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文檔簡介
1、高通量測序其他醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究思路,2015年2月,研究方向,進化,發(fā)育,衰老,炎癥,免疫,藥物成癮,基因篩選,……,發(fā)育與組織分化,組織分化(histo-differentiation,histogen-esis,tissue-differentiation )系指多細胞生物從未分化的細胞群,形成具有特定的形態(tài)和機能的組織過程。,發(fā)育與組織分化,發(fā)育指生命現(xiàn)象的發(fā)展,是一個有機體從其生命開始到成熟的變化,是生物有機體的自我構(gòu)建和自我組織
2、的過程。,發(fā)育生物學(xué)(developmentalbiology)是一門研究生物體從精子和卵子發(fā)生、受精、發(fā)育、生長到衰老、死亡規(guī)律的科學(xué)。,配子在形成過程中基因組經(jīng)歷了去甲基化和重新甲基化的過程:在這個過程中形成了配子特有的甲基化模式和印記基因早期胚胎發(fā)育過程中基因組同樣經(jīng)歷了去甲基化和重新甲基化的過程:在這個過程中去除了親代配子的甲基化模式,并形成了胚胎自身的甲基化模式,但印記基因沒有變化,發(fā)育過程中甲基化變化,性成熟個體,配子
3、母細胞,成熟配子,早期胚胎,成體模式的胚胎,體細胞,生殖細胞,原始生殖細胞,,,,,,,,,,甲基化清洗,印記,保持印記,部分保持印記,保持印記,保持印記,甲基化清洗重塑,X染色體失活,基因的時空特異性表達,甲基化異常導(dǎo)致的疾病,衰老,,甲基化測序, hiseq2000/2500平臺。,The DNA methylation landscape of human early embryos,Jul,2014,案例1,實驗材料,DNA
4、去甲基化,組蛋白與甲基化,越來越多的研究表明,非編碼RNA(miRNA和lncRNA)在哺乳動物胚胎早期發(fā)育與細胞分化過程中扮演著重要角色。然而,目前的研究仍處于具有重要功能的非編碼RNA的發(fā)掘與功能驗證階段,對于非編碼RNA調(diào)節(jié)基因表達的分子機理仍需深入研究,特別是不同非編碼RNA在多個靶基因表達過程中的協(xié)同調(diào)控作。,非編碼RNA與發(fā)育,Braveheart , a Long Noncoding RNA Required for Ca
5、rdiovascular Lineage CommitmentBraveheart (Bvht),JAN 2013,案例2,對小鼠多分化階段的胚胎干細胞(Embryonic Stem Cells, ESCs)與成年小鼠大腦、肝臟和骨骼肌肉組織進行長鏈非編碼RNA測序研究后,發(fā)現(xiàn)了一種與心臟功能相關(guān)的長鏈非編碼RNA,Braveheart(Bvht)。測序平臺:Illumina Hiseq 20002*100bp ~10Gb,文
6、章思路,對小鼠不同分化時期的胚胎干細胞進行了lncRNA測序后,鑒定出了47個在ESCs中高表達但在其他三種組織中中等表達的lncRNA,,AK143260這種lncRNA相對于其他幾種組織,在心臟組織中表現(xiàn)出高表達的現(xiàn)象,因此研究者對此lncRNA進行進一步的分析,并將其命名Braveheart,Braveheart,利用RACE(rapid amplification of cDNA ends)技術(shù)與lncRNA測序數(shù)據(jù)結(jié)合分析后發(fā)
7、現(xiàn),bvht(AK143260)是一種包含三個外顯子的590nt長的轉(zhuǎn)錄本,,,,,且具有一種缺少第一個外顯子的亞型結(jié)構(gòu),Braveheart結(jié)構(gòu),Braveheart結(jié)構(gòu),與對照組比較,沉默bvht之后0、3、6、9天后組織中表達量改變3X以上基因轉(zhuǎn)錄本熱圖,,功能驗證,,首個被調(diào)控的基因,調(diào)控網(wǎng)絡(luò),研究人員對來自幼年、青春期、成年及老年的雌雄Fischer 344大鼠、涵蓋11種器官的320個樣本進行了RNA測序,由此構(gòu)建出了一張綜
8、合大鼠轉(zhuǎn)錄組圖譜。繪制出40,064個基因和65,167種轉(zhuǎn)錄物表達譜,其中包括31,909種選擇性剪接轉(zhuǎn)錄變異體和2,367中非編碼基因/非編碼RNAs(ncRNAs)。他們發(fā)現(xiàn)一些器官富集、差異性表達的基因反映出已知的器官特異性生物活性。大量的轉(zhuǎn)錄物顯示器官特異性、年齡依賴性或性別特異性的差異表達模式。,A rat RNA-Seq transcriptomic BodyMap across 11 organs and 4 deve
9、lopmental stages,案例3,基因表達情況,藥物/治療,藥物在生物體內(nèi)能夠發(fā)揮各種生理作用,本質(zhì)在于藥物與生物體內(nèi)的各種靶點產(chǎn)生特異性和非特異性結(jié)合,從而影響生物的各種生理過程。非特異性結(jié)構(gòu)藥物與藥物的其化學(xué)結(jié)構(gòu)關(guān)系較小,主要受藥物的理化性質(zhì)的影響。特異性結(jié)構(gòu)藥物的作用主要通過藥物分子與受體(生物大分子)的有效結(jié)合。,藥物作用機制,受體 (包括離子通道)酶核酸載體蛋白類脂糖類在目前的上市藥物中,以受體為靶點的占
10、58%,以酶為靶點的占22%,核酸的占3%,其他靶點占17%。,藥物作用的生物靶點,目前,藥物雖然都是通過基于表型或靶標的機制。然而研究人員通常并不清楚藥物發(fā)揮作用具體的途徑和原因。阿司匹林就是一個范例。盡管它被開發(fā)出來已超過一個世紀,但到現(xiàn)在我們?nèi)圆磺宄脑敿殭C制。,為什么要研究藥物作用機制,RNA-Sequencing Analysis of HepG2 Cells Treated with Atorvastatin,HepG2(
11、人肝癌細胞)培養(yǎng)在不同濃度阿托伐他?。ń笛帲┑呐囵B(yǎng)基中(0, 2.5, 5, 10, 20 and 40 mM) 24h后進行轉(zhuǎn)錄組測序,阿托伐他汀藥物反應(yīng),案例1,藥物處理后121個基因表達量發(fā)生改變。其中110個基因表達量上調(diào),11個基因表達量下降。,散點圖,功能注釋,發(fā)現(xiàn)了98個已知的可變剪接,其中11個基因發(fā)現(xiàn)可變剪接但是表達量上沒有差異。,可變剪接,Acupuncture Promotes Angiogenesis af
12、ter Myocardial Ischemia through H3K9 Acetylation Regulation at VEGF Gene,文章通過結(jié)扎冠狀動脈左前降支建立大鼠心肌缺血模型,并用電針刺(EA)進行處理,樣本共分4組:Control(10例)Control+EA (10例)MI (32例)EA (12例)利用轉(zhuǎn)錄組測序分析針刺療法保護心肌的分子機制。,Apr, 2014,案例2,心肌損傷,差異表達基因,,
13、VEGF信號通路上調(diào),H3K9乙?;瘜?dǎo)致VEGF上調(diào),可能的分子機制,免疫,Next-generation sequencing of small RNAs from HIV-infected cells identifies phased microRNA expression patterns and candidate novel microRNAs differentially expressed upon infection,
14、探究HIV侵染對細胞miRNA的影響。HIV-1 LAI毒株和UV滅活的HIV-1 LAI毒株感染的5、12、24小時(之前研究證明病毒在侵染5小時檢測不到,12小時檢測量提高,24小時后達到最大)的SUP-T1(人T淋巴瘤細胞)細胞。數(shù)字表達譜和小RNA測序分析。,案例1,5小時和12小時處理樣本中鑒定得到的差異表達microRNAs很少,24小時處理的樣本中,差異表達的microRNAs較多(HIV組上調(diào)65個,下調(diào)39個,UV組
15、上調(diào)14個,下調(diào)4個)。顯示出HIV感染T細胞時間上的階段特異性。,差異基因,對差異表達microRNA進行功能富集分析發(fā)現(xiàn)主要與細胞周期、轉(zhuǎn)錄調(diào)控活動相關(guān)。,互做網(wǎng)絡(luò),炎癥,炎癥是動物機體對各種致炎因子及局部損傷所產(chǎn)生的防御性反應(yīng)?;静±碜兓蔷植拷M織的變質(zhì)、滲出和增生。臨床上,炎癥局部可有紅、腫、熱、痛及功能障礙,并伴有不同程度的全身反應(yīng)。炎癥是最常見的病理過程,是許多疾病的病理基礎(chǔ),例如 :肺炎、肝炎、腎炎、闌尾炎、結(jié)核病、風(fēng)濕
16、病等都屬于炎癥性疾病。炎癥是機體的防御適應(yīng)性反應(yīng),但會產(chǎn)生有害影響,需辨證分析。,炎癥,一. 生物性因子細菌、病毒、立克次體、支原體、真菌、螺旋體和寄生蟲等為炎癥最常見的原因。二. 免疫性因子 由各種變態(tài)原引起的炎癥.過敏性炎,過敏性皮炎,由抗原抗體復(fù)合物反應(yīng)引起的腎小球腎炎等。三.理化因素 (一)化學(xué)因素:強酸堿、某些有毒物質(zhì); 腐敗飲料等 (二)物理性因素:低溫.高溫.射線(X光.紫外線)四.機械性因子
17、此外,體內(nèi)某些病理過程,如組織壞死、出血、血栓形成,能組織分解等也可導(dǎo)致炎癥的發(fā)生。,炎癥的原因,Epigenetic Reprogramming in Mist1-/- Mice Predicts the Molecular Response to Cerulein-Induced Pancreatitis,對照組:C57/Bl6小鼠實驗組:Mist1-/-的C57/Bl6小鼠,利用Cerulein誘導(dǎo)胰腺炎實驗方法:針對組蛋白H
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