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基于生物信息学对骨关节炎铁超载关键基因的筛选与验证

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中国组织工程研究 2025年第9期29卷 1972-1980页

作者：邓柯淇李光第 GOSWAMI ASHUTOSH 刘星余何孝勇贵州医科大学贵州省贵阳市550004 贵州医科大学附属医院骨外科贵州省贵阳市550004

背景:铁超载是指体内铁积累过多的情况,可引起各种组织的病理改变。目前,对于骨关节炎中铁超载相关的分子机制和潜在基因靶点,仍有待进一步的研究和探索。目的:通过生物信息学手段分析骨关节炎铁超载关键基因,并利用动物实验加以验证,... 详细信息

背景:铁超载是指体内铁积累过多的情况,可引起各种组织的病理改变。目前,对于骨关节炎中铁超载相关的分子机制和潜在基因靶点,仍有待进一步的研究和探索。目的:通过生物信息学手段分析骨关节炎铁超载关键基因,并利用动物实验加以验证,以期为铁超载角度防治骨关节炎提供新的思路。方法:使用GEO数据库和GeneCards数据库筛选出与骨关节炎相关的基因和铁超载相关的基因。然后,取两者的交集,得到骨关节炎和铁超载共同相关的基因集合。采用GO和KEGG富集分析筛选这些基因的功能和通路。为了进一步研究这些基因之间的相互作用,构建PPI网络,并利用Cytoscape软件的5种计算方法来识别骨关节炎铁超载的关键基因(Hub基因)。将12只雄性SD大鼠分为骨关节炎组与对照组(正常大鼠),每组6只,骨关节炎组大鼠采用改良Hulth方法建立膝骨关节炎模型,并使用PCR检测Hub基因在两组大鼠膝关节组织中的表达情况。结果与结论:①共获得51个骨关节炎铁超载基因,GO富集分析表明其主要参与细胞因子受体结合、趋化因子受体结合、细胞因子活性、生长因子受体结合及寡糖结合等过程;②KEGG富集分析表明骨关节炎铁超载基因主要参与肿瘤坏死因子信号通路、脂质和动脉粥样硬化等信号通路;③构建蛋白质-蛋白质相互作用网络,进一步分析获得细胞间黏附分子1(intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)、肿瘤坏死因子配体超家族成员11(tumor necrosis factor superfamily member 11,TNFSF11)、骨髓瘤细胞癌基因(myelocytomatosis oncogene,MYC)、Janus激酶2(janus kinase 2,JAK2)及白细胞介素6,5个骨关节炎铁超载Hub基因,动物实验证实其在对照组与骨关节炎组大鼠膝关节组织中的表达有显著差异(P关键基因,有望成为防治骨关节炎的新靶点。

关键词：骨关节炎铁超载关键基因差异基因生物信息学动物实验实验验证生物标志物

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菌株WYT降解还原蓝4的关键基因

中国环境科学 2021年第7期41卷 3283-3290页

作者：马倩李海红王洋涛西安工程大学环境与化学工程学院陕西西安710600

以印染厂活性污泥中筛选出的WYT菌株为研究对象,探索其对还原蓝4(VB4)染料降解脱色的关键基因.采用全基因组测序分析方法和同源重组法,确定染料代谢的可能关键基因.对该基因进行敲除,构建载体进行基因回补,设计表型验证实验验证基因的... 详细信息

以印染厂活性污泥中筛选出的WYT菌株为研究对象,探索其对还原蓝4(VB4)染料降解脱色的关键基因.采用全基因组测序分析方法和同源重组法,确定染料代谢的可能关键基因.对该基因进行敲除,构建载体进行基因回补,设计表型验证实验验证基因的脱色效果.结果表明,该可能关键基因属于染料过氧化物酶基因中的B型,命名为DyP.敲除后的菌株对VB4没有脱色效果,基因敲除成功.WYT菌株与敲除载体发生双交换,获得回补株.在降解实验中,回补株对VB4的脱色率为96.04%,野生株的脱色率为96.95%,回补株恢复了对VB4的降解脱色能力,而敲除株几乎失去对VB4的降解能力,DyP基因是VB4降解脱色的关键基因.

关键词：铜绿假单胞菌还原蓝4 降解脱色关键基因

基于复杂网络控制理论的肿瘤关键基因预测研究

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电子科技大学学报 2022年第1期51卷 138-147页

作者：姚旭詹秀秀刘闯张子柯杭州师范大学阿里巴巴复杂科学研究中心杭州311121 浙江大学媒体与国际文化学院杭州310018

复杂网络控制能够捕获整个网络的状态,使得从海量的蛋白质相互作用数据中找到潜在的肿瘤致病基因成为可能。该文利用复杂网络控制理论探究肿瘤关键基因,对5种癌症相关的蛋白质–蛋白质相互作用网络,通过网络最小控制集方法,选取始终处... 详细信息

复杂网络控制能够捕获整个网络的状态,使得从海量的蛋白质相互作用数据中找到潜在的肿瘤致病基因成为可能。该文利用复杂网络控制理论探究肿瘤关键基因,对5种癌症相关的蛋白质–蛋白质相互作用网络,通过网络最小控制集方法,选取始终处于最小控制集(minimum dominating set,MDS)的基因作为候选关键基因。利用肿瘤相关的生物通路数据和已被证实的肿瘤基因数据,采用富集分析证明了该方法的有效性。构建网络综合中心性指标,对候选关键基因进行排序。进而针对不同的癌症类型,挑选排在前面的候选基因(非已知重要基因集的基因)作为最终的预测基因,基于网络结构和体细胞突变数据分析,对其作为生物标志物的有效性进行验证。该研究在一定程度上为复杂网络控制理论在生物医学中的应用提供了思路。

关键词：生物标志物复杂网络控制关键基因蛋白质相互作用肿瘤

幽门螺杆菌相关性胃炎关键基因的筛选及潜在治疗中药预测

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天然产物研究与开发 2024年第7期36卷 1200-1206页

作者：易柳凤陶思羽李萌王少丽刘震中国中医科学院广安门医院北京100053 北京中医药大学研究生院北京100029

基于生物信息学筛选幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,Hp)相关性胃炎的关键基因、分析通路机制、预测潜在治疗中药。首先从GEO数据库获取GSE60427与GSE60662数据集,借助R软件筛选出差异表达基因并进行富集分析,通过STRING数据库和Cytosc... 详细信息

基于生物信息学筛选幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,Hp)相关性胃炎的关键基因、分析通路机制、预测潜在治疗中药。首先从GEO数据库获取GSE60427与GSE60662数据集,借助R软件筛选出差异表达基因并进行富集分析,通过STRING数据库和Cytoscape软件进一步筛选出关键基因,利用UALCAN数据库、GEPIA数据库对关键基因进行表达验证,在Coremine Medical数据库预测筛选潜在中药。最后筛选出344个差异表达基因,与白细胞粘附、T细胞活化、免疫反应、趋化因子受体结合等生物功能有关,通过Th17细胞分化、Th1和Th2细胞分化等信号通路。得到的10个关键基因是PTPRC、TNF、ITGB2、FCGR3A、CD19、LCK、LCP2、CD48、CTLA4、IL7R。结合中医“毒邪”理论,将预测的潜在中药分为健脾解毒、化湿解毒、活血解毒、清热解毒四大类,可为治疗Hp相关性胃炎,抑制“炎-癌”转化,防治胃癌提供思路。

关键词：幽门螺杆菌胃癌防治关键基因中药治疗

2型糖尿病肾病肾小球病变关键基因的生物信息学研究

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中华内分泌代谢杂志 2021年第4期37卷 274-280页

作者：孔娇刘传鑫马宝南张艺宁周佳丽王倩张洁黄建梅北京中医药大学中药学院 102488

目的基于生物信息学技术筛选2型糖尿病肾病(DN)肾小球病变差异表达基因,并探讨其在分子过程中可能的途径。方法筛选基因表达公共数据库(GEO)中DN相关基因芯片数据集GSE96804,采用R 3.6.2软件分析在DN肾小球与正常肾小球中差异表达的基... 详细信息

目的基于生物信息学技术筛选2型糖尿病肾病(DN)肾小球病变差异表达基因,并探讨其在分子过程中可能的途径。方法筛选基因表达公共数据库(GEO)中DN相关基因芯片数据集GSE96804,采用R 3.6.2软件分析在DN肾小球与正常肾小球中差异表达的基因。对筛选得到的差异基因进行基因本体论(GO)功能富集分析和京都基因与基因组百科全书(KEGG)信号通路分析。应用蛋白-蛋白相互作用数据库(String)11.0及Cytoscape 3.7.2软件分析关键基因及其相关通路。结果通过生物信息学方法得到168个差异表达基因,筛选后得到7个关键基因ALB、FN1、EGF、PTGS2、PLG、KDR、LOX,其中ALB、EGF、PLG直接作用于肾小球。差异基因的GO富集分析主要表现在细胞外基质组织、细胞外结构组织、血小板脱颗粒等生物过程,细胞外基质、分泌颗粒腔、血小板α颗粒等细胞组成,分子伴侣结合、铜离子结合、抗氧化活性等分子功能。主要调控与脂肪酸降解信号通路、CYP酶相关的外源性物质代谢及药物代谢信号通路相关的代谢过程。结论本研究从肾小球病变的角度进行生物信息学分析,有利于了解DN发生的潜在分子机制,为进一步验证研究提供参考。

关键词： 2型糖尿病肾病肾小球病变生物信息学关键基因通路分析

结合Bulk RNA和Single-cell RNA测序探索年龄相关性黄斑变性能量代谢关键基因及调控中药化合物预测

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中草药 2024年第7期55卷 2303-2315页

作者：史随随罗越毅唐梦丹祁宝玉周剑巢国俊石河子大学医学院新疆石河子832000 中国中医科学院眼科医院北京100040 北京中医药大学东方医院北京100078

目的探寻年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)能量代谢的关键基因和潜在调控的中药化合物。方法从GEO数据库获取AMD相关Bulk RNA测序数据集GSE135092,利用R语言筛选差异表达基因,并与GSEA数据库下载的能量代谢相... 详细信息

目的探寻年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)能量代谢的关键基因和潜在调控的中药化合物。方法从GEO数据库获取AMD相关Bulk RNA测序数据集GSE135092,利用R语言筛选差异表达基因,并与GSEA数据库下载的能量代谢相关基因(energy metabolism-related genes,EMRGs)映射取交集,获取AMD差异表达EMRGs,通过Cytoscape软件构建蛋白质相互作用(protein-protein interaction,PPI)、转录因子(transcription factor,TF)、微小RNA(microRNA,miRNA)网络。使用LASSO回归在差异表达EMRGs中筛选AMD标志物,构建风险评分。同时,将AMD相关Single-cell RNA测序数据集GSE188280进行主成分分析(principal component analysis,PCA)及统一流形逼近与投影(uniform manifold approximation and projection,UMAP)分析以聚类降维,并进行细胞类型注释,进一步评估AMD关键差异表达EMRGs在不同细胞类型间的表达水平。将关键差异表达EMRGs导入Coremine Medical数据库中进行相关中药活性成分预测及分子对接、分子动力学验证。结果筛选出6个AMD关键差异表达EMRGs:FOXO3、GSK3B、MEF2A、NCOA1、HDAC1、PPARG,并构建相应PPI、TF-mRNA、mRNA-miRNA网络。LASSO回归得出NCOA1、MEF2A、FOXO3、GSK3B表达与AMD发生呈正相关,HDAC1表达与AMD发生呈负相关。分析AMD相关Single-cell RNA测序将32714个细胞分类为19个簇,使用marker基因将细胞簇鉴定为9种细胞类型,进一步得到HDAC1、MEF2A、FOXO3及NCOA1在内皮细胞中高表达。根据关键基因HDAC1、MEF2A、FOXO3筛选到9味中药及其285种活性成分,经分子对接及分子动力学模拟,其中丹参醇B治疗AMD潜力最大。结论HDAC1和丹参醇B为AMD能量代谢的潜在关键基因及作用化合物。

关键词：年龄相关性黄斑变性 RNA测序能量代谢关键基因组蛋白脱乙酰酶1 丹参醇B

短乳杆菌和植物乳杆菌产γ-氨基丁酸及其关键基因的研究

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食品与发酵工业 2019年第13期45卷 1-8页

作者：韩啸于雷雷翟齐啸崔树茂赵建新张灏田丰伟陈卫江南大学食品学院

为研究乳杆菌γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)的产量以及其与谷氨酸脱羧酶系统关键基因表达的相关性,实验结合GABA产量、基因组学调查和谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase,GAD)系统基因的扩增结果,发现产GABA的菌株在短乳... 详细信息

为研究乳杆菌γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)的产量以及其与谷氨酸脱羧酶系统关键基因表达的相关性,实验结合GABA产量、基因组学调查和谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase,GAD)系统基因的扩增结果,发现产GABA的菌株在短乳杆菌、植物乳杆菌中分布较多,这2个种属可作为产GABA菌株的主要筛选对象.通过qRT-PCR研究短乳杆菌和植物乳杆菌不同生长时期GAD相关基因转录情况,结果表明,短乳杆菌的gadB和gadC的表达量变化情况相似,且在对数后期或稳定前期达到高峰.文中的短乳杆菌高产GABA可能与其gadC和gadB的高表达有关.植物乳杆菌的gadB表达变化与短乳杆菌类似,但是与GABA的产量之间相关性较弱,可能存在其他因素的影响.该研究为产GABA菌株的筛选,乳杆菌中GAD基因的表达调控,GABA发酵工艺的优化提供了理论基础.

关键词：乳杆菌 γ-氨基丁酸谷氨酸脱羧酶关键基因基因表达

脓毒症外源性ARDS关键基因及信号通路的转录组学分析

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中华危重病急救医学 2022年第11期34卷 1154-1160页

作者：谢永鹏骆继业王言理胡文霞芦雨张倩李小民连云港市第一人民医院急危重症医学部连云港市急诊医学研究所江苏连云港222000

目的分析脓毒症外源性急性呼吸窘迫综合征(ARDS)大鼠的差异表达基因(DEG),从转录组水平探讨脓毒症ARDS的早期诊断及防护机制。方法将12只6~8周龄雄性SD大鼠按随机数字表法分为脂多糖(LPS)致脓毒症ARDS模型组(模型组,腹腔注射LPS 15 mg/... 详细信息

目的分析脓毒症外源性急性呼吸窘迫综合征(ARDS)大鼠的差异表达基因(DEG),从转录组水平探讨脓毒症ARDS的早期诊断及防护机制。方法将12只6~8周龄雄性SD大鼠按随机数字表法分为脂多糖(LPS)致脓毒症ARDS模型组(模型组,腹腔注射LPS 15 mg/kg)与对照组(腹腔注射等量生理盐水),每组6只。分别提取两组大鼠左肺组织RNA,采用illumina Hiseq测序平台的双端测序模式进行高通量测序。采用DESeq2软件以|log_(2)差异倍数(FC)|≥3且P基因本体(GO)功能富集分析和京都基因与基因组百科全书数据库(KEGG)通路富集分析。使用STRING在线数据库和CytoScape软件构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络并筛选关键基因。分离并提取2021年3月至11月连云港市第一人民医院急危重症医学部收治的20例脓毒症患者及20例年龄匹配的同期健康体检者的外周血单个核细胞(PBMC),采用实时荧光定量聚合酶链反应(RT-qPCR)对关键基因进行验证。结果共筛选出DEG 286个,其中上调基因202个,下调基因84个。GO富集分析表明,DEG主要参与了中性粒细胞趋化迁移、抗菌体液反应、宿主免疫应答及体液免疫反应等生物学过程;KEGG富集分析显示,DEG主要通过参与白细胞介素-17(IL-17)信号通路、肿瘤坏死因子(TNF)信号通路及趋化因子信号通路发挥生物学作用。PPI分析共筛选出节点蛋白262个,相互作用关系852条边;筛选出前15位关键基因,分别为IL-6、TNF、IL-10、IL-1β、CXC趋化因子配体1(CXCL1)、CXCL10、CXC趋化因子受体3(CXCR3)、CXCR2、CXCL9、CC趋化因子配体7(CCL7)、CXCL11、CCL1、CXCL13、CCL12、CCL22。采用RT-qPCR对脓毒症ARDS患者与健康对照者PBMC进行差异基因测序验证,结果显示,脓毒症患者5个代表性关键基因表达明显高于健康对照者〔IL-6 mRNA(2^(-ΔΔCt)):2.803±1.081比0.951±0.359,TNF mRNA(2^(-ΔΔCt)):2.376±0.799比1.150±0.504,CXCL10 mRNA(2^(-ΔΔCt)):2.500±0.815比1.107±0.515,CXCR3 mRNA(2^(-ΔΔCt)):1.655±0.628比0.720±0.388,CCL22 mRNA(2^(-ΔΔCt)):1.804±0.878比1.010±0.850,均P<0.05〕,与RNA测序结果一致。结论炎症细胞趋化迁移脱颗粒、细胞因子免疫应答反应等生物学过程和CXCL10/CXCR3、IL-17等信号通路在脓毒症外源性ARDS发生发展过程中起着重要的作用,可作为进一步研究肺损伤机制和临床防治的新思路及新靶点。

关键词：脓毒症急性呼吸窘迫综合征转录组学生物信息学关键基因

酒精性肝炎自噬关键基因的筛选及生物信息学分析

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器官移植 2024年第1期15卷 90-101页

作者：袁超练庆海尼贝贝许燕张彤张剑中山大学附属第三医院肝脏外科暨肝移植中心广州510630 中山大学附属第三医院疫苗研究所广州510630 中山大学附属第三医院生物治疗中心广州510630

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。... 详细信息

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。

关键词：酒精性肝炎自噬关键基因生物信息学加权基因共表达网络分析(WGCNA) 基因本体(GO) 京都基因和基因组百科全书(KEGG) 蛋白质相互作用(PPI)

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