阿尔茨海默症靶基因及其药物的预测研究

阿尔茨海默症(AD)是一种起病隐匿的进行性发展的神经系统退行性疾病.目前用于治疗AD的药物主要改善患者的认知功能,延缓疾病的进展.目前,这类药物的研制和开发方兴未艾,新药层出不穷.遗憾的是,几乎所有的药物都未能使患者广泛受益.本文一方面从现有用于治疗AD的药物出发,利用DrugBank数据库挖掘AD的靶基因,通过使用DAVID、GenePANDA等数据资源和生物工具,预测得到30个用于治疗AD的靶基因或与AD直接相关的基因,如目前未被充分研究的AD靶基因GPER1、SSTR4、GALR2等.另一方面,基于预测靶基因方法,通过DrugBank数据库预测的可潜在用于AD治疗的药物,如神经类治疗药物中的阿米替林、奥氮平、氯氮平、阿莫沙平、α-氨基异丁酸和组胺6种药物,在非神经类治疗药物中有地塞米松、吲哚美辛、舒林酸和酮洛芬4种药物.     

精神分裂症相关基因的预测——基于大规模数据的整合分析

精神分裂症(Schizophrenia)是一种遗传性复杂、多基因相关的疾病,对其相关基因的研究一直都是疾病基因研究的热点和前沿,也是遗传学领域的难题.随着目前各种组学数据(Omics Data)的产生,全基因组关联研究(GWAS)中和精神分裂症相关的单核苷酸多态位点(SNP)越来越多的公布于学界,整合这些大规模数据并利用生物信息学模型预测精神分裂症相关基因能为进一步翔实探究致病或相关基因提供基因库的富集和优选.本文首先运用已被证明预测表现优秀的随机森林模型(Random Forests)预测精神分裂症的相关基因,然后用全基因组关联研究得到的相关基因的SNP位点进行验证及进一步筛选候选基因.结果随机森林预测模型得到33个精神分裂症候选基因,其中10个基因具有58个SNP位点是精神分裂症GWAS中的显著性SNP位点,因而这10个基因为优选的精神分裂症候选基因,文献查询结果表明这10个优选相关基因与精神分裂症有密切联系.     

利用相似显著性序列特征预测白血病疾病基因

研究发现新的白血病致病基因对揭示白血病机理,寻求有效治疗方法有重要意义.选取了mRNA和protein序列的330个物化特征,发现某些特征在五类白血病(T-ALL、ALL、AML、APL和JML)的已知疾病基因中表现出相似的显著性差异.基于这个特点设计了一种新的白血病疾病基因预测方法.测试结果表明该方法能够有效地从众多候选基因中预测出真实的白血病基因,效果明显优于其他预测方法.     

基于DNA结合特异性权重矩阵的TAL效应物靶标预测

计算预测出TAL效应物的候选靶标有助于高效地确定TAL效应物的靶基因,进而阐明TAL效应物的生物学功能,但是目前在TAL效应物靶标计算预测方面的研究仍然很少.为了设计出预测TAL效应物靶标的有效算法,基于TAL效应物的已知靶标数据,构建了TAL效应物靶点的RVD-核苷酸关联矩阵,并将RVD-核苷酸关联矩阵归一化成RVD特异性概率矩阵,为靶标预测构造新的打分函数.实验结果表明,改进的TAL效应物靶标预测算法对大部分已知靶标预测的打分排名比已有算法更靠前,并且结合基因表达数据可以预测出TAL效应物的新的候选靶标.     

水稻中Intronic MicroRNA与其宿主基因功能关系分析

根据已有的水稻基因组注释,对水稻中已知的437个pre-miRNAs的基因组背景加以分析,有98个(～22%)与蛋白编码基因相重叠,其中69个(～16%)位于蛋白编码基因的内含子区域,即intronic microRNAs(in-miRNAs).对这些in-miRNAs的靶基因进行Gene Ontology(GO)富集分析,结果显示in-miRNAs对蛋白质氨基酸磷酸化,DNA整合,蛋白质水解,恒温保持,防御响应等生物学过程中的基因有明显的调控作用.最后,对宿主基因及靶基因的功能进行整合分析发现有4个in-miRNAs所调控的靶基因与其宿主基因参与了相同的生物过程.我们推断,in-miRNAs可能会在这些生物过程中,通过下调靶基因的表达来协助或抑制其宿主基因的功能.     

基于ChIP-seq筛选睾丸支持细胞中雄激素受体靶基因初步研究

雄激素及其受体在精子发生中有重要作用.寻找并鉴定更多雄激素及其受体的靶基因,对阐明雄激素及其受体介导精子发生的分子机制,解析其调控精子发生的网络具有非常重要的科学意义.在本研究中,我们分离了睾丸支持细胞,以睾酮刺激,并以ARKO小鼠睾丸作为背景对照,进行ChIP-seq和分析验证.数据分析显示了8679个差异表达基因,其中4830个基因在睾酮处理组表达上调,3849个表达下调.我们从差异基因中筛取了43个靶基因进行验证,其中39个基因的启动子区域找到了ARE结合位点.候选靶基因介导雄激素调控精子发生的分子机制仍有待进一步研究.本项目初步鉴定的靶基因可为进一步深入系统研究雄激素及其受体调控精子发生的机制提供参考.     

DNA甲基化在精神分裂症中的作用:研究进展及挑战（英文）

精神分裂症是一种异质性精神障碍,目前多数学者认为该病由遗传及环境风险因子共同致病.传统的遗传学研究识别了一些精神分裂症的候选基因,然而,外显率及比值比较低,以及可重复性较差,使得这些候选基因在精神分裂症发病机制中的角色受到限制.精神分裂症的流行病学研究发现了一些可能与该病相关的环境风险因子,但仍受到方法学的限制以及互相矛盾的流行病学调查结果的困扰.目前,在环境与基因中间起调解作用的表观遗传学,可能在精神分裂症的发病机制中起重要作用.DNA甲基化是最稳定且研究最深入的一种表观遗传学修饰.本文简要介绍DNA甲基化机制,主要评述精神分裂症中基因组及特异位点如候选基因Reelin与COMT甲基化研究现状,以及DNA甲基化在精神分裂症中的研究困境.     

水稻microRNA及其靶基因的系统鉴定

miRNA在植物生长发育和环境胁迫中发挥着重要的作用.本研究基于49个水稻小RNA 测序数据,系统分析了已知miRNA的表达,并鉴定到了新的水稻miRNA.我们发现,miRBase上注释的水稻miRNA中,只有39％具有可检测的表达. 此外,对水稻降解组数据的分析鉴定到一些新的miRNA靶基因,包括两个新的miR444靶基因,它们分别编码WD40蛋白和热休克因子型DNA结合蛋白.     

基于数据整合策略探究肌萎缩侧索硬化症易感基因

肌萎缩侧索硬化症（ALS）是一种以运动神经元凋亡为特征的神经退行性疾病， 目前尚无有效的治疗方法和药物. 发现新的相关基因或靶点基因， 对研究ALS的发病机制及临床治疗具有重要作用， 为临床预防、 诊断和治疗提供新的方向和目标.     从网站数据库搜集ALS相关基因的数据信息， 通过多种致病基因预测工具软件进行生物信息学分析， 并预测致病基因. 整合数据信息后得到39个候选基因. 结果表明，   候选基因与ALS均有一定的相关性.      

新型活性调节剂PCC0104005的体内药效学研究

为了研究PCC0104005对精神分裂症的治疗作用,采用MK-801及5-HTP诱导大鼠精神分裂症模型进行体内药效学研究,同时检测药物是否容易出现锥体外系不良反应.实验结果显示,PCC0104005可以显著抑制MK-801诱导的大鼠运动机能亢进,拮抗5-HTP诱导的大鼠甩头反应,水迷宫检测发现PCC0104005可以显著缩短大鼠的逃避潜伏期.不良反应检测中,PCC0104005引起锥体外系不良反应的可能性较低. PCC0104005与一线抗精神分裂症药物相比非劣性,为精神分裂症的治疗提供新的候选药物.     

青黛治疗带状疱疹的网络药理学机制探讨

青黛是治疗疱疹、腮腺炎以及银屑病等的主要中药材之一.本文基于网络药理学方法，分析青黛治疗带状疱疹机理和分子靶点.通过多个数据库的数据挖掘筛选青黛主要化合物及其靶点并获得带状疱疹相关交集靶标基因，利用Cytoscape 3.7.2软件构建靶蛋白互作网络图和青黛-带状疱疹-靶点-通路网络图，并对青黛治疗带状疱疹潜在作用靶标进行GO分类和KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)通路富集分析.数据挖掘结果表明：青黛治疗带状疱疹有27个候选活性成分、233个潜在作用靶标及176条通路，为后续研究青黛治疗带状疱疹的作用机制提供了新的研究方法.     

水稻miR446及其靶基因APP1在非生物胁迫中 的功能研究

根据基因芯片的数据筛选出Osa-miR446及靶基因作为研究对象.生物信息学分析表明,Osa-miR446有4个候选靶基因,通过RACE技术对这些候选靶基因进行鉴定,发现只有LOC_Os03g56930.1(APP1基因)可得到理想的剪切条带,测序后比对可知该剪切位点位于APP1基因的内含子区域(第1036~1037个碱基).随后,通过克隆获得APP1基因,信息学分析可知该基因开放阅读框长度为711bp,是一个编码237个氨基酸的新的未定性的疏水性蛋白质.Southern杂交结果显示APP1在水稻基因组中为单拷贝基因.利用荧光定量PCR分析了Osa-miR446及其靶基因APP1在非生物胁迫中的表达模式,结果表明Osa-miR446与APP1基因的表达均呈负相关,说明Osa-miR446确实可通过剪切APP1基因的转录产物来对非生物胁迫应答.     

miR-197结合HNRNPD的5'UTR区上调其蛋白表达

microRNA介导的基因调节在发育和疾病调控中都发挥了重要的作用.我们实验室前期研究发现miR-197可以调节神经干细胞分化.在本研究中,我们利用生物信息学数据库分析发现了9个miR-197的候选靶基因.qRT-PCR结果表明miR-197能下调其中8个基因的表达,但是显著上调了异质核糖核蛋白(Heterogeneous Nuclear RiboNucleoProtein,HNRNP)D0基因(HNRNPD)的表达.我们进一步实验发现,这种上调是通过miR-197与HNRNPD的5'UTR而不是3'UTR区的相互作用实现的.RNA pull-down实验证实miR-197的确与HNRNPD的5'UTR之间存在互补配对.并且敲低Ago2可以阻断miR-197介导的HNRNPD的上调,说明Ago2对于miR-197上调HNRNPD是必需的.已知HNRNPD能通过与AU-Rich Elements(AREs)结合来调控mRNA的降解.我们利用AutDB、SZDB和OMIM等多个数据库分析了几种神经发育障碍疾病(如自闭症和严重的智力障碍)的相关基因,发现这些基因含有比全基因组中更高比例的ARE-mRNA.因此,miR-197和HNRNPD在调节神经发育和相关疾病中可能具有重要作用.     

基因药物的发现与我们将来要做的工作

早在１９８０年前,因缺乏对分子病理学的了解,药品工业一般被认为是一种寻求化学制品使用的高利润化学工业。随着我们进入分子药物发现的年代,这种工业很快成为一种寻找足够的、专一的、有关疾病的潜在分子靶的生物工程。现在,分子生物技术的发展提供了快速测定必要的所有相关基因组的方法,也提供了相关药物发现的作用靶的大量生物信息,因此带来了疾病治疗的新挑战。１靶蛋白的确证要寻找基因药物,最直接的任务是根据分子生物学所阐明的基因组序列去选择病理过程涉及的基因。产业上的任务是增加测定ＤＮＡ序列的生物构建上的投资。为了提高…     

利用比较基因组学方法预测短小芽孢杆菌转录调控网络

为探讨短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)的基因调控关系,通过在其亲缘关系最近的模式菌——枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)中寻找同源转录因子及其调控基因的方式,预测出B.pumilus的候选转录调控网络;并利用转录因子绑定位点的位置权重矩阵(Positional Weight Matrix)在B.pumilus全基因组的基因上游区域扫描motif的方式来验证候选转录调控网络;最后再整合其他B.pumilus专属的调控数据,最终形成一个较完备的B.pumilus基因转录调控网络（包含195个转录因子和1201个受控基因）.上述结果表明,在细菌中,利用比较基因组学的方法,以一个被广泛研究的模式生物所积累的基因转录调控关系数据为基础,推测出亲缘关系较近的其他物种的基因调控网络,其结果是可靠的,为探索一些尚不具备大规模基因表达芯片数据的物种的基因调控网络提供了一种可行的方法.     

网络药理学与分子对接研究黄芪治疗阿尔兹海默病的作用机制

为了研究黄芪中活性成分治疗阿尔兹海默病的作用机制,采用网络药理学与分子对接模拟方法,利用相关数据库确定疾病靶点,构建靶点相互作用和药物-成分-靶蛋白-疾病网络,在DAVID数据库进行基因本体富集分析和京都基因与基因组百科全书数据库通路富集分析,并对靶点进行分子对接模拟验证。结果表明：筛选到20种黄芪抗阿尔兹海默病的活性成分,其中槲皮素、山奈酚、异鼠李素、刺芒柄花素、 7-O-甲基-异微凸剑叶莎醇为关键成分;筛选出118个交集靶点,含6个关键靶点,各靶点富集于炎症反应细胞凋亡等生物过程;分析得到180条信号通路,作用机制主要与TNF、 PI3K-Akt、 IL-17等通路相关。     

胃癌耐药相关hsa-miR-194-5p的靶基因预测及生物信息学分析

目的：研究胃癌耐药相关hsa-miR-194-5p的靶基因，并分析其参与的生物学过程和信号转导通路，为胃癌耐药机制的表观遗传学研究提供前期基础.方法：通过NCBI数据库检索hsa-miR-194-5p的基本信息；使用预测数据库预测hsa-miR-194-5p的靶基因；使用DAVID数据库对靶基因集合进行功能富集分析(GO)和信号转导通路富集分析(KEGG).结果：成熟的miR-194-5p序列多个物种之间具有高度保守性.预测靶基因共325个，参与的生物学过程主要有Golgi组织和细胞对DNA损伤刺激的反应(P<0.01),分子功能包括泛素蛋白连接酶结合和泛素介导的蛋白水解(P<0.01),细胞组分富集在细胞核和细胞表面，调控包括TGF-β和WNT等多条信号转导通路(P<0.01).结论：miR-194-5p的靶基因SMURF1、 RAC1、MAPK1与胃癌细胞的增殖密切相关.     

橡胶树miRNA探查

橡胶是一种重要的工业原料,橡胶树的种植是热带地区尤其是海南省重要的农业产业之一。miRNA在生物的生长发育及抵御病虫害方面发挥了重要作用,而已公布橡胶树的miRNA仅有32种。通过胶乳miRNA测序的方法对橡胶树miRNA进行系统的探查,共发现已知miRNA 170种,预测新的miRNA 250种,对这些miRNA靶基因进行预测及GO功能富集分析发现,其GO条目主要集中在碳水化合物的合成代谢方面,这提示我们miRNA在胶乳的合成代谢过程中发挥了一定的作用。实验结果将为后续miRNA的进一步研究应用奠定基础。     

缺血性脑卒中外周血差异miRNA挖掘与生物信息学分析

目的本研究旨在通过生物信息学方法筛选缺血性卒中的关键miRNA,探讨其下游靶基因及相关调控通路在缺血性中风中可能发挥的生物学作用。方法利用R语言的Limma包分析大鼠缺血性卒中模型外周血miRNA表达谱数据,miRbase数据库鉴定差异miRNA保守性,miRDB数据库预测这些miRNA的靶基因。联合应用string数据库和cytoscape软件构建靶基因相互作用网络,分析筛选出核心靶基因,应用缺血性卒中患者外周血mRNA表达谱进行关键靶基因鉴定。结果在MCAO大鼠外周血miRNA表达谱中筛选到15个差异miRNA,保守性分析获得11条在大鼠和人类之间具有高度保守性的miRNA。这11个miRNA共预测到1467个靶基因,生物信息学分析得到20个核心靶基因。其中,有11个核心靶基因在缺血性卒中患者外周血中出现显著表达变化,成为本研究的关键靶基因。构建了包含6个miRNA和11个与缺血性卒中的发展与转归相关的关键靶基因组成的miRNA-mRNA互作调控网络。关键靶基因的聚类与功能富集于造血调控、神经元死亡调控、对缺氧的反应等与卒中密切相关的生物学进程以及PI3K-Akt信号通路、c AMP信号通路、Notch信号通路等重要信号通路。结论基于上述结果,分析确定了两对关键miRNA-mRNA:miR-182-CREB1和miR-139-Notch1。它们可能通过c AMP信号通路和Notch信号通路在卒中的病理生理进程中起到关键作用,这些结果为中风的诊断和治疗提供了新的见解。