层次模块结构在代谢网络中的成因和生物学意义

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31000378
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    陆晨琪
  • 依托单位：
    复旦大学
  • 学科分类：
    C0504.物理生物学
  • 结题年份：
    2013
  • 批准年份：
    2010
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2011-01-01 至2013-12-31

项目摘要

代谢处于生命活动的功能执行层面 ,是驱动生命过程的化学引擎。代谢网络则是以网络形式描述代谢活动中所有化合物及酶之间的相互作用。通过对代谢网络的拓扑结构的大量研究，发现了层次模块结构等重要的结构特征。层次模块结构，即整个代谢网络由一些内部高度连接的，行使独立功能的模块组成，而这些模块以逐渐聚集的方式形成更大模块，从而完成整个代谢过程。初步研究发现，这种结构的形成可能与外部环境的多变性和内部的分工协作密切相关。在此基础上，本研究拟采用系统生物学的复杂网络分析方法和生物信息学方法，提出代谢网络合理的演化模型以解释真实网络呈现的各种结构特征，探讨层次模块结构在生物体实现稳健性、适应性和高效性的作用，并根据层次模块结构这一特性，构建新的算法，预测网络中尚未发现的酶基因，完善整个代谢网络。本研究不但揭示层次模块结构在代谢网络中的产生原因和生物学意义，而且为今后生物医学和代谢工程的相关研究提供新的思路。

结项摘要

细胞重编程，是21世纪生物医学领域最重大的研究成果之一，特别在再生医学领域有着远大的应用前景。但是，目前我们对细胞重编程的机制认识不够清楚，都是基于几个关键转录因子的表达调控，缺乏在系统水平上全面解析基因调控网络如何协调合作完成细胞重编程的机制。本研究计划正是希望用研究现代生物网络的先进分析方法，寻找细胞重编程过程中的重要调控模块结构，并深入研究其作用机制，为今后细胞重编程技术的推广打下重要的理论基础。项目采用了小鼠胚胎成纤维细胞（MEF），胚胎干细胞（ES），和用带有4个关键转录因子（OSKM）的逆转录病毒诱导体系构建了多功能干细胞系（iPS）；通过新一代测序技术RNA-seq，获得了ES细胞、MEF细胞与iPS细胞形成不同阶段的mRNA和miRNA表达谱信息；通过数据挖掘的方法，收集了关键转录因子的chip-seq的高通量数据，作为转录因子结合的依据；并用多种生物信息学方法联合预测了miRNA及其靶基因的关系。基于以上信息，成功构建了miRNA和转录因子共同介导的细胞重编程基因调控网络。通过现代网络分析方法，揭示了miRNAs与转录因子在细胞重编程过程中的分工和协作。通过网络模块结构分析，发现了在诱导多能干细胞重编程过程中起着重要作用的调控模块，以及连接这些调控模块的关键miRNAs：miR-200s、miR-29b和miR-138等。我们通过分子生物学实验验证miR-200s、miR-29b和miR-138分别通过调节ZEB2、DNMT3a/3b及p53等信号通路进而促进iPS细胞重编程的重要作用与新机制。这研究为开发以miRNAs为主的有效诱导iPS形成的方法，并利用非基因组整合小分子代替转录因子诱导iPS目标的实现提供重要的理论和实践依据。

项目成果

期刊论文数量（12）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Critical regulation of miR-200/ZEB2 pathway in Oct4/Sox2-induced mesenchymal-to-epithelial transition and induced pluripotent stem cell generation
miR-200/ZEB2 通路在 Oct4/Sox2 诱导的间充质到上皮转化和诱导多能干细胞生成中的关键调控
  • DOI：
    10.1073/pnas.1212769110
  • 发表时间：
    2013-02-19
  • 期刊：
    PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
  • 影响因子：
    11.1
  • 作者：
    Wang, Guiying;Guo, Xudong;Kang, Jiuhong
  • 通讯作者：
    Kang, Jiuhong
Euphol arrests breast cancer cells at the G1 phase through the modulation of cyclin D1, p21 and p27 expression
Euhol 通过调节细胞周期蛋白 D1、p21 和 p27 的表达将乳腺癌细胞阻滞在 G1 期。
  • DOI：
    10.3892/mmr.2013.1650
  • 发表时间：
    2013-10-01
  • 期刊：
    MOLECULAR MEDICINE REPORTS
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Wang, Lin;Wang, Guiying;Kang, Jiuhong
  • 通讯作者：
    Kang, Jiuhong
Distinct roles for CBP and p300 on the RA-mediated expression of the meiosis commitment gene Stra8 in mouse embryonic stem cells.
CBP 和 p300 对 RA 介导的小鼠胚胎干细胞减数分裂基因 Stra8 表达的不同作用
  • DOI：
    10.1371/journal.pone.0066076
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    PloS one
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Chen W;Jia W;Wang K;Si X;Zhu S;Duan T;Kang J
  • 通讯作者：
    Kang J
MicroRNA-29a promotes colorectal cancer metastasis by regulating matrix metalloproteinase 2 and E-cadherin via KLF4.
MicroRNA-29a通过KLF4调节基质金属蛋白酶2和E-钙粘蛋白促进结直肠癌转移
  • DOI：
    10.1038/bjc.2013.724
  • 发表时间：
    2014-01-21
  • 期刊：
    BRITISH JOURNAL OF CANCER
  • 影响因子：
    8.8
  • 作者：
    Tang, W.;Zhu, Y.;Gao, J.;Fu, J.;Liu, C.;Liu, Y.;Song, C.;Zhu, S.;Leng, Y.;Wang, G.;Chen, W.;Du, P.;Huang, S.;Zhou, X.;Kang, J.;Cui, L.
  • 通讯作者：
    Cui, L.
MicroRNA-200a Regulates Grb2 and Suppresses Differentiation of Mouse Embryonic Stem Cells into Endoderm and Mesoderm
MicroRNA-200a 调节 Grb2 并抑制小鼠胚胎干细胞分化为内胚层和中胚层
  • DOI：
    10.1371/journal.pone.0068990
  • 发表时间：
    2013-07-18
  • 期刊：
    PLOS ONE
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Liu, Yang;Liu, Qidong;Kang, Jiuhong
  • 通讯作者：
    Kang, Jiuhong

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其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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