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基因功能

   基因功能分析是指利用生物信息学和不同表达系统对基因的功能进行的预测、鉴定和验证。基因功能是在细胞组成的多层次复杂生命体中实现的。筛选和鉴定功能基因是研究各种生物学表型发生分子机制的关键步骤，也是人类后基因组时代主要研究内容之一。

         为分离出某种表型或生命过程的功能基因，一方面可以从形状入手研究基因，即基于正向遗传学的筛选方法；也可以从基因入手反向研究相关性状，即基于反向遗传学的筛选方法。
         基于正向遗传学的筛选策略是指以个体或细胞的特定表型为切入点，寻找表型相对应的基因，并揭示基因的功能。该策略的完成需要具备特异性的生物学表型，然后通过分子生物学或遗传学方法获得候选基因，最后对候选基因进行评价和功能验证。具体包括传统的遗传学分析、基于DNA测序的基因突变分析、基因表达谱分析和全基因组关联研究、高通量基因测序、表达谱分析（i基因表达谱、蛋白表达谱、micreRNA表达谱和代谢组等）和生物信息学技术等。
         反向遗传学的筛选策略是在基因组全部DNA序列信息的基础上，对基因进行加工和修饰，包括点突变、基因插入、基因剔除或基因置换等，人工使得被修饰的生物体具备某些生物学特性，从中挑选该兴趣的表型并鉴定相关基因，研究功能基因的结构与功能。目前利用该技术筛选功能基因的方法众多，主要包括cDNA文库技术、RNAi文库技术、反义RNA技术、CRISPR/Cas9筛选技术和插入突变技术等    。
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         生物信息学的技术仅能对基因的功能做一个大致的判断，但在一定程度上需要我们通过实验对推测进行验证。目前常用的实验方法为基因功能缺失以及基因过表达。

        

    

        JuLI™ Stage活细胞成像分析系统助力基因功能分析​

        


         我们选取了两篇使用JuLI™ Stage活细胞成像分析系统应用在基因功能研究方向的代表性文章。

         1. 重庆医科大学研究团队在《Genes & Diseases》期刊上发表一篇名为 'Cell cycle dysregulation with overexpression of KIF2C/MCAK is a critical event in nasopharyngeal carcinoma' 的文章    。

             研究人员系统分析了4个独立的鼻咽癌（NPC）转录组数据集，重点鉴定了鼻咽癌的关键分子网络和新的关键枢纽基因。研究人员在数据集内发现了170个常见的重叠差异表达基因（DEGs），并且通过GO与KEGG通路分析发现细胞周期失调是鼻咽癌的关键事件，此外还通过蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析确定了15个中心基因核心网络，确定了本次研究的关键因子过表达驱动蛋白家族成员2C（KIF2C）。后续通过敲除KIF2C来进行实验验证。文中使用JuLI™ Stage实时监测HNE-1、CNE-1（NPC细胞）生长48h，测定细胞活力与生长速率。同时，在细胞迁移试验中使用JuLI™ Stage实时记录细胞图像8h并做相应的分析。文章最后得出结论：细胞周期失调是鼻咽癌发病过程中的关键事件，而KIF2C是一种新型的关键有丝分裂枢纽基因，在鼻咽癌中具有治疗潜力。​​​​












































         2. 纽卡斯尔大学研究团队在《Cell Reports》期刊上发表一篇名为“In Vivo Cell Fate Tracing Provides No Evidence for Mesenchymal to Epithelial Transition in Adult Fallopian Tube and Uterus”的文章    。

            研究人员利用由女性生殖道间充质细胞标记基因(AMHR2、CSPG4和PDGFRb)驱动的报告基因进行胚胎细胞谱系追踪，研究间充质细胞向上皮细胞的转化(MET)是否参与输卵管和子宫上皮细胞的维持、修复和癌变。使用JuLI™ Stage对类器官进行成像。对输卵管类器官与表达PDGFRb的间质成纤维细胞共培养，使用JuLI™ Stage拍摄明场以及GFP荧光图像。成像结果表明GFP表达仅限于基质细胞。使用JuLI™ Stage培养 21 天的突变输卵管类器官的代表性明场和荧光图像，描绘了这些类器官中GFP表达的缺失。

















  

       












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图1. HNE-1细胞生长情况
图2. CNE-1细胞生长情况
图3. HNE-1、CNE-1细胞迁移
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图4. 类器官明场以及荧光图像

             参考文献

             [1]  Liu Xu, Chang De, Wang Jun-feng. Advantages, disadvantages and research progress on strategies for screening and identifying functional genes[J]. Basic & Clinical Medicine. 2022, 42(6): 969-974.

             [2] Zuo X, Meng P, Bao Y, et al . Cell cycle dysregulation with overexpression of KIF2C/MCAK is a critical event in nasopharyngeal carcinoma[J]. Genes Dis. 2021 Jun 14;10(1):212-227. (IF 6.8)

             [3] Ghosh A, Syed SM, Kumar M, et al. In Vivo Cell Fate Tracing Provides No Evidence for Mesenchymal to Epithelial Transition in Adult Fallopian Tube and Uterus[J]. Cell Rep. 

                   2020 May 12;31(6):107631. (IF 8.8)