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摘要:目的:预测肝脏组织选择性未知基因loc91614的功能,实验验证其基因表达.方法:构建含未知基因的肝组织选择性细胞通讯(LSCC)基因网络,再进行聚类、文献挖掘、基因本体、KEGG通路、Transfac转录因子结合位点等分析,用以预测loc91614的功能特征,最后,从mRNA和蛋白质水平验证其基因表达.结果:获得21个节点的LSCC基因网络,聚类显示loc91614与apob密切关联;文献挖掘显示基因与肝组织、胞质、脂等关键词显著相关;GO功能富集分析揭示loc91614具有细胞通讯、信号转导、细胞内信号级联的功能,有7个TFBS可对含loc91614的靶基因集进行调控,loc91614基因在肝细胞表达明显高于肝癌细胞.结论:loc91614可能分布于肝细胞的胞质中,很可能在肝组织中发挥细胞通讯等功能,也可能参与肝脏的糖、脂代谢过程,在肝细胞选择性高表达....
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北大核心 CSTPCD CSCD CA CBST
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摘要:目的 探讨肝脏组织选择性基因表达的转录调控机制.方法 按照基因功能的差异对组织选择性Affymetrix探针集(共3919条探针)进行聚类,挑选肝组织选择性细胞通讯类(LSCC)基因进行研究.收集各基因上游的500个碱基序列,用3种软件分别预测这些基因的转录因子(TFs)以及转录因子结合位点(TFBS),并进行文献挖掘,最后构建基因转录调控网络.结果 获得含23个基因的肝组织选择性细胞通讯类探针集,两种软件预测分别得到50和72个TFs,两者交集有18个相同TFS,得分最高前10条TFBS序列基本上与预测的TFs相对应,文献挖掘结果提示LSCC基因和TFs除具有肝组织的选择性、转录因子的一般性词汇外,还与白蛋白、糖尿病、葡萄糖、脂类、代谢、JNK等显著相关.调控网络显示LSCC基因和TFs具有参与糖、脂代谢调节,结合、转运功能,凝血信号转导,炎症应答等功能,未进入网络的PPP2RIB基因与网络中DUSP10基因部分功能相似.结论 LSCC基因和预测的TFs参与肝脏多种重要功能的调控,这些功能整合在复杂的转录调控网络中,转录因子JUN可能是发挥调控作用的重要靶点,推测PPP2R1B也可能参与几肿的调控....
摘要:[目的]寡核苷酸芯片制备及杂交过程中的影响因素很多,本实验针对其中主要影响因素进行优化,以筛选出最佳的条件,对芯片制备及杂交系统进行优化. [方法]通过改变芯片打印加样量、斑点数和不同探针浓度,挑选出芯片制备的实验条件;采用正交试验法,以信噪比(SNR值)为评估指标,分析芯片杂交的最佳条件. [结果]最佳实验条件为:增加预打印斑点数,探针浓度为1 μg/μl,与纯化后的荧光标记样品在50%甲酰胺,10×SSC,0.2%SDS杂交液中42℃杂交4 h,洗脱液每次洗脱时间为1 min. [结论]此方法适用于60 mer寡核苷酸芯片的制备及杂交效率的提高....
摘要:目的 探讨荧光染料交换标记设计的基因芯片数据挖掘方法,并对低剂量电离辐射影响人成纤维细胞基因表达谱数据进行分析.方法 应用GencSifter在线软件和 Panther 生物学信息数据库,对下载于NCBI的GEO数据库的 8 个样品 GSM(包含4个时间点),选择正确的参数设置上载数据,运用ANOVA方法进行数据挖掘,并对差异表达基因进行功能归类分析.结果 获得203条差异表达基因,合并相同基因名后为176条基因.双向聚类和主成分分析发现,样品的24 h时间点基因表达谱与前3个时间点有显著差异,功能归类分析提示,多个生物通路如细胞周期、核酸代谢、DNA代谢等被显著激活.结论 应用这种方法可以挖掘荧光交换标记的微阵列数据,低剂量电离辐射对人成纤维细胞基因表达有时间累积效应,可能引起DNA损伤、细胞周期阻滞等变化,诱导细胞凋亡....
摘要:目的 探讨电离辐射影响人成纤维细胞基因表达的转录调控机制,并构建基因与相应转录因子的调控网络.方法 先对前期研究已经获得的差异表达基因进行功能注释,选择结合功能类基因(数量最多)进人研究:再用MaxLAPS,TFME和SCOPE 3种软件预测这些基因的转录因子和转录因子结合位点;利用Bibliosphere软件构建转录因子与基因的转录调控网络.结果 获得25条Gene Symbols,基因本体功能注释集中于结合功能(共19条),2种程序预测得到14个相同的转录因子,得分最高的6个转录因子结合位点对应的转录因子与预测的基本一致.按照最高水平标准构建的转录调控网络,显示CASPASE-3位于网络的核心.结论 电离辐射很可能经转录因子TP53介导CASPASE-3激活而致人成纤维细胞凋亡....
摘要:目的:从基因水平研究蠕虫感染和自身免疫性疾病之间的关系,发展治疗自身免疫病的新策略.方法:使用Gene Ontology和two-way ANOVA的方法,通过GeneSiRer VizX Labs LLC,Seattle,WA,USA软件对肺组织钩虫感染的基因表达谱进行分析.结果:得到具有种系效应的517个差异基因,对这些基因聚类,可以划分为在WT小鼠高表达和低表达两类,其中参与黄体酮代谢的基因Afp在WT小鼠肺组织呈过表达状态.结论:Th2细胞活化对自身免疫性疾病多发性硬化(Ms)具有抑制作用,并筛选出了Th2反应中的9个特异基因....
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北大核心 CSTPCD CSCD CA CBST
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摘要:目的 应用生物信息学方法探索Velcade影响K562细胞基因表达谱的分子机制.方法 提取并扩增Velcade处理组和溶剂对照组的K562细胞RNA,与22KAgilent Human 1A基因芯片杂交,用Agilent Feature Extraction软件采集扫描数据,再以GeneSifter,GATHER等基因芯片数据分析工具,对差异表达基因进行基因本体分类、KEGG通路分析、蛋白互作网络分析和文献挖掘.结果 获得228个差异表达基因,其中上调84个,下调144个.下调糜酶1基因幅度最大.对数比值达10.80倍,干扰素α-21基因也下调2.31倍.本体分类显示,衰老过程、白细胞活动等过程显著增强:KEGG通路分析显示,JAK-STAT信号通路,自然杀伤细胞介导的细胞毒作用和抗原处理与提呈等通路受显著影响;蛋白互作网络揭示泛素依赖的蛋白质降解通路、抗原提呈和免疫反应、JAK-STAT信号通路等处于网络中重要位置;文献挖掘显示差异表达基因与白血病、细胞凋亡、细胞周期、蛋白酶体、抑制剂、衰老和IκB等关键词高度关联.结论 Velcade可能通过抑制NF-κB和JAK-STAT等促进细胞存活的信号通路,增强细胞毒作用,诱导肿瘤细胞凋亡;Velcade还可能参与抗原加工与提呈、免疫反应、炎症反应等过程;糜酶1基因可能是Velcade发挥抗肿瘤作用的关键靶标....
摘要:目的 构建西尼罗病毒基因组的cDNA亚克隆,为西尼罗病毒全长cDNA克隆的研发和应用打下基础.方法 根据基因组中限制性酶切位点的分布设计4对引物,QIAamp RNA抽提试剂盒提取西尼罗病毒培养细胞BHK-21的总RNA,长片段RT-PCR技术扩增目的 基因片段.将目的 基因片段与pMD18-T载体进行连接,转化入感受态细胞E.coli DH5α,进行蓝白斑筛选后得到阳性克隆,将重组质粒进行PCR和测序鉴定.结果 获得的目的 基因片段经PCR和测序结果表明西尼罗病毒功能基因正确地克隆进入载体.结论 成功获得西尼罗Ⅰ型病毒功能基因的cDNA亚克隆,可应用于西尼罗病毒全长cDNA克隆的制备....
摘要:目的 从基因表达谱水平探讨2株人成纤维细胞和低剂量电离辐射3个时间点的可能交互效应,掘其差异表达基因.方法 应用GeneSifter在线软件和Panther生物学信息数据库,对下载于NCBI的GEO(Gene Expression Omnibus)数据库的12个样品GSM(数据包含2株成纤维细胞和每株细胞3个辐照时间点),运用混合设计二因子的Two-Way ANOVA方法进行数据挖掘,并对差异表达基因进行聚类、主成分分析、模式分类、功能归类分析,最后用GenCLiP软件进行文献挖掘.结果 获得41条交互效应的差异表达基因,主成分分析示每株细胞24 h时间点的特征向量明显远离其他向量,差异基因表达可分为3种模式.基因功能归类分析提示,多个生物通路如有丝分裂、细胞周期、细胞结构、细胞凋亡等被显著激活,其中参与有丝分裂和细胞周期的差异表达基因由细胞骨架基因、微管运动基因、蛋白激酶基因等构成,细胞凋亡等效应获得文献支持.结论 2株人成纤维细胞和低剂量电离辐射3个时间点有交互效应,存在基因差异表达,这些基因有可能成为鉴定成纤维细胞和辐照时间交互效应的生物标记....
摘要:目的:利用基因芯片数据,探讨宫颈癌在分子水平上的发病机制,挖掘肿瘤相关基因EST片段,探索恶性肿瘤标志物,为肿瘤防治找到新的有效手段.方法:从基因芯片数据库GEO(gene expression omnibus)中获得GSM99077基因芯片数据,利用该数据筛选出宫颈癌相关基因的EST片段;然后通过NCBI中的在线BLAST软件找到与之相匹配的同源序列,对这些同源序列进行生物学功能分析,找到与肿瘤的相关性.结果:共发现宫颈癌组织与正常宫颈组织差异表达EST共127条,其中上调的106条,下调的11条,这些差异表达EST的同源序列的转录产物参与转录、翻译、细胞增殖分裂及细胞信号传导等过程.结论:基因芯片能有效、高通量地获取生物内在信息,通过对基因芯片数据再挖掘,可发现宫颈癌的发生涉及多个基因共同作用....
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北大核心 CSTPCD CSCD CA CBST
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摘要:背景与目的:EB病毒(Epstein-Barr virus,EBV)感染在鼻咽癌发生中发挥重要作用.本研究的目的在于探讨潜伏的EBV活化后形成的复发感染对鼻咽癌发生过程中全基因组表达的影响.方法:收集EBV阳性(EBV+)/EBV阴性(EBV-)的鼻咽癌靶标基因表达谱和EBV复发感染次数不同的鼻咽癌细胞株基因表达谱,通过生物信息学手段对其进行交叉比较,统计学分析筛选出25个差异基因.运用DAVID(database for annotation,visualization and integrated discovery)、pSTIING(protein,signaling,transcriptional interactions and inflammation networks gateway)、GATHER(gene annotation tool to help explain relationships)和TELiS(transcription element listening system)在线分析工具对25个共同差异基因进行表达模式的预测.结果:与EBV初次感染时的基因表达谱比较,仅有DUSP1、TOP1、HOXA9、DEK、IMPDH2、PABPC1等25个基因在EBV复发感染时仍然呈明显差异表达;这25个差异基因及其相关转录因子主要通过2种模式相互作用:一条主要涉及TOP1、DUSP1、DUSP6和RPS28等,另一条是由PITX1、CD9、HOXA9和IMPDH2组成的转录相关环.结论:EBV潜伏后的复发感染,可能通过筛选到的差异基因的2种表达模式发挥功能,最终导致鼻咽癌的发生....
摘要:介绍一款基因芯片数据分析工具--GeneSifter软件,具有快速、直观、便捷等特点,尤其适用于基因表达谱的数据挖掘.芯片数据一般以格式化文本文档形式上载,根据实验目的、设计不同,总共有4种上载向导工具,数据分析从控制台Analysis项目下的Pairwise或Projects进入,需要设置滤过、阈值和统计分析等参数,Pairwise可获得的结果有:差异显著性基因列表、基因本体报告和KEGG通路报告等,Projects有更为强大的功能,可获取聚类等6种结果.GeneSifter独特的一站式单击设置,可获得相关基因的11个数据库最新链接.GeneSifter适用于基因芯片数据挖掘的生物研究人员....
[博士论文] 廖之君
生物化学与分子生物学 南方医科大学 2008(学位年度)
摘要:随着人类基因组计划和人类基因组单体型图计划的完成,基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作用组学和表型组学等各种组学的兴起和蓬勃发展,生命科学研究已经跨入后基因组与系统生物学的崭新时代。系统生物学使生命科学由描述式的科学转变为定量描述和预测的科学,她是在注重个别基因和蛋白质的实验生物学基础上,从整个生物系统的角度整合研究所有基因、所有蛋白质、所有组分的性质,以及在特定条件下这些组分间的相互关系。高通量基因芯片技术的发展成熟和广泛应用,产生了海量的基因表达谱数据,许多相应数据库也已建立,蛋白质组学相关技术的发展也汇聚了大量的生物大分子相互作用信息。生物信息学为储存、处理、分析和整合这些庞杂的数据信息提供了强大的技术平台。人类基因组中蛋白质编码基因的数量只有3万左右,序列占有量还不到整个基因组(约3,000,000,000bp)的2%,而在这些蛋白编码基因中,调节基因表达的反式因子(又称转录因子)占据了相当大的比例,约3000左右。这些转录因子在调控基因表达时与DNA、蛋白质等分子相互作用,形成极为复杂的基因转录调控网络。 基因表达调控是生物体内基因表达的调节控制机制,是细胞中基因表达的过程在时间、空间上处于有序状态,并对环境条件的变化作出适当反应的复杂过程。基因表达的调控可在多个层次上上进行,包括基因水平(基因结构的活化)、转录水平、转录后水平、翻译水平和翻译后水平的调控,其中转录水平尤其是开始转录时的调控对基因表达起关键作用。真核细胞染色质是以核小体形式存在,结构复杂,转录起始时RNA聚合酶并不能单独识别结合启动子,这个过程需要转录因子的协助完成。转录因子是指与基因调控序列结合并调控基因转录的一类核蛋白,包含起始转录所需要的除RNA聚合酶以外的任何一种蛋白质组分,可分为基本转录因子、活化因子、协同活化因子和其它调节因子四类。这里研究的是后3类,统称为特异转录因子,依其作用的效果不同分为转录活化因子和转录抑制因子2种。转录因子可以识别RNA聚合酶,也可以识别DNA序列,也能与另一些转录因子结合,转录因子结合位点通常为基因的上游区域中(包含启动子区)的一段特定的DNA序列,这些序列本身并不执行任何功能,只有当其被转录因子识别、结合后才能发挥作用,它们共同控制着基因的转录。因此,转录因子和/或基因之间形成复杂的转录调控网络。 大量基因表达谱数据分析表明,至少存在约几千个基因表达具有组织选择性现象,其中约有366个基因首先选择性高表达于肝脏及相关组织,对这些基因进一步按功能分类,预期得到的基因集所具有的表达模式和功能,在很大程度上与共调控基因相似,然后根据反向工程的原理,预测可能对这些基因进行调控的转录因子,并构建转录因子和基因之间的转录调控网络,揭示各相关基因间的主从和调控关系。 研究内容主要分为四个部分: 1.基因芯片数据挖掘概述。本章较详细介绍了基因芯片、储存基因芯片数据的GEO数据库、基因芯片数据的生物信息学分析、常用基因芯片数据挖掘软件的应用等内容。详细介绍了一款适合基因表达谱数据分析的GeneSifter软件,以本研究所完成的Velcade影响K562细胞基因表达谱数据集和下载于GEO数据库的GSE6902(电离辐射致人成纤维细胞损伤的全基因表达谱)数据集为例介绍了数据挖掘流程,供生物学背景的科研工作者进行数据挖掘时参考。 2.肝组织选择性基因转录因子的预测分析。利用DAVID软件强大的基因功能注释模块:根据基因本体词汇、蛋白质.蛋白质相互作用、蛋白功能结构域、疾病关联性、生物通路、基因表达、基因特征、同源性等40多种注释分类体系,实现基因的合理分类,先把组织选择性探针集(包含97种组织)按照功能显著性不同分为10大类,分别是细胞通讯、遗传相关、糖蛋白、KEGG、膜蛋白、金属结合蛋白、OMIM、受体、信号转导、转录因子等共有10大类,与肝组织相关的探针集按选择性高低又细分为23类。包括:1个细胞通讯类,4个遗传相关类,2个糖蛋白类,5个KEGG类,2个膜蛋白类,3个金属结合蛋白类,1个OMIM类,1个受体类,3个信号转导类,1个转录因子类,共23类。假定这些类基因集满足共表达并且共调控的前提条件,采用PromoSer软件提取各基因转录起始位点上游500个碱基序列,接着利用针对组织选择性转录因子预测的MaxLAPS程序和TFME软件预测这些基因集的转录因子,并结合SCOPE软件预测转录因子结合位点及分布,最后按照TRANSFAC真核转录因子数据库的分类标准(基于DNA结合结构域相似性的分类体系)对预测的转录因子进行了归类。 将MaxLAPS程序和TFME软件预测结果交叉合并,得到23类基因集的转录因子,各类基因集的转录因子数分布4~19个,总数达85个。这些转录因子分属于经典的4个超类中,分别是:碱性结构域超类(25个,占29.4%)、含锌配位的DNA结合结构域超类(17个,占20%)、螺旋-转角-螺旋超类(27个,占31.80%)、具有与小沟接触的β-骨架因子超类(16个,占18.8%)。为了观察这些转录因子结合的DNA调控元件在基因上游的位置分布,采用SCOPE软件以图形直观显示得分最高的10个(转录因子类6个)转录因子结合位点序列在各基因-500bp区域的分布情况,经检验部分序列logo,发现这些位点与预测的转录因子基本相对应。总之,预测过程为先对共表达的组织选择性基因进行功能归类,再用3款软件分别预测各功能类基因集的转录因子和转录因子结合位点,并且预测结果相互间可以验证对应,这种方法确实可行,对肝组织选择性基因转录因子的预测方法国内未见报道。 3.肝组织选择性基因转录调控网络构建的研究。随着网络节点数的增加,相应的网络拓扑结构复杂度成指数倍增,因而,节点数必需适中。我们根据已知基因.基因关联度大小和转录产物的细胞分布位置不同,选择从胞外到核的6类(细胞间通讯1类、受体1类、信号转导3类和转录因子1类)基因和预测的转录因子来构建基因转录调控网络。先用3款基因和/或蛋白质之间相互作用网络构建工具STRING、UniHI和Bibliosphere软件分别生成6类的基因转录调控网络,找出网络的核心节点,再综合构建总的基因转录调控网络,这些网络主要在已有文献证据基础上生成。 细胞对刺激反应的过程一般可解释为胞外因子或者膜受体的信号,经过信号转导级联途径传到核中,启动或关闭某些基因的转录。肝细胞的这一信息流需要许多具有肝组织选择性功能的蛋白因子的协同参与,构建的含基因和转录因子JUN,SP1,HNF4A等的复杂转录调控网络显示,这些转录因子参与肝组织选择性基因集的调控过程。网络显示各基因分布呈功能聚集现象--成簇,不同的簇代表不同的功能基因群。经过功能聚类分析发现,细胞外(包含胞膜)的基因基本上可以分为3~4群,分别为参与补体激活信号基因集(以补体成分4A“C4A”为核心),参与血液凝固信号级联基因集(以凝血因子X“F10”为核心)和结合功能基因集(以白蛋白“ALB”为核心),其中结合功能基因集包含了脂代谢(以载脂蛋白B“APOB”为核心)有关的基因,构建的网络反映了肝脏几种常见而且重要的功能:脂代谢网络,凝血和补体信号转导网络,以及转录调控网络之间的复杂关系。本研究从系统水平体现出肝脏具有复杂的生理功能,如果整合具体的肝病数据,该网络可潜在应用于肝脏在生理病理水平发生变化时的分子机制预测。 4.肝组织选择性细胞通讯基因网络初步应用于未知基因的预测分析。应用BioLayout能根据基因间的相似性(如表达谱相似性)将已知和未知基因/蛋白质的关系以三维关系图的形式表示出来,帮助构建含有未知基因的LSCC基因网络,通过进一步对网络成员进行聚类、文献挖掘分析,对未知基因LOC91614进行基因本体(GeneOntology,GO)、KEGG通路、Transfac转录因子结合位点、保守结构域等分析。结果获得21个节点含有6个未知基因的LSCC基因网络,聚类也显示各成员的基因表达关联较紧密,其中LOC91614与APOB有密切关联,支持BioLayout的结果;文献挖掘显示已知基因与肝组织、胞质、血清、糖、脂、胰岛素、肝炎等关键词显著相关;GO功能富集分析揭示LOC91614具有细胞通讯、信号转导、细胞内信号级联的功能,大约有7个TFBS可对含LOC91614的靶基因集进行调控,推测LOC91614产物可能分布于肝细胞的胞质中,可能涉及肝脏的糖、脂代谢过程的调控,可能与肝组织的特异性细胞通讯相关,LOC91614这些功能可能依赖于DEP保守结构域。 本研究在转录因子预测的假阳性率控制、功能相关的转录因子对应的DNA顺式调控模块优化研究、以及预测结果的验证等方面值得进一步深入研究与完善。
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