腦創(chuàng)傷外泌體環(huán)狀RNA的鑒定功能及預(yù)測

瀏覽次數(shù)：3751　發(fā)布日期：2018-3-26　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

近期，云序生物客戶天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院張建寧教授帶領(lǐng)的神經(jīng)創(chuàng)傷團(tuán)隊(duì)針對大腦創(chuàng)傷的研究。該課題組集合了外泌體和環(huán)狀RNA兩大科研熱點(diǎn)，應(yīng)用云序生物提供的全轉(zhuǎn)錄組測序服務(wù)，僅通過大腦創(chuàng)傷外泌體中環(huán)狀RNA表達(dá)譜研究就成功地于今年年初在《Journal of Neurotrauma》（影響因子5.19）上發(fā)表了世界首個(gè)小鼠腦創(chuàng)傷模型外泌體環(huán)狀RNA研究的一篇文章。

研究背景：

大腦創(chuàng)傷（TBI）具有極高的發(fā)病率和致死率，會(huì)不同程度地危害身體健康，目前對其致病機(jī)理，尤其是對神經(jīng)系統(tǒng)造成傷害的分子機(jī)理尚不知曉。已知外泌體中富含環(huán)狀RNA，這是一種新發(fā)現(xiàn)的環(huán)狀非編碼RNA，大多以miRNA海綿發(fā)揮調(diào)控下游功能基因的表達(dá)。而本研究作者正是集合了外泌體和環(huán)狀RNA兩大科研熱點(diǎn)，利用高通量測序揭示大腦創(chuàng)傷外泌體中環(huán)狀RNA的變化及其潛在的生物學(xué)功能。
研究思路：
作者首先分離了小鼠腦組織，提取腦周質(zhì)外泌體，通過外泌體全轉(zhuǎn)錄組測序檢測TBI腦周組織外泌體中環(huán)狀RNA的表達(dá)變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)231個(gè)差異表達(dá)的環(huán)狀RNA，其中155個(gè)上調(diào)，76個(gè)下調(diào)。接下來通過生信分析如GO及KEGG分析對外泌體差異表達(dá)的環(huán)狀RNA進(jìn)行了功能預(yù)測。GO分析表明這些RNA分子主要參與神經(jīng)損傷修復(fù)，神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育及神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)，這些分子同時(shí)主要富集在cGMP-PKG信號(hào)通路。CircRNA-miRNA互作網(wǎng)絡(luò)圖揭示了環(huán)狀RNA作用靶miRNA及可能的功能。本文首次研究了大腦創(chuàng)傷外泌體中環(huán)狀RNA變化，為后續(xù)分子機(jī)理詳細(xì)研究提供諸多靶分子，也為大腦創(chuàng)傷的干預(yù)治療提供潛在的靶點(diǎn)。
研究路線圖：

結(jié)果展示：
通過透射電鏡TEM和Western Blot鑒定提取的外泌體。TEM顯示提取的外泌體符合粒徑30-100nm的不規(guī)則球形特點(diǎn)。WB結(jié)果也顯示外泌體marker蛋白如CD63，TSG101和HSP70均有表達(dá)，星形膠質(zhì)細(xì)胞marker蛋白GFAP也有表達(dá)。上述結(jié)果證實(shí)來自大腦組織的外泌體提取成功。

圖示：外泌體電鏡鑒定和WB檢測

通過環(huán)狀RNA測序檢測TBI vs正常(3v3)外泌體中環(huán)狀RNA的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有231個(gè)環(huán)狀RNA顯著差異表達(dá)，其中155個(gè)上調(diào)，76個(gè)下調(diào)。

圖示：外泌體差異表達(dá)的環(huán)狀RNA聚類分析和散點(diǎn)圖

通過對差異表達(dá)的環(huán)狀RNA來源基因進(jìn)行GO分析，發(fā)現(xiàn)從生物學(xué)過程角度，差異表達(dá)環(huán)狀RNA更顯著富集在突觸發(fā)育，運(yùn)輸?shù)壬飳W(xué)過程。從細(xì)胞組分角度，差異表達(dá)環(huán)狀RNA更顯著富集在細(xì)胞質(zhì)，細(xì)胞器，神經(jīng)元，突觸等部分。從分子功能角度，差異表達(dá)環(huán)狀RNA更顯著富集在結(jié)合那些特殊基質(zhì)如蛋白，酶，激酶等。
KEGG信號(hào)通路分析結(jié)果顯示差異表達(dá)的環(huán)狀RNA更顯著富集在cGMP-PKG信號(hào)通路。

圖示：外泌體差異表達(dá)的環(huán)狀RNA來源基因GO分析

圖示：外泌體差異表達(dá)的環(huán)狀RNA來源基因KEGG分析

圖示：Top10 顯著上下調(diào)circRNA相關(guān)的KEGG通路關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖

2013年兩篇Nature文章揭示環(huán)狀RNA具有miRNA海綿的功能，它可以吸附miRNA來調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)。此后，環(huán)狀RNA的ceRNA功能機(jī)制正被人們廣泛研究。研究人員通過生物信息學(xué)預(yù)測，發(fā)現(xiàn)環(huán)狀RNA有多個(gè)miRNA結(jié)合位點(diǎn)，挑選33個(gè)環(huán)狀RNA和35個(gè)miRNA，構(gòu)建circRNA-miRNA網(wǎng)絡(luò)圖，結(jié)果表明mmu-miR-883a-3p，mmu-miR-3057-5p，mmu-miR-6980-3p， mmu-miR-6968-5p 和mum-miR-9768-3p比其他miRNA受到更多環(huán)狀RNA調(diào)控。

圖示：circRNA-miRNA網(wǎng)絡(luò)圖

作者介紹：

張建寧，男，博士，博士生導(dǎo)師�，F(xiàn)任天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院院長，神經(jīng)外科主任，天津市神經(jīng)病學(xué)研究所所長，加拿大蒙特利爾神經(jīng)病學(xué)研究所高級顧問，神經(jīng)外科學(xué)科帶頭人。已發(fā)表學(xué)術(shù)論文100多篇，參編專著多部，是"十一"高教部教材《外科學(xué)》副主編。先后被評為衛(wèi)生部和天津市衛(wèi)生局優(yōu)秀青年專業(yè)技術(shù)人員、天津市和醫(yī)科大學(xué)跨世紀(jì)人才、新世紀(jì)人才、天津市"十五"重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科資助人選、天津市"131"工程第一層次人才。近年來承擔(dān)國家科技部(973課題)、國家自然科學(xué)基金委、衛(wèi)生部、天津市科委、教委的多項(xiàng)科研課題。

參考文獻(xiàn)：Circular RNA expression alteration in exosomes from the brain extracellular space after traumatic brain injury in mice

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