轉錄后調控研究利器—全轉錄組測序-ceRNA網絡-助力高分文章

眾所周知基因的表達是十分復雜的調控網絡，除了轉錄調控和表觀修飾的調控機理，轉錄后還有許多復雜的調控機制，比如目前相對比較成熟的非編碼RNA的研究內容?；诙鷾y序技術的全轉錄組測序研究，同時分析同一樣本中的mRNA，lncRNA，circRNA和miRNA，并且通過相關性網絡分析和ceRNA網絡分析，使研究內容更加系統(tǒng)化，致力于深入挖掘生命現(xiàn)象背后的轉錄調控問題。ceRNA網絡是全轉錄組分析的核心，有助于縮小篩選范圍，挖掘關鍵基因。ceRNA（即競爭性內源RNA）由Pandolfi等人于2011年提出，是指所有類型的RNA都可以通過microRNA應答元件進行相互作用。ceRNA可以通過競爭性的結合miRNA來調控彼此的表達，如：miRNA可以導致基因沉默，而lncRNA競爭性結合了miRNA，從而影響了miRNA導致基因沉默這一功能。這里，mRNA、lncRNA、circRNA等均可作為ceRNA。

全轉錄組測序文庫構建及分析內容

ceRNA整合分析、全轉錄組研究思路

全轉錄組分析思路：①單一RNA的標準分析，lncRNA，circRNA，mRNA和miRNA鑒定和注釋，差異表達和序列特征分析，對于mRNA直接進行差異基因功能注釋和富集分析，對于差異非編碼RNA則對其預測的靶基因或來源基因（circRNA來源基因）進行功能注釋和富集分析；②每種RNA單獨分析后,把所有RNA整合在一起進行ceRNA整合分析，可以兩兩間，三者之間以及四種RNA的聯(lián)合分析，多層面、多角度全面闡述生物學問題。

總而言之，與單一的mRNA研究相比，全轉錄組研究可同一批樣本獲得2種文庫，分析4種RNA，節(jié)省送樣量；項目性價比高，易發(fā)高分文章；縮小差異基因范圍，減少傳統(tǒng)驗證實驗工作量。接下來小編以非編碼RNA對小鼠黑色素細胞發(fā)育調控作用為例，給大家分享一篇單一lncRNA分析和一篇全轉錄組聯(lián)合分析文章，以闡明全轉錄的優(yōu)勢。
成功案例一

英文標題：Differential Expression of lncRNAs and predicted target genes in normal mouse melanocytes and B16 cells

中文標題：lncRNA及其靶基因在正常小鼠黑素細胞和B16細胞中的差異表達

發(fā)表雜志：Experimental dermatology.2018

影響因子：3.96

合作單位：山西農業(yè)大學動物科學與獸醫(yī)學院

材料：C57BL-6J小鼠皮膚正常黑素細胞，C57BL-6J小鼠B16黑色素瘤細胞

方法：Illumina HiSeq；lncRNA seq

主要研究結果：

1. lncRNA的鑒定和差異分析，使用四種計算方法，發(fā)現(xiàn)2319個lncRNAs在正常黑素細胞和B16細胞中均表達，其中373個在顯著水平上差異表達。對前6個差異表達的lncRNA進行qRT-PCR驗證，結果顯示測序數據中表達趨勢相同。

2. 通過靶基因預測，發(fā)現(xiàn)367個差異表達lncRNAs的靶基因，KEGG分析顯示，211個已知基因是Wnt信號通路、TGF-β信號通路、MAPK信號通路、NF-κB信號通路、黑色素瘤和其他幾種癌癥相關調節(jié)通路中的靶基因。其中，43個lncRNA和靶基因與黑素發(fā)生和黑素瘤途徑相關。

3. lncRNA-mRNA關聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)在差異表達的lncRNAs中，lnc-13317.1通過靶向BRCA1，且原位雜交顯示BRCA1 mRNA在B16細胞質中表達，預測BRCA1在黑色素瘤細胞周期中發(fā)揮作用。

成功案例二

英文標題：The comprehensive detection of miRNA, lncRNA, and circRNA in regulation of mouse melanocyte and skin development

中文標題：綜合檢測miRNA、lncRNA和circRNA對小鼠黑素細胞和皮膚發(fā)育的調控作用

發(fā)表雜志：Biological research .2020

影響因子：5.612

合作單位：山西農業(yè)大學生命科學學院

材料：C57BL/6J和ICR小鼠，分別取胚胎15天和出生7天的皮膚樣本，每組3個生物學重

方法：Illumina HiSeq；全轉錄組測序

主要研究結果：

1. miRNA、lncRNA和circRNA鑒定和差異分析：鑒定出了206種和183種不同表達的miRNA, 600種和800種不同表達的lncRNA，以及50種和54種不同表達的circRNA。

2. 差異非編碼RNA靶基因預測：GO term和pathway分析差異表達miRNA、lncRNA的靶基因以及circRNA的宿主基因，結果顯示circRNA的宿主基因主要富集在細胞過程和單個生物體過程中；miRNA的靶基因主要富集于染色質結合和核內鈣離子結合；lncRNA相關基因的功能是翻譯后修飾。

3. ceRNA網絡分析：lncRNA和circRNA的ceRNA網絡顯示了ncRNA與皮膚發(fā)育和黑素細胞發(fā)育相關的mRNA之間復雜的相互作用，如與黑色素細胞發(fā)育相關的Tcf4、Gnas和Gpnms。