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      IPA案例十四——使用IPA分析心肌細胞在不同時間拉伸處理后的轉錄組變化

      2018-04-24 11:58:58 來源:源資科技市場部

      新聞摘要:本文采用機械拉伸處理大鼠心肌細胞,并且從1h,4h,12h,24h,48h分別取樣進行基因表達的分析。數據處理部位主要由IPA完成。獲得了潛在的能夠調控機械拉伸刺激心肌細胞基因表達的因子。


      摘要:機械力能激活超負荷心肌細胞的肥大生長。然而,機械拉伸處理后的心肌細胞的轉錄組變化機制沒有完全被理解。本文中,對新生大鼠的心室心機細胞分別進行了1h、4h、12h、24h和48h的機械拉伸,并且對其轉錄組進行研究,獲得了全基因組時間序列的表達結果。結果顯示,采用不同的時間點的樣本,做了全基因組時間序列的基因研究。結果顯示,在以上5個循環機械拉伸時間點,得到在拉伸培養新生大鼠心肌細胞中,分別有205個,579個, 737個, 621個、1542個差異表達基因(>2倍,p<0.05)。得到的結果采用IPA進行差異表達基因的通路和上游調控因子,以確定能夠調控可能導致機械牽張引起心肌細胞肥大的網絡。同時,本文還用同樣的樣品做了miRNA表達譜,對比1 - 12和24 - 48小時分別得到了在機械拉伸時發生變化的8和87個顯著差異的miRNAs(p<0.05)。 本文還采用IPA來整合miRNA和mRNA數據,我們預測了miRNA-mRNA可能導致機械牽張引起的肥厚性生長的因子。結論:通過以上分析發現(Nrf2)和干擾素調節因子以及let-7miRNA家族有可能調控心肌細胞對于拉伸刺激的基因。


      實驗方法:

       



      實驗結果:

       


      圖一:新生大鼠心肌細胞的拉伸處理差異表達基因。(A,B)1-48小時差異基因表達個數。A是2倍變化的基因,B是1.5倍變化的基因。黑框代表上調基因。白框代表下調基因。C-J代表不同時間點之間的Venn diagram。 C和G是2倍變化上調基因,D和H是2倍變化的下調基因,E和I是1.5倍變化的上調基因,F和J是1.5倍變化的下調基因。

       

      圖二:1-48小時差異基因分別上調和下調表達前十的基因列表。

       

      圖三:拉伸處理的大鼠心肌細胞不同時間點的差異基因(1.5倍變化的上調及下調基因)的功能分析。使用IPA進行相關的功能分析,計算出正負的Z-Score分別代表預測上調的功能(A)和預測下調(B)的功能。以灰色的柱形表示,紅色的點表示p值。圖中所示的均是Z-Score大于2的功能聚類。

       

      圖四:分別對比1-12h,24-48小時的經典通路。使用IPA進行5個時間點的經典通路分析,并且使用對比分析得到的經典通路對比。圖中,橙色代表預測該實驗條件下的經典通路被激活,藍色代表預測該實驗條件下的經典通路被抑制。

       

      圖五:NRF2-mediated oxidative stress response信號通路核內部分。圖四顯示,該經典通路隨著拉伸時間變化,在12小時被顯著的激活。本圖中。紅色的分子代表在數據中上調表達的基因,綠色的分析代表下調表達的基因。顏色的申請代表的差異表的強弱。

       

      圖六:使用IPA對差異基因進行的上游調控因子進行分析。圖中采用了在5個時間點預測對差異基因有激活或抑制的顯著的5個上游因子。以Z-Score(柱形)的值分別代表在各時間點的激活(正值)和抑制(負值)的作用。紅的的點代表p值。

       

      圖七:miRNA聚類結果。熱圖顯示差異表達的miRNA在不同時間點樣品的聚類表達結果。每一行代表著一個miRNA,每列代表一個樣品。紅色代表miRNA表達值大于平均表達值,藍色代表miRNA表達值小于平均值?;疑碓搈iRNA的表達值低于背景值。

       

      圖八:使用IPA進行miRNA-mRNA配對分析,得到let-7miRNA家族在不同時間點的潛在靶基因。


      結論: 本文主體使用IPA對5個時間樣本中得到的差異基因進行核心分析。能夠得到經典通路的結果,基因功能聚類結果,以及上游調控因子的分析結果。并且通過miRNA Target filter功能獲得潛在的mRNA靶基因。展示了在不同時間長度的機械拉伸處理的大鼠心肌細胞的基因表達譜。


      原文文獻:
      Jaana Rys?, Heikki Tokola, & Heikki Ruskoaho. (2018). Mechanical stretch induced transcriptomic profiles in cardiac myocytes. Scientific Reports, 8(1).

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