易于合成等优点,其相关研究越来越广泛。目前,基于纳米酶的比色生物传感器已成为辅助相关医学检测的重要方法,同时也广泛应用于便携和实时性相关检测当中,为医学检测提供了重要的支持和保障。为了提高比色生物传感器的灵敏度以及应用范围,研究人员也在致力于增加可检测物质的种类以及纳米酶种类的多样化等。本文主要介绍基于纳米酶的比色生物传感器的检测原理、几类典型的纳米酶,以及基于纳米酶的比色生物传感器在生物医学检测领域中的应用情况和研究进展。

RhoB的翻译后修饰与细胞命运

RhoB作为Rho家族的一员,其生物学活性和蛋白质水平的调控与其他成员有着较大的不同,在肿瘤的发生发展中也起着独特的作用。RhoB作为抑癌蛋白在肿瘤的靶向治疗上受到越来越多的关注,然而在有些类型的肿瘤中RhoB却起着促进肿瘤生长的作用,其中的分子机理还不清楚,亟待研究阐明。可逆的翻译后修饰是快速与精细调控RhoB功能的重要分子机制,对于维持正常细胞的生长、抑制细胞的早期癌变及肿瘤的发生发展至关重要。本文就RhoB翻译后修饰的研究,特别是其泛素化和SUMO化修饰之间的转化在肿瘤细胞命运决定中的作用进行综述,以期为探索RhoB的调控与肿瘤发生发展的机制,以及以RhoB为靶点的癌症治疗提供线索和思路。

胃容积及胃食道液体状态变化的电学特性研究

目的三维电阻抗成像(3D-EIT)结合二维电阻抗成像(2D-EIT)研究胃容积及胃食道液体状态变化的电学特性响应,旨在探究EIT技术应用于胃食道反流病监测的可能性。方法8名受试者被要求在实验前4 h禁食,保证实验开始时胃部处于排空状态,实验开始后受试者被要求分两次喝下400 ml经口补水液,在摄入200 ml状态下和摄入400 ml状态下分别应用3D-EIT检测腹腔3D空间的电导率分布。为了定量说明不同状态下电学特性的变化,使用配对样本t检验分析3D-EIT重建3D图像的空间平均电导率(σˉ)。采用数值仿真工具,建立两种尺寸胃容积模型验证,实验结果中胃容积变化是引起受试者腹腔3D空间内电导率变化的原因,并研究胃腔被不同比例补水液填充状态下电学特性的变化趋势,应用2D-EIT数值仿真进行电导率分布图像重建。结果8名受试者腹腔3D-EIT实验中空间平均电导率σˉ的配对样本t检验结果表明,空间平均电导率从C200 ml状态下的σˉ200 ml=0.226增加到C400 ml状态下的σˉ400 ml=0.387(n=8,P<0.05)。因此,受试者腹腔胃部区域空间平均电导率随胃容积增加而显著增加。2D-EIT数值仿真结果表明,随着胃腔填充补水液比例的增加测量电压差(ΔV)逐渐减少,ΔV对胃腔填充补水液体积敏感。与小型胃容积模型相比,大型胃容积模型在胃腔填充补水液比例相同情况下平均电压差(-V)更小,-V对胃容积模型的尺寸敏感。在小型胃容积例中,σˉ随着胃腔填充补水液比例增加而增加,从填充25%的σˉA=-0.29增加到填充100%的σˉD=-0.41;在大胃容积例中,σˉ随着胃腔填充补水液比例增加而增加,从填充25%的σˉE=-1.85增加到填充100%的σˉH=-2.12。结论3D-EIT电阻抗成像技术能够通过图像直观的反映不同尺寸胃容积的电学特性差异,2D-EIT根据在不同胃容积尺寸模型中ΔV、-V和σˉ显示出相同的趋势得出结论,3D-EIT结合2D-EIT技术令人满意的监测了胃食道在不同胃容积中的液体状态变化。

荧光活性染料DiO标记腹腔巨噬细胞的示踪与应用研究

目的以细胞膜绿色荧光活性染料DiO(DiOC_(18)(3))标记腹腔巨噬细胞(peritoneal macrophage),探讨在巨噬细胞消失反应(macrophage disappearance reaction,MDR)中腹腔巨噬细胞的示踪研究。方法DiO标记腹腔巨噬细胞,过继移植给C57BL/6小鼠;以脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导体内MDR。采用荧光显微镜和流式细胞术检测DiO标记的腹腔巨噬细胞数量及荧光强度;分离收集小鼠的各组织,进行冰冻切片,检测DiO标记的腹腔巨噬细胞分布情况。结果荧光显微镜和流式细胞仪观察发现,腹腔注射LPS能显著降低腹腔中DiO标记的腹腔巨噬细胞数量及荧光强度。在MDR过程中消失的腹腔巨噬细胞,通过冰冻切片发现在肝脏、胸腺及脾脏中有分布。结论DiO标记对腹腔巨噬细胞的存活无影响且能长效保持荧光,是一种安全、有效的示踪腹腔巨噬细胞分布的技术手段。

乙酰化修饰在嗜肺军团菌致病过程中的作用

乙酰化修饰是由乙酰基转移酶、去乙酰化酶介导的可逆的蛋白质翻译后修饰。其中,乙酰基转移酶将乙酰辅酶A的乙酰基团转移至底物蛋白的氨基酸残基,而乙酰基团的去除由去乙酰化酶完成。乙酰化修饰参与许多基本生物学过程的调节作用,越来越多的研究表明,蛋白质乙酰化修饰在病原菌的致病过程中具有重要作用。病原菌,如引起非典型性肺炎的嗜肺军团菌,可以通过分泌具有乙酰基转移酶活性的效应蛋白靶向宿主细胞信号通路的关键蛋白质因子,干扰宿主细胞信号通路及免疫反应。本文主要从嗜肺军团菌的致病机制、乙酰化修饰及乙酰化修饰在病原体致病过程中的调控作用进行综述,突出已知的乙酰化毒力蛋白的例子,并讨论它们如何影响与宿主的相互作用,为理解乙酰化修饰在嗜肺军团菌致病过程中的作用机制提供参考。

环状RNA在儿童肾母细胞瘤中的表达谱、生物学功能和临床意义

肾母细胞瘤(Wilms瘤)是儿童时期最常见的肾脏恶性肿瘤。传统的分层诊疗方案无法实现指导精准风险分层的目标,尤其是对于那些没有高危因素的患儿。例如,具有相同临床表型并接受相同治疗的患儿可能存在明显不同的预后,这表明该疾病比以前认识的要复杂得多。这种个体异质性需要更深入的分子表型研究来确定新的标志物和靶点。环状RNA(circular RNA,circ RNA)是一类新发现的非编码RNA。大量研究报道,失调的环状RNA主要依赖mi RNA“海绵”机制调节癌细胞的多种表型,包括增殖、侵袭、迁移、周期阻滞或化疗耐药等。该分子也有希望成为癌症诊断标志物和治疗靶点。与成人癌症相比,对肾母细胞瘤中环状RNA的研究仍处于起步阶段。本文基于现有文献,系统综述了环状RNA在肾母细胞瘤中的表达模式、生物学功能和临床意义等方面的最新进展,并探讨了目前研究的局限性和今后的研究方向。

不同训练负荷太极拳运动对早中期帕金森病患者康复疗效

目的 通过对比对照组和太极拳运动组,评价太极拳运动在早中期帕金森病患者康复作用。方法 45例帕金森病患者随机分为:对照组(n=15),不接受干预;太极拳1组(n=15)采用24式简化太极拳练习,40 min/次,3次/周;太极拳2组(n=15)采用24式简化太极拳练习,60 min/次,3次/周。在基线、12周、24周运动后采用患者跌倒功效量表(FES)、起立-行走计时测试(TUGT)、Berg平衡量表评分(BBS)、统一帕金森病评定量表(UPDRS) Ⅲ评分、汉密尔顿焦虑抑郁量表评分(HAMD、HAMA)、匹兹堡睡眠质量指数评分(PSQI)进行评估。结果 太极拳1组,24周对比基线在TUGT、BBS评分的改善上有统计学意义(P<0.05)。太极拳2组,24周对比基线在TUGT、 BBS评分的改善上有统计学意义(P<0.05),24周对比12周在TUGT的改善上有统计学意义(P<0.05)。结论 太极拳运动可以改善早中期帕金森病患者的平衡障碍,可降低跌倒风险。

PAMM不影响人脂肪干细胞的成脂分化能力

目的PAMM(peroxiredoxin-like 2 activated in M-CSF stimulated monocytes)是近年来发现的一种在脂肪组织中高表达的分泌因子,但其生物学功能尚不完全清楚。为了给PAMM功能研究提供新线索,本文探讨了PAMM在白色脂肪生成中的可能作用及PAMM调节的下游基因。方法利用成脂分化液或“成脂分化液+IL-1α”建立人脂肪干细胞(adipose-derived stem cells,ADSCs)的成脂分化和成脂抑制模型。用si RNA干扰和过表达质粒转染的方法抑制或上调PAMM表达水平。采用基因芯片、m RNA测序及定量RT-PCR检测基因的m RNA表达水平,采用蛋白质印迹法评价蛋白质表达水平,用油红O染色检测脂滴沉积。结果随着ADSCs向白色脂肪分化,PAMM表达水平明显上升,而随着成脂抑制,PAMM表达明显下降。在ADSCs中沉默或过表达PAMM后,再进行成脂分化。结果发现,上调或下调PAMM对脂滴形成及成脂相关基因的表达均无明显影响。类似地,在高度分化的脂肪细胞中敲低PAMM表达,对细胞形态及脂滴含量亦无明显影响。本文进一步利用si RNA干扰、m RNA测序及q RT-PCR,筛选和验证了一批受PAMM调节的下游基因及功能性基因集,包括SULF1、A2M基因及调节P53稳定性的基因集等。结论PAMM可作为白色成脂分化的标志基因,但其自身对白色脂肪细胞生成无明显影响,本研究筛选出来的PAMM下游基因及基因集,可为进一步研究PAMM的功能提供新线索。

Ash2l-1调控小鼠卵黄囊早期造血

作为甲基转移酶MLL/SET1复合体的核心成分之一,ASH2L能够促进组蛋白H3K4me3修饰的形成,并在小鼠早期胚胎发育过程中行使重要功能.在小鼠中,由于启动子的选择性使用,Ash2l会转录成两种不同长度的转录本并形成两种蛋白质亚型:ASH2L-1和ASH2L-2.目前有关该基因在小鼠胚胎发育中的作用机制及不同亚型的功能还不清楚.本文利用CRISPR/Cas9技术特异敲除Ash2l-1并研究该亚型的生理学功能.研究结果发现,当Ash2l-1缺失时,小鼠胚胎在E9.5~E10.5时发生致死.特别是Ash2l-1-/-E9.5胚胎的卵黄囊血管和早期造血发育存在明显缺陷.转录组测序结果显示,Ash2l-1的缺失影响红细胞发育和成熟、血管发生和形成相关基因的表达.H3K4me3的CUT&RUN结果显示,在一些表达下调关键基因的启动子区,H3K4me3修饰水平出现下降.以上结果表明,Ash2l-1在小鼠卵黄囊的早期造血和血管形成过程中是必不可少的,它可能是通过调控关键基因启动子区的H3K4me3修饰水平而控制这些基因的表达,从而在相关过程中行使功能.

微流控芯片在乳腺癌骨转移研究中的应用

乳腺癌骨转移患者死亡率高达70%~80%,目前缺乏有效的治疗药物.微流控芯片技术能够有效模拟骨组织的生化和生物物理微环境,便捷地实现模拟骨微环境中乳腺癌骨转移的研究,这将为探索乳腺癌骨转移的细胞和分子机制、进而进行抗乳腺癌骨转移药物高通量筛选提供有价值的技术方法和平台.本综述简要介绍了乳腺癌骨转移的分子机制和治疗药物研究现状,详细阐述了乳腺癌骨转移的微流控芯片模型,分析了基于微流控芯片技术进行抗乳腺癌骨转移药物高通量筛选的优势和挑战,旨在为乳腺癌骨转移机制研究和药物筛选提供参考.

利用机器学习提高M.jannaschii酪氨酰tRNA合成酶底物特异性分子建模预测的准确度

设计结合不同化学结构底物的酶结合袋是一个巨大的挑战.传统的湿实验要筛选成千上万甚至上百万个突变体来寻找对特定配体结合的突变体,此过程需要耗费大量的时间和资源.为了加快筛选过程,我们提出了一种新的工作流程,将分子建模和数据驱动的机器学习方法相结合,生成具有高富集率的突变文库,用于高效筛选能识别特定底物的蛋白质突变体.M.jannaschii酪氨酰tRNA合成酶(Mj.TyrRS)能识别特定的非天然氨基酸并催化形成氨酰tRNA,其不同的突变体能够识别不同结构的非天然氨基酸,并且已经有了许多报道和数据的积累,因此我们使用TyrRS作为一个例子来进行此筛选流程的概念验证.基于已知的多个Mj.TyrRS的晶体结构及分子建模的结果,我们发现D158G/P是影响残基158~163位α螺旋蛋白骨架变化的关键突变.我们的模拟结果表明,在含有687个突变体的测试数据中,与随机突变相比,分子建模和打分函数计算排序可以将目标突变体的富集率提高2倍,而使用已知突变体和对应的非天然氨基酸数据训练的机器学习模型进行校准后,筛选富集率可提高11倍.这种分子建模和机器学习相结合的计算和筛选流程非常有助于Mj.TyrRS的底物特异性设计,可以大大减少湿实验的时间和成本.此外,这种新方法在蛋白质计算设计领域具有广泛的应用前景.

CD90过表达影响胃癌细胞AGS的干性特征

2019年中国癌症报告显示,胃癌发病率仅次于肺癌,位列第二,其死亡率排在所有肿瘤的第三位,严重危害人们健康.筛查和鉴定胃癌的早期检测标志物、寻找胃癌治疗的分子靶点,对于降低胃癌致死率至关重要.CD90(THY1)是一种细胞表面糖蛋白,在肿瘤细胞增殖、转移以及血管生成中发挥重要作用.CD90异常表达与干细胞特性有关,促进肿瘤的起始与转移.但CD90与胃癌细胞干性特征之间的关系尚未见文献报道.本研究发现,CD90过表达增加胃癌细胞AGS的侧群细胞(SP细胞)比例,影响其膜表面ABCG2、CD105等干性标记物的蛋白质表达水平,同时也影响胃癌细胞AGS胞内NANOG、SOX2等干性标记物的m RNA表达水平,mRNA芯片和Western-blot技术揭示CD90过表达可能通过调控PI3K/Akt和JNK/ERK1/2信号通路活性,影响胃癌细胞AGS的干性特征.本实验结果为胃癌潜在分子靶点的鉴定提供了新的思路.

人趋化因子受体CCR3与β-arrestin相互作用研究

G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors,GPCRs)主要负责介导细胞内外跨膜信号转导功能,是重要的药物靶点.β-arrestin作为GPCRs行使功能的重要途径之一,其对调节GPCRs信号转导过程有重要意义.但目前对于β-arrestin如何与GPCRs相互作用并调控其信号转导功能尚不十分清楚.本文以趋化因子受体3(CC chemokine receptor 3,CCR3)为研究对象,构建了β-arrestin与CCR3的共表达体系,利用激光共聚焦荧光成像与荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer,FRET)技术研究了β-arrestin与CCR3在活细胞水平的相互作用,利用RNAi和趋化实验考察了β-arrestin对CCR3稳转细胞趋化行为的调控作用,并在体外利用石英晶体微天平(quartz crystal microbalance,QCM)技术测定了β-arrestin突变体(R169E)与CCR3之间结合常数.结果显示,趋化因子CCL11(chemokine C-C motif ligand 11)刺激CCR3表达细胞,会使β-arrestin与CCR3在胞内的距离发生变化,β-arrestin蛋白被募集到细胞膜处,证明β-arrestin参与了CCR3介导的信号转导过程,二者存在显著相互作用.通过转染β-arrestin-siRNA将β-arrestin沉默后,CCL11、CCL24诱导CCR3稳转细胞迁移数明显降低,而CCL5对CCR3稳转细胞的迁移效率未受到显著影响,表明不同趋化因子对CCR3与β-arrestin相互作用具有不同的调控效果,体外结合实验进一步证实β-arrestin与CCR3相互作用,β-arrestin突变体与CCR3的体外结合常数(KD)为1.35×10-7.综上所述,β-arrestin可以与CCR3发生相互作用,在CCR3介导的细胞跨膜信号转导及细胞趋化过程中发挥着重要作用.

基于全场光学相干层析技术评估卵母细胞质量

卵胞质质量是影响卵母细胞发育能力的重要因素,然而目前仍缺少无损且客观高效地评估卵胞质成熟度的方法.已知胞质成熟度低是导致体外成熟卵母细胞发育能力远低于体内成熟卵母细胞的主要原因.全场光学相干层析技术(FF-OCT)具有无损非标记且三维高分辨的特点.经对比FF-OCT采集的体内成熟与体外成熟小鼠卵胞质图像发现,具有大面积高亮皮质区及胞质均匀分布的卵母细胞,其胞质成熟度更高.为验证这一点,对比了显微镜下筛选和FF-OCT筛选的体外成熟卵母细胞的体外受精率,发现显微镜筛选组的体外受精率远低于体内成熟的情况,FF-OCT筛选组的体外受精率与体内成熟组之间无显著差异.这说明FF-OCT筛选的体外成熟卵母细胞发育能力接近于体内成熟的卵母细胞.此外还利用FF-OCT成功观测到新鲜及老化卵母细胞之间的形态差别,即老化卵母细胞胞质均匀性更差及高亮皮质区更小.因此,FF-OCT可用于无损评估卵胞质质量,且大面积高亮皮质区的存在及胞质分布的均匀性是评估卵胞质质量的有效指标.

巴氏芽孢杆菌矿化作用机理及应用研究进展

本文介绍了具有诱导碳酸钙矿化功能的巴氏芽孢杆菌及其矿化核心酶脲酶的结构与功能,较为系统地综述了巴氏芽孢杆菌矿化作用的生物机制,简要介绍了国内外多领域关于巴氏芽孢杆菌矿化应用的研究现状及典型应用案例,并探讨了相应微生物矿化技术在特定环境下的应用前景及在未来应用中可能存在的不足之处,相关分析论述对进一步推进微生物矿化技术的应用具有较为重要的意义.

中药抗炎治疗小儿慢性咳嗽的研究进展

慢性咳嗽是儿童呼吸科门诊的常见疾病,病因具有多样化和年龄差异.现代医学认为神经源性气道炎症是慢性咳嗽的重要原因,多采用抗炎、抗过敏药物治疗.中药治疗儿童慢性咳嗽遵从整体观念和辨证论治,主要从风、痰、虚论治,具有确切疗效.通过查阅文献,本文对治疗儿童慢性咳嗽的中药进行了总结,并对其抗炎机制进行综述.临床研究发现,依据中医扶阳理论辨治儿童慢性咳嗽,可获得良好疗效,在此一并进行简要阐述.