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关键词： Neurosciences  

摘要： Auditory hallucinations are prevalent in many neuropsychiatric disorders and are also a cardinal symptom of schizophrenia. Most research on the mechanism of auditory hallucinations has focused on functional imaging of the auditory cortex. Recent research has revealed structural and functional interaction between the striatum and the neocortex. Previous studies in our laboratory have shown that dopamine infusion into the posterior caudatoputamen (CPu), the “auditory striatum,” produce activation of the rat auditory cortex. To establish the next projection site from these neurons, we virally infused an anterograde AAV-GFP into this region of the auditory striatum which resulted in expression mainly at the same rostral-caudal level of the lateral globus pallidus (LGP) as the infusion site. Since antipsychotic drugs target D2 dopamine receptors on neurons of the indirect pathway (CPu-LGP) to alleviate psychotic symptoms, we transfected terminals in the LGP with a retrograde AAV-Jaws-GFP to neuroanatomically discriminate the indirect pathway. Inactivation of the striatal indirect pathway neurons with Jaws stimulation resulted in significant activation of the auditory cortex via c-Fos expression. Conversely, activation of these same striatal indirect pathway neurons with stimulation of ChannelRhodopsin-2 (ChR2) showed no significant change in auditory cortex activation. The results of these studies will elucidate a potential alternative neural circuit mechanism underlying the pathophysiology of auditory hallucinations in neuropsychiatric disorders.

关键词： 医学   医学遗传学  

ISBN: (纸本)9787309151459

摘要： 本教材是针对部分医学院校独立开设的“细胞与遗传实验”课程编写的教材。教材从细胞到个体、人群; 从正常的细胞结构、遗传物质到细胞损伤的观察与研究、遗传疾病分析。兼顾基础和临床两个方面, 涉及细胞与遗传的多种实验技术和方法, 并设计了综合性的实验, 以开拓学生的实验思路和创新能力。当然, 本教材也可作为传统实验课程的指导用书。本教材的核心内容以中英文形式呈现, 也适应了Bachelor of Medicine and Bachelor of Surgery（MBBS）学生实验学习的需要。

关键词： Entomology   Genetics  

摘要： The poor people of the world disproportionately suffer from insect pests. These pests can either vector disease(s) or damage crops. The mosquito, Aedes aegypti, is a competent vector of dengue, zika, chikungunya, and Yellow Fever. These arboviral diseases cause substantial human suffering and death each year, but the majority of suffering is experienced by the poor. Likewise, the damage caused by the storage pest maize weevil, Sitophilus zeamais, is a burden primarily held by subsistence farmers. The first chapter of this dissertation focuses on Ae. aegypti. The work presented here relies heavily on decades of fieldwork and benefits greatly from the myriad resources that have been dedicated to fighting this pest. The second portion of the dissertation shifts focus to the maize weevil. In contrast to Ae. aegypti, this species is severely lacking attention and resources. This dissertation aims to increase awareness of and available genomic resources for the maize weevil. Therefore, effort is spent developing genomic tools and utilizing next generation sequencing techniques to examine population genetic structure in Mexico. In chapter 1, I demonstrate the evolution of two important knockdown resistance (kdr) haplotypes in Ae. aegypti over the course of 18 years in Iquitos, Peru. The results provide evidence for a direct connection between pyrethroid spraying and the increase in frequency of specific knockdown resistance (kdr) haplotypes by identifying two selection events in the population. The high degree of selection for kdr haplotypes here illustrates the detrimental effects that pyrethroids have on mosquito physiology and how quickly the species can adapt to new insecticide pressures. In addition to the temporal results, spatial suppression experiments show that genetic heterogeneity exists not only at the city-wide scale, but also on a very fine scale within the city. These results will be useful for modeling the efficacy of emerging genetic engineering technologi

关键词： 全基因组关联分析   肠道微生物   微量元素   疾病   孟德尔随机化   因果关系  

摘要： 近年来,随着肠道微生物领域研究的深入开展,大量的研究表明肠道微生物与宿主体内的物质代谢和生理机能的维持存在着复杂而紧密的联系。与宿主的其他表型一样,肠道微生物作为动物的“第二基因组”同时受到来自环境因素和宿主遗传因素的共同影响。随着全基因组关联技术(Genome-Wide Association Study,GWAS)在肠道微生物领域的应用,越来越多的遗传位点被发现具有调控肠道菌群多样性及肠道微生物丰度的能力。然而,宿主遗传因素如何作用于肠道菌群组成及肠道微生物丰度尚属未知。此外,与健康人群相比,不同疾病患者体内往往伴随着包括肠道微生物组成、肠道微生物功能、肠道微生物丰度等一系列肠道微生物组的变化,这些变化被统称为“肠道菌群失调”。但“肠道菌群失调”与疾病之间的关系仍有待进一步地确定。因此,本研究基于22种肠道微生物的GWAS汇总数据,利用系统遗传学的方法对上述两个问题进行了研究。首先,本研究利用肠道微生物的GWAS汇总数据及来源于Reactome、KEGG等多个数据库的通路数据,基于GWAS汇总数据的GSAE(Gene Set Enrichment Analysis Based on GWAS summary data,简称GWAS-GSEA),对参与宿主遗传调控肠道微生物丰度的信号通路进行了鉴别。随后,本研究利用已鉴定的仅与微量元素(维生素及矿质元素)显著相关的遗传位点(SNPs),分别采用逆方差加权法(IVW,inversevariance weighted)、MR-Egger、加权中位数法(WM,weighted median)三种孟德尔随机化方法分析了微量元素与肠道微生物丰度变化之间的因果关系。研究结果表明,宿主体内维生素D的浓度变化是引起柔膜菌纲(Erysipelotrichia)、柔膜菌目(Erysipelotrichales)和柔膜菌科(Erysipelotrichaceae)的肠道微生物丰度变化的原因。宿主体内血钙浓度的增加能够引起放线菌门(Actinobacteria)及放线菌纲(Actinobacteria)的肠道微生物丰度增加,而血铁和血锌浓度的增加则会导致芽孢杆菌纲(Bacilli)、乳杆菌目(Lactobacillales)和海洋滑动菌科(Marinilabiliaceae)的肠道微生物丰度的降低。为研究肠道微生物丰度变化与疾病之间的关系,本研究利用已知的22种受宿主遗传调控的肠道微生物的GWAS汇总数据及来自Dis Ge NET数据库中26种复杂性疾病的致病基因数据,通过GWAS-GSEA方法和Hot Net2热扩散模型对肠道微生物与复杂性疾病之间的关联关系进行了鉴定。本研究共发现20种肠道微生物与21种疾病之间存在48对关联关系,其中有56.25%(27/48)肠道微生物与疾病的关联关系得到相关研究的支撑。随后,采用双向孟德尔随机化方法对上述48对肠道微生物-疾病对之间的因果关系进行分析。但是,本研究未发现上述肠道微生物与疾病之间存在因果关系。上述研究结果提示,肠道微生物与疾病之间的关系可能是非常复杂的,并不能推断为简单的因果关系。这意味着在临床实践中,将肠道微生物作为疾病治疗的靶点还需要进一步的研究。综上,本研究采用系统遗传学的方法,对微量元素与肠道微生物以及疾病与肠道微生物之间的关系进行了比较深入的研究,发现了部分微量元素对肠道微生物的调控作用以及肠道微生物与疾病之间的关联关系。以上研究结果为深入研究肠道微生物的遗传机制及其与疾病间的关联奠定了初步的理论基础。

关键词： mTORC2/AKT   肿瘤免疫治疗   CD8+T细胞   记忆细胞   表观遗传学  

摘要： 肿瘤免疫治疗是利用患者自身免疫系统对抗肿瘤细胞的一种新型治疗策略。过继转移记忆T细胞在临床上有较好的疗效。因此,了解CD8T细胞产生记忆的分子机制尤为重要。本研究的目的是探讨抑制mTORC2/AKT通路对CD8T细胞记忆形成的影响,并探讨代谢调节和表观遗传学的变化。在实验过程中,采用OT-1小鼠脾脏细胞进行体外活化、增殖,同时加入AKT抑制剂MK-2206(终浓度为1μM)或DMSO对细胞进行处理,体外培养3天后,利用流式细胞术检测表面活化分子和转录因子的表达情况;收集细胞沉淀,进行ATAC-seq和CHIP-seq。体外培养4天后,利用流式细胞术检测线粒体相关指标和细胞因子的表达情况;收集细胞沉淀,抽提RNA、核蛋白和胞浆蛋白,使用荧光定量PCR检测记忆形成相关、效应功能相关和代谢相关基因的相对表达量,利用Western Blot技术检测糖异生和线粒体合成相关蛋白表达情况。流式细胞术检测结果表明,MK-2206体外处理小鼠脾细胞,抑制CD8T细胞表面活化分子和细胞因子的表达,上调CD62L和Tcf1的表达,增强Mito SOX和TMRE荧光信号。荧光定量PCR结果表明,MK-2206处理增加了PCK1、Pygl和Pygm基因的相对表达。ATAC-seq与CHIP-seq结果显示,MK-2206处理导致大量基因的可及性增加,并且实验组和对照组中均出现了大量H3K4me3而非H3K27ac修饰。综上所述,通过抑制mTORC2/AKT途径,可以起到增强CD8T细胞记忆形成的作用,进而在一定程度上抑制CD8T细胞的活化和效应功能。此外,代谢以及表观遗传学检测结果显示,抑制mTORC2/AKT途径增加线粒体膜电位、ROS水平及细胞糖异生水平;CD8T细胞内伴随着H3K4me3修饰的染色质可及性的剧烈变化。因此,抑制mTORC2/AKT途径提高CD8T细胞记忆性,为过继免疫细胞疗法提供了治疗靶点,代谢与表观遗传学的改变也更好的揭示了CD8T细胞记忆形成的分子机制,在肿瘤免疫治疗的研究中具有一定的实用价值。

关键词： 偃麦草   三属杂交   原位杂交   分子标记   基因定位  

摘要： 中间偃麦草(Thinopyrum intermedium,2n=6x=42,JJJJStSt)属于小麦野生近缘植物,多年生、异花授粉,具有耐盐、耐旱、抗寒等抗逆性以及抗白粉病、条锈病、叶锈病、秆锈病、赤霉病等抗病性,是小麦远缘杂交和染色体工程育种的重要基因资源。茸毛偃麦草(*** ***,2n=6x=42,JJJJ StSt)是中间偃麦草的一个亚种,与中间偃麦草一样具有抗逆、抗病等优良特性,区别在于其穗部和叶片上覆盖有茸毛,是小麦抗性改良的重要供体之一。TE1508是本实验室选育的小麦-茸毛偃麦草部分双二倍体,成株期免疫或高抗白粉病、条锈病、叶锈病、纹枯病等;小麦-中间偃麦草7J异体代换系源于八倍体小偃麦TAF46与普通小麦Vilmorin27杂交、回交后代,具有抗秆锈病(Ug99)与紫色胚芽鞘等性状。为了将TE1508与TAF46携带的优异农艺性状导入栽培小麦,本文实施了以下研究工作:(1)分别利用六倍体小黑麦和普通小麦与TE1508进行杂交、回交,在后代中选育了一批新型小偃麦衍生系,采用非变性荧光原位杂交(non-denaturing fluorescence in situ hybridization,ND-FISH)、基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)、分子标记、抗性鉴定、田间农艺性状调查等方法,评估了这些材料在小麦遗传多样性改良方面的潜在价值,并初步定位了一些源于偃麦草的优异基因;(2)利用ND-FISH、分子标记等分子细胞遗传学方法,鉴定了多份小麦-中间偃麦草7J染色体易位系,并初步定位了一个苗期胚芽鞘紫色基因。主要研究结果如下:1、利用Oligo-pSc119.2、Oligo-pTa535、Oligo-pSt122、Oligo-(GAA)、Oligo-(CAA)、Oligo-3A1、Oligo-5SrDNA、Oligo-6H-2-100、Oligo-pTa71九种寡聚核苷酸探针组成的连续多色荧光原位杂交(multicolor fluorescence in situ hybridization,mc-FISH)与拟鹅观草总基因组DNA为探针的GISH,详细鉴定了TE1508(2n=56)的体细胞染色体核型结构,其染色体组为40W+6St+4J+6J,具体核型为:20对小麦染色体(缺失1对4B染色体)+3对St基因组染色体(1对1St、1对6St与1对7St)+3对J基因组染色体(1对2J、1对4J与1对5J)+2对J基因组染色体(1对3J与1对4J)。在TE1508与六倍体小黑麦Currency三属杂种自交后代,发现:(1)茸毛偃麦草染色体比黑麦染色体更容易在小麦背景中传递下去;(2)茸毛偃麦草J基因组染色体比J、St基因组染色体传递率更高。2、利用Oligo-pSc119.2、Oligo-pTa535等探针组成的mc-FISH与中间偃麦草总基因组DNA为探针的GISH,分析了本研究选育的新型小偃麦衍生系体细胞染色体核型,得到以下结果:(1)品系X24C-10是一个细胞学稳定的小麦-茸毛偃麦草4J(4B)代换系;(2)品系X24C-5是一个细胞学稳定的小麦-茸毛偃麦草4J(4B)代换系;(3)品系X24C-14是一个细胞学稳定的小麦-茸毛偃麦草2J附加系;(4)品系A1082是一个细胞学稳定的小麦-茸毛偃麦草3J附加系;(5)品系X24C-1-1是一个细胞学稳定的小麦-茸毛偃麦草T4BS·4JL易位系;(6)品系A5-5是一个细胞学稳定的小麦-茸毛偃麦草T4BS·5JL罗宾逊易位系。3、利用澳大利亚的条锈菌小种(239 E237 A-17+33+与108 E205 A+)、叶锈菌小种(104-1,3,5,7,9,10,12,13+Lr37)、秆锈菌小种(34-1,2,3,4,5,6,7与98-1,2,(3),(5),6)以及我国当下流行的CYR32、CYR33与CYR34(或v26)的混合小种,对本研究选育的小偃麦衍生系进行了抗性评估,得到以下结果:(1)X24C-10(4J/4B代换系)在苗期与成株期均高抗条锈病,苗期高抗秆锈病;(2)X24C-5(4J/4B代换系)在苗期中抗秆锈病,成株期高抗条锈病;(3)X24C-14(2J附加系)在苗期与成株期近免疫或高抗条锈病,苗期中抗叶锈病与秆锈病;(4)A1082(3J附加系)在苗期近免疫叶锈病与秆锈病,成株期近免疫条锈病;(5)X24C-1-1(T4BS·4JL易位系)在苗期与成株期均高抗条锈病;(6)A5-5(T4BS·5JL罗宾逊易位系)在苗期对澳大利亚毒性极强的条锈菌小种239 E237 A-17+33+表现为免疫,而对毒性较低的条锈菌小种108 E205 A

关键词： 朴树   乡土树种   叶绿体全基因组   群体遗传学   物种保护  

摘要： 朴树(Celtis sinensis Pers.)隶属于属大麻科(Cannabaceae),朴属(Celtis),为高大落叶乔木。朴树为我国华东地区典型的乡土树种,也是山地人工林群落演替过程中典型的先锋树种,在地带性植被群落演替及恢复中发挥着重要作用,常见于山坡、林缘、村庄、路旁和庭院旁,用作园林观赏植物以及行道树栽植。本研究选取朴树为研究对象,通过Illumina Hi Seq Xten测序平台对朴树进行浅层次的全基因组测序,来进行其叶绿体全基因组的组装。同时基于10个核微卫星分子标记(Nuclear Microsatellite,n SSR)对包括江苏徐州城区石灰岩山地、安徽皇藏峪省级自然保护区及周边乡村等在内的13个朴树居群(共426个植株体)开展了群体遗传学研究。本研究一方面旨在通过徐州石灰岩山地侧柏人工林不同演替阶段林下先锋树种朴树的遗传多样性动态变化来探讨其在群体演替过程中的遗传结构动态变化;另一方面则对城镇化进程等人类活动干扰对乡土植物朴树的遗传多样性影响程度进行分析和评估,并据此对乡村生态建设中乡土树种的保护提出相应的建议。主要研究结果如下:(1)基于二代高通量测序数据,成功组装了朴树的磨山(MS)个体的叶绿体全基因组。朴树叶绿体全基因组的大小为159,092 bp(Gen Bank Number:MN481989),在结构上呈典型的四分体结构,具体由一对长为26,895 bp的反向重复序列(IR,Inverted Repeat Region)和两个单拷贝区域(LSC,Large Single Copy,长86,085 bp和SSC,Small Single Copy,长19,217 bp)分隔。其基因组成上共包含131个基因,包括87个蛋白编码基因、36个转运体RNA和8个核糖体RNA。(2)微卫星位点多态性:10个微卫星位点一共扩增出205个等位基因,每个位点的等位基因数(Number of alleles,N)范围为11-43,平均值为20.60。每个位点的观测杂合度(Observed heterozygosity,Ho)范围为0.101-0.791,平均值为0.5608;期望杂合度(Expected heterozygosity,H)范围为0.140-0.945,平均值为0.6613;居群内遗传多样性(Genetic diversity within populations,H)范围为0.099-0.844,平均值为0.600;总体居群间遗传多样性(Total genetic diversity,H)范围在0.136到0.950,平均值为0.662;多态位点信息指数(Polymorphism information content,PIC)的范围为0.138-0.941,平均值为0.638。(3)居群遗传多样性:13个朴树野生居群的整体遗传多样性较高,其中位于徐州周边的乡村耿集村(GJC)的的遗传多样性最高(Allelic richness,A=8.729,Ho=0.633,H=0.581),野窑村(YYC)群体的平均遗传多样性最低(A=5.664,Ho=0.450,H=0.552)。按石灰岩山地侧柏人工林林龄由大到小的顺序:泰山(50年代)、泉山(60年代)、拉犁山(70年代)、磨山(80年代)中各朴树居群的遗传多样性依次减小,且居群间遗传多样性差异显著(P<0.05),上述结果表明在人工林演替进程中,群落中生境异质性的逐渐增加降低了物种的选择压,进而为林下朴树的生长提供了更多空间和资源。在徐州地区的针叶林向落叶阔叶林演替的过程中,朴树群体的遗传多样性呈现出先升后降的动态变化,两个处于针阔混交林阶段的朴树群体(LLSM、QSM)遗传多样性最高,结果表明朴树的遗传多样性变化与先锋树种的群落动态特征相吻合。徐州城区周边农村地区的朴树(乡土树种)居群间遗传多样性与乡村城镇化、园林化的程度呈负相关,且存在显著差异(P<0.05)。皇藏峪自然林缘朴树群体遗传多样性高于林窗群体,且差异显著(P<0.05)。综上所述,我们建议在美丽乡村建设过程中,需尽可能保留乡土树种,维持其遗传多样性水平,不同种源引种也会提高朴树的遗传多样性。其中耿集村和皇藏峪林缘的两个朴树群体具有较高的遗传多样性,表明其具有较高的遗传资源保护价值。(4)群体遗传分化信息:13个朴树群体聚类为两个遗传谱系,其中位于安徽皇藏峪自然保护区的2个居群和徐州城区石灰岩山地泰山居群的属于同一分支;其余10个居群属于另一个分支,其中耿集村居群遗传距离与前一分支较为接近,推测其群体内存在人工引种。朴树遗传变异系数(F)为0.1289,表明群体间存在中等程度的遗传分化。朴树群体总体遗传变异中有0.2%存在于组群间,12.69%存在于群体间,87.11%存在于群体

关键词： 遗传进化的集群算法   数据融合   影像遗传学   机器学习   轻度认知障碍  

摘要： 大脑是人类全身最特殊的器官,其复杂的运行机制离不开神经系统和基因等物质共同作用。影像遗传学是一门将神经影像学和遗传学相结合的新兴交叉学科,使得研究人员可以从宏观和微观两种角度探究大脑的工作原理。而机器学习模型已被广泛应用于大脑中的各种复杂问题的求解。因此,本文基于影像遗传学数据,利用遗传进化的集群算法对早期轻度认知障碍症患者和晚期轻度认知障碍症患者进行深入研究。具体研究内容如下:（1）提出遗传进化的集群算法——一种新的特征提取和分类方法。引入遗传进化和集成学习的思想,随机选择样本和样本特征构建集群,并在遗传进化过程中逐渐地剔除无关特征和冗余特征,通过在全局范围内自动寻优来优化算法,进而提高了模型的性能,达到较好的泛化能力。（2）基于遗传进化的随机森林对早期轻度认知障碍进行研究。首先,对37个早期轻度认知障碍患者和36个正常人的静息态功能磁共振成像数据和基因数据进行融合,构建融合特征。其次,构建遗传进化的随机森林模型,对患者和正常人进行分类并提取出能够区分患者和正常人的最优特征。最后,对最优特征进一步地统计分析,找到致病脑区和异常基因。研究结果表明,与其他方法相比,该模型具有较好的分类性能和特征提取能力,并发现了一些与疾病相关的致病脑区和异常基因。该模型有利于发现早期轻度认知障碍患者的多因子发病机理,为早期轻度认知障碍的临床诊断和治疗提供了一个新技术。（3）基于遗传进化的随机神经网络集群对晚期轻度认知障碍进行研究。首先,针对26名晚期轻度认知障碍患者和36名正常人的影像遗传学数据进行特征融合。其次,构建遗传进化的随机神经网络集群,对样本进行分类和最优特征提取。最后,找出晚期轻度认知障碍的致病脑区和异常基因。与其他方法相比,基于该模型的分类和特征提取框架取得了更好的结果。研究结果说明该模型有利于发现晚期轻度认知障碍患者的多因子发病机理,为该疾病的临床诊断和治疗提供强力支持,并促进了机器学习算法在精准医疗中的应用。

关键词： 母代   子代   表观遗传学   DNA甲基化   高脂饮食   糖脂代谢  

摘要： 糖尿病是一种复杂的多基因遗传性疾病。母体内环境变化与子代代谢性疾病(如糖尿病)易感性密切相关,而表观遗传学修饰被认为是联系二者重要的分子基础,但具体机制目前并不十分清楚。目的:(1)探讨母代大鼠孕期及哺乳期高脂饮食导致子代大鼠离乳时(3周龄)糖脂代谢变化;(2)探讨母代大鼠孕期及哺乳期高脂饮食导致子代大鼠离乳时(3周龄)肝脏组织基因表达的改变;(3)探讨母代大鼠孕期及哺乳期高脂饮食导致子代大鼠离乳时(3周龄)肝脏组织基因组甲基化的改变;(4)探讨DNA甲基化在母代大鼠孕期及哺乳期高脂饮食导致子代大鼠离乳时(3周龄)糖脂代谢紊乱中发挥的作用。方法:(1)给予雌性SD大鼠随机分组,分别给予正常饮食及高脂饮食喂养,建立孕期及哺乳期高脂饮食模型,分别测量子代SD大鼠多个周龄(出生时、1周龄、2周龄、3周龄)体重。(2)于子代大鼠3周龄时(离乳)用灌胃法行口服糖耐量试验,处死子鼠,留取腹腔静脉血,检测空腹血清胰岛素含量并计算糖耐量曲线下面积及胰岛素抵抗指数,检测甘油三酯浓度、总胆固醇浓度,分别测量各组子鼠肝脏重量,收集各组子鼠肝脏及胰腺组织,HE染色,光镜下观察肝脏及胰腺组织病理学改变,收集各组胰岛组织用western blot法及免疫组织化学法检测各组胰岛组织胰岛素表达。(3)采用全基因组表达谱芯片和甲基化测序芯片寻找各组肝脏组织差异表达的基因和差异性甲基化基因,并通过生物信息学技术展开进一步的相关分析,随后开展分子生物学相关的实验进行验证及深入分析。结果:母代高脂饮食的子代SD大鼠组(High-fat diet group,HFD组)与母代正常饮食的子代SD大鼠组(Normal chow diet group,NCD组)相比,出生时及离乳时体重均较大,在离乳期出现明显的糖脂代谢异常:(1)与NCD组相比较,HFD组出生时体重较大,离乳时(3周龄)体重较大;(2)与NCD组相比较,HFD组空腹血糖增高,服糖后120分钟血糖增高,糖耐量曲线下面积增大,空腹胰岛素含量无明显差别,HOMA-IR指数增高;(3)与NCD组相比较,HFD组空腹甘油三酯含量明显增高,空腹总胆固醇含量增高。对肝脏和胰腺进行大体病理组织学观察,发现(1)与NCD组相比较,HFD组肝脏重量增大,肝脏HE染色可见肝细胞明显气球样变,可见大量大小不一的脂肪空泡形成;(2)与NCD组相比较,HFD组胰腺组织HE染色未见明显差异,胰岛素免疫组化染色未见明显差异。采用Me DIP-seq及RNA-seq对肝脏的基因组甲基化情况和转录组表达情况进行研究。Me DIP-seq发现:(1)有46628个差异甲基化位点(Differentially methylated sites,DMSs),分别在大鼠所有染色体上,大部分DMSs分布在X染色体中(8661,18.57%);DMSs主要分布在基因间区和内含子区,在转录启动位点、转录终止位点、外显子和内含子元件中的比例分别为9.4%、3.33%、8.24%和33.68%;(2)通过对DMSs数据的分析,与NCD组相比较,HFD组有501个低甲基化区域和46个高甲基化区域被鉴别,大部分差异性甲基化区域(Differentially methylated regions,DMRs)位于启动子171个(3个高甲基化区和168个低甲基化区)、内含子152个(11个高甲基化区和141个低甲基化区)和基因间区143个(30个高甲基化区和113个低甲基化区);(3)与HCD组比较,HFD组有262个差异甲基化基因(Differentially methylated genomes,DMGs),其中248个低甲基化基因和14个高甲基化甲基化基因;(4)对DMGs进行GO富集分析,在细胞成分部分中前三位的为蛋白乙酰转移酶复合物、组蛋白乙酰转移酶复合物和异染色质;在分子功能部分中前三位的为巯基泛素特异性蛋白酶活性、n-乙酰转移酶活性和巯基泛素性水解酶活性;在生物过程部分中前三位的为组蛋白H4乙酰化、组蛋白脱乙酰化和蛋白脱乙酰化;(5)对DMGs进行KEGG代谢通路分析,发现DMGs与steroid biosynthesis、nicotine addiction、citrate cycle(TCA cycle)、nucleotide excision repair和retrograde endocannabinoid signaling等通路密切相关;RNA-seq分析结果发现:与NCD组相比,HFD组中有876个差异表达基因(Differentially expression genomes,DEGs)385个基因表达上调,491个基因表达下调;对DMGs和DEGs进行整合分析,发现:9个基因同时发生基因表达和DNA甲基化的变化,分别占DMGs的3.44%

关键词： 组蛋白去乙酰化酶   乙型肝炎病毒   表观遗传学   环状DNA   调控机制  

摘要： 乙型肝炎由乙型肝炎病毒(Hepatitis B virus，HBV)感染造成，可引发急性或慢性疾病，至今仍是一个重要的全球公共卫生健康问题。HBV感染人体后，其不完全双链的基因组(relaxed circular DNA，rcDNA)在肝细胞核中形成共价闭合环状DNA(covalently closed circular DNA，cccDNA)，并与组蛋白和非组蛋白结合形成微染色体。cccDNA微染色体结构稳定，难以清除，是慢性乙肝难以治愈的根本原因。组蛋白乙酰化是被研究较多的表观遗传学修饰之一，在调控cccDNA微染色体转录的过程中发挥着重要作用。组蛋白乙酰化状态由组蛋白乙酰转移酶（histone acetyltransferases，HATs）和组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases，HDACs)共同调节。HDAC家族共有18个成员，按与酵母蛋白的同源性分为四类，HDAC11是新发现的唯一的第Ⅳ类HDAC成员。本研究重点探索了HDAC11对HBV生命周期的影响及其调控机制。　　第一章引言部分主要介绍了HBV和HDAC11的背景知识，包括HBV的流行病学调查、防治手段、结构和基因组、生命周期，以及HDAC家族的成员和分类依据等。其中着重介绍了cccDNA微染色体相关的表观遗传学修饰，以及HDAC1、HDAC4、SIRT1和SITR3等不同HDACs对HBV复制的调控作用及其机制，并在此基础上论述了本研究的意义。　　在研究之初，通过过表达11种不同的HDACs来筛查它们对HBV生命周期的影响，结果发现HDAC11等多个组蛋白去乙酰化酶对HBV复制有明显抑制作用。接着，梯度过表达实验结果显示，HDAC11能显著抑制HBV的转录、复制和抗原分泌水平，且这种抑制效果具有剂量依赖效应。同时，HDAC11对不同HBV基因型（包括A、C、D型）有着类似的抑制作用。另外，无论是在HBV复制质粒转染系统中，还是在表达NTCP受体的体外感染细胞模型中，利用特异的siRNA敲降HDAC11后均能明显促进HBV的转录和复制水平，但HDAC11对感染过程中细胞内HBV cccDNA的含量没有显著影响。在进一步的机制研究中，通过RNA稳定性实验、双荧光素酶报告基因实验和染色质免疫共沉淀实验等方法，发现HDAC11不影响HBVRNA的降解速率和HBV四个启动子报告基因的表达，而是通过降低cccDNA结合的组蛋白H3的乙酰化水平来抑制HBV转录活性，同时不影响组蛋白H4的乙酰化状态。其中，H3K9ac和H3K27ac是HDAC11发挥调控HBV作用的两个重要位点。随后，通过利用HDAC抑制剂、构建HBV突变体、构建HDAC11酶活缺失突变体和一系列截短突变体等方法，对HDAC11去乙酰化机制及其蛋白分子结构域进行解析，最终发现HDAC11蛋白N末端的第1-180位氨基酸片段对其发挥抑制HBV作用至关重要。　　综上所述，本研究发现HDAC11通过调节cccDNA微染色体上组蛋白H3的乙酰化水平来下调cccDNA的转录能力，进而抑制HBV复制。本研究揭示了HDAC11对HBV生命周期的影响及其分子机制，有助于拓展现有的对HBVcccDNA转录调控机制和HDAC11生理功能的了解。