自主运动对小鼠海马分子表达特征影响:基于GEO数据库基因表达谱分析OA北大核心

背景:海马体对认知功能至关重要,运动有望提升认知并缓解认知衰退,然而其分子机制尚不明了。生物信息学通过分析运动对海马体分子表达的影响,从而揭示关键机制,为理解运动如何促进认知及制定干预策略提供新的视角。目的:采用生物信息学方法深入分析自主运动干预对小鼠海马组织基因表达谱的影响,通过研究差异表达基因的生物学功能及其潜在的调控网络,揭示运动对海马体神经功能调控的分子机制。方法:通过美国国立生物技术信息中心NCBI创建并维护的基因表达综合数据库(GEO)获取自主运动干预小鼠海马组织的基因表达微阵列数据集(GSE42904和GSE29075),随后采用R语言中的Limma和DESeq2包进行严格的差异基因分析,并借助ggplot2包绘制火山图直观展示分析结果;通过FunRich软件识别共同的差异表达基因;利用R语言中的clusterProfiler包进行基因本体论和京都基因与基因组百科全书通路富集分析;通过在线分析工具STRING对差异表达基因进行蛋白-蛋白相互作用网络分析;应用Cytoscape软件进一步筛选核心靶点。结果与结论:(1)在GSE42904数据集中,自主运动干预导致小鼠海马体123个基因存在差异,它们主要参与节律过程、糖基化等基因本体论生物过程,并涉白细胞介素17、钙、乙醇等多条京都基因与基因组百科全书信号通路,蛋白-蛋白相互作用网络确定的关键枢纽基因包括Npy、Mapk3、Mapk11和Chgb等;(2)GSE29075数据集中,自主运动引起小鼠海马455个差异基因表达,它们主要参与细胞投射组织的正调控、凋亡负调控信号等基因本体论生物过程,并在神经退行性疾病相关通路显著富集,蛋白-蛋白相互作用网络确定的关键枢纽基因包括Eed、Bptf和Nedd8等;(3)提示自主运动可以显著调节小鼠海马中Chrm1、Eed、Npy、Mapk3、Mapk11和Map2k1等关键基因表达,这些基因可能在神经退行性疾病、钙信号传导等生物学过程中起着核心的调控作用,自主运动可能通过影响神经发生和突触可塑性来促进认知功能。