意大利蜜蜂工蜂中肠的环状RNA及其调控网络分析

【目的】环状RNA(circRNA)在可变剪接、转录调控和来源基因的表达调控等方面具有重要功能。本研究旨在分析意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica工蜂中肠circRNA的数量、种类、结构特征和作用,并通过构建和分析circRNA的调控网络探索circRNA的调控功能。【方法】在实验室条件下人工饲养意大利蜜蜂工蜂,利用circRNA-seq技术对意大利蜜蜂7和10日龄成年工蜂中肠样品进行深度测序。利用find_circ软件从质控后的数据中预测circRNA。通过BLAST比对GO和KEGG数据库,对circRNA的来源基因进行功能和代谢通路注释。利用TargetFinder软件预测circRNA靶向结合的miRNA及miRNA靶向结合的mRNA,通过Cytoscape v.3.2.1软件对circRNA-miRNA和circRNA-miRNA-mRNA调控网络进行构建及可视化。通过设计背靠背引物和线性扩增引物RT-PCR对预测出的circRNA进行验证。【结果】意大利蜜蜂工蜂中肠样品的测序平均得到136 463 071条clean reads,去除rRNA后各样品的anchor reads均在136 779 122条及以上。共预测出10 833个circRNA,长度主要介于15~1 000 nt;上述circRNA的类型丰富,其中已注释的外显子circRNA数量最多,分布在西方蜜蜂1号染色体的circRNA数量最多,其次为8号染色体。CircRNA的来源基因可注释到包括结合、细胞进程和细胞在内的45个GO条目,以及包括内吞作用、内质网蛋白加工及核糖体在内的121条KEGG代谢通路,表明circRNA在意大利蜜蜂工蜂中肠的生长、发育、新陈代谢和细胞生命活动等生物学过程中发挥重要作用。进一步构建circRNA-miRNA和circRNA-miRNA-mRNA调控网络,分析结果显示部分circRNA可能作为竞争性内源RNA吸附结合microRNA,从而调控基因的表达水平。最后,对随机选择的3个circRNA的RT-PCR结果验证了其真实存在。【结论】本研究对意大利蜜蜂工蜂中肠中的circRNA进行预测、分析及鉴定。研究结果提供了中肠circRNA的数量、种类、结构特征、作用和调控网络的信息,揭示了circRNA可能通过作用于来源基因和作为竞争性内源RNA在意大利蜜蜂工蜂中肠的生长发育和免疫防御中发挥作用,为深入研究circRNA在意大利蜜蜂中肠发育及胁迫响应过程中的功能奠定了基础。     

三阴性乳腺癌相关miRNA筛选及其靶基因的生物信息学分析

应用生物信息学方法筛选并分析三阴性乳腺癌（triple-negative breast cancer,TNBC）相关miRNA及其靶基因,为TNBC的研究提供潜在的分子靶点。采用GEO2R分析TNBC相关miRNA芯片数据集,筛选差异表达倍数最大的5个上调和5个下调miRNA。miRWalk、TargetScan和miRDB预测靶基因并进行Veen分析取交集。利用DAVID对靶基因进行GO富集分析和KEGG通路分析。利用STRING数据库构建蛋白互作网络,并结合Cytoscape构建miRNA-靶基因调控网络,从而筛选出关键的miRNA及其关键靶基因。利用GEPIA2数据库对靶基因进行生存分析。GEO2R筛选出486个差异miRNA,上调和下调的miRNA分别有298个和188个。对差异倍数最大的5个上调和5个下调miRNA的靶基因进行富集分析显示,靶基因主要参与ErbB信号通路、癌症中转录调控紊乱和cGMP-PKG信号通路等。miRNA-靶基因调控网络显示,表达上调的关键miRNA为miR-611,其关键靶基因为CDC27、UBE2D2、UBR1、SPSB1、HERC2和RLIM;表达下调的关键miRNA为miR-1205,其关键靶基因为WSB1、FBXL8、UBE2W、PTPN11、ARF6、DNAJC6和COPS2。生存分析表明,UBR1（P=0.007 2）和PTPN11（P=0.029）表达上调可显著降低TNBC患者的整体生存率。经筛选获得的关键miRNA及其关键靶基因可作为潜在分子标记物用于TNBC的早期诊断、治疗靶点选择和预后判断,并为后续的研究提供参考依据。     

蜜蜂球囊菌菌丝和孢子中环状RNA的鉴定及比较分析

[目的] 本研究旨在明确蜜蜂球囊菌（Ascosphaera apis,简称球囊菌）菌丝和孢子中环状RNA（circular RNA,circRNA）的数量、种类和表达谱差异,并探讨共有circRNA、特有circRNA和差异表达circRNA（differentially expressed circRNA,DEcircRNA）在菌丝与孢子中的潜在作用。[方法] 基于前期获得的球囊菌菌丝（AaM）和孢子（AaS）的高质量RNA-seq数据,利用find_circ软件预测circRNA。通过Venn分析筛选AaM和AaS的共有circRNA和特有circRNA。根据P ≤ 0.05且|log₂ fold change|≥ 1的标准筛选AaMvs.AaS比较组的DEcircRNA。通过比对GO和KEGG数据库对circRNA的来源基因进行功能和通路注释。利用TargetFinder软件预测circRNA靶向结合的miRNA及miRNA靶向结合的mRNA。采用Cytoscape软件对竞争性内源RNA（competing endogenous RNA,ceRNA）调控网络进行可视化。通过RT-qPCR对DEcircRNA进行验证。[结果] AaM和AaS中分别含有13210156和19011000条短序列读段（anchors reads）,其中分别有6124922和11392886条能够比对上球囊菌参考基因组。在AaM和AaS中分别鉴定到1868个和2225个circRNA,二者共有的circRNA为1098个,AaM的特有circRNA为770个,AaS的特有circRNA为1127个。AaM和AaS的circRNA长度主要介于1000-2000 nt,基因间区circRNA为主要环化类型。AaMvs.AaS比较组包含456个上调circRNA和97个下调circRNA。共有circRNA的来源基因可注释到29个功能条目和14类通路;AaM的特有circRNA的来源基因可注释到31个功能和17类通路;AaS的特有circRNA的来源基因可注释到34个功能条目和16类通路;DEcircRNA的来源基因可注释到29个功能条目和40条通路。调控网络分析结果显示,36个共有circRNA靶向4个miRNA进而调控6个与内吞作用通路相关的靶mRNA;4（255）个AaM（AaS）的特有circRNA靶向2（2）个miRNA进而调控8（2）个次级代谢产物生物合成通路相关的靶mRNA;9个DEcircRNA靶向2个DEmiRNA进而调控3个MAPK信号通路相关的DEmRNA。RT-qPCR结果显示10个DEcircRNA的表达趋势与测序数据一致,证实了测序数据的可靠性。[结论] 球囊菌菌丝和孢子的共有circRNA、特有circRNA和DEcircRNA可能通过调控来源基因表达和充当ceRNA的方式调节球囊菌的物质和能量代谢、内吞作用、次级代谢产物生物合成和MAPK信号通路,进而影响球囊菌菌丝生长、孢子萌发和致病性。     

猪环状RNA IGF1R促进脂肪细胞分化

环状RNA(circular RNA, circRNA)作为竞争性内源RNA(competitive endogenous RNA, ceRNA)在细胞分化调控中发挥着重要作用。本研究旨在对猪环状RNA IGF1R(circular RNA insulin-like growth factor 1 receptor, circIGF1R)进行鉴定及分析,探明其表达规律,构建猪circIGF1R相关的ceRNA调控网络,并探究其异位表达对小鼠间充质干细胞(C3H10T1/2)成脂分化的调控作用。通过正反向引物PCR、Sanger测序、RNase R酶消化检测和qRT-PCR验证circIGF1R是胰岛素样生长因子1受体(insulin-like growth factor 1 receptor, IGF1R)第二外显子形成的circRNA,它在猪各组织中均有表达,且其表达量在脂肪组织中随日龄增加呈上升趋势;使用miRDB、TargetScan和miRWalk在线软件预测circIGF1R靶基因,运用RNAhybrid软件进行结合位点预测,使用DAVID生物信息功能分析软件对候选靶基因进行GO和KEGG富集分析,运用Cytoscape软件构建ceRNA网络,基于基因表达相关性和预测的靶标关系,绘制了GO和KEGG富集分析及构建了ceRNA网络;双荧光素酶报告基因分析证明circIGF1R及FABP4可与ssc (Sus scrofa chromosome) -miR-133a-5p结合;成功构建circIGF1R过表达载体,在间充质干细胞C3H10T1/2中异位表达,过表达circIGF1R后关键成脂调控因子CEBPα、CEBPβ、FABP4和PPARγ极显著升高(P＜0.01),脂滴数量显著增加。本研究结果证明,circIGF1R在猪脂肪组织中存在,并且可能通过ceRNA机制正调控C3H10T1/2细胞成脂分化,为进一步研究circIGF1R调控猪前体肌内脂肪细胞成脂分化奠定理论基础。     

家族性高胆固醇血症HDL-miRNAs调节血单核细胞功能机制

本研究通过生物信息学方法分析家族性高胆固醇血症患者外周血单核细胞差异表达基因、HDL载体差异表达miRNA及其生物学功能,研究差异HDL-miRNA与单核细胞差异基因的相关性,探讨HDL-miRNA调控外周血单核细胞功能机制,寻找动脉粥样硬化防治新靶点。运用R语言分析GEO数据库共享平台家族性高胆固醇血症外周血单核细胞基因及HDL-miRNA探针芯片得到差异基因及差异miRNA,利用miRwalk2. 0预测miRNA靶基因,并利用STRING进行蛋白互作分析,构建差异miRNA与差异基因之间的调控网络。运用GO及KEGG分析研究基因功能。利用GEO数据(GSE6054)筛选出834个差异表达基因,利用GEO数据(GSE25108)筛选出HDL上差异miRNA28个。交叉匹配得到由19个差异miRNA和56个差异基因组配对的74对miRNA-靶基因。GO富集分析56个差异基因主要富集于肾上腺素受体信号等分子功能。KEGG分析56个差异基因主要富集于造血谱系通路上。家族性高胆固醇血症差异HDL-miRNA与外周血单核细胞差异mRNA具有相关性,HDL-miRNA有通过调控血单核细胞功能的可能性,可能参与高胆固醇血症导致动脉粥样硬化过程。     

东方蜜蜂微孢子虫孢子中微小RNA的鉴定与分析

【目的】丰富东方蜜蜂微孢子虫Nosema ceranae的微小RNA(microRNA, miRNA)信息,并为深入探究miRNA在病原孢子和病原侵染中的功能提供理论和实验依据。【方法】基于已获得的small RNA-seq数据,利用生物信息学软件对东方蜜蜂微孢子虫的纯净孢子中的miRNA进行鉴定和分析。采用茎环反转录PCR(stem-loop RT-PCR)检测已鉴定的miRNA的表达;通过分子克隆与Sanger测序验证miRNA的序列。使用TargetFinder软件预测这些miRNA的靶基因,并对靶基因进行数据库注释。根据miRNA与靶基因的靶向结合关系构建调控网络,再利用Cytoscape软件进行可视化。【结果】在东方蜜蜂微孢子虫孢子中共鉴定到10个miRNA;这些miRNA的长度分布介于21~25 nt,首位碱基表现出U偏向性,每一位碱基的偏向性差异明显。Stem-loop RT-PCR检测结果表明这10个miRNA均真实表达;Sanger测序结果证实了随机选取的其中2个miRNA的序列真实性。共预测出249个靶基因,其中分别有249, 118, 136和3个靶基因可注释到Nr,Swiss-Prot, KOG和eggNOG数据库。此外,分别有134和71个靶基因可分别注释到GO数据库的30个功能条目和KEGG数据库的54条通路。【结论】本研究揭示了东方蜜蜂微孢子虫孢子中miRNA的存在和表达;这些miRNA通过调控潜在靶基因的表达参与孢子的生命活动。     

中华蜜蜂幼虫肠道响应球囊菌胁迫的microRNA应答分析

【目的】蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis,简称球囊菌)是一种能够侵染中华蜜蜂(Apis cerana cerana,简称中蜂)幼虫的致死性真菌病原。微小RNA(microRNA,miRNA)可通过在转录后水平靶向抑制或降解mRNA而参与宿主与病原互作过程。本研究旨在对球囊菌胁迫的中蜂6日龄幼虫肠道的差异表达miRNA(DEmiRNA)及其靶基因进行深入分析,进而揭示DEmiRNA在中蜂响应球囊菌胁迫应答过程中的作用。【方法】利用Illumina MiSeq平台对正常及球囊菌胁迫的中蜂6日龄幼虫肠道(AcCK和AcT)进行测序,通过相关生物信息学软件预测DEmiRNA及其靶基因。通过Blast将靶基因注释到GO和KEGG数据库。利用Cytoscape软件构建DEmiRNA与其靶mRNA的调控网络。通过Stem-loop RT-PCR和qPCR验证测序数据的可靠性。【结果】本研究共预测出537个miRNA,其长度分布介于16–35 nt之间,且不同长度的miRNA首位碱基偏向性差异明显。通过Stem-loop RT-PCR证实了10个novel miRNA的表达。AcCK vs AcT比较组共有54个DEmiRNA,包含31个上调和23个下调miRNA,可分别靶向结合6170和8199个靶基因。GO分类结果显示上调和下调miRNA的靶基因分别涉及47和47个条目,富集基因数最多的皆为结合细胞进程和催化活性。KEGG代谢通路(pathway)富集分析结果表明上调和下调miRNA的靶基因分别富集在134和126条pathway,富集基因数最多的均为内吞作用和内质网中的蛋白质加工。调控网络分析结果表明,DEmiRNA及其靶mRNA形成十分复杂的调控关系;31个DEmiRNA可靶向结合51个与泛素介导的蛋白水解相关的mRNA,18个DEmiRNA可靶向结合14个与Jak-STAT信号通路相关的mRNA;miR-1277-x、miR-26-x、miR-27-y、miR-30-x、miR-6052-x等16个miRNA共同参与了上述两条免疫通路的调控。最后,随机挑选3个DEmiRNA进行qPCR验证,结果证明了测序数据的可靠性。【结论】本研究提供了中蜂幼虫肠道在球囊菌胁迫后期的miRNA的表达谱和差异表达信息,揭示了球囊菌与宿主之间在miRNA组学水平存在复杂的互作。miR-6052-x和miR-1277-x作为调控网络的核心可能通过影响细胞凋亡参与宿主的免疫防御,miR-26-x和miR-30-x可能通过调控Jak-STAT信号通路参与宿主的胁迫应答。本研究筛选出的关键DEmiRNA有望作为治疗白垩病的分子靶标。     

microRNA-223在动脉粥样硬化发生过程中的网络调控机制

microRNA-223(miR-223)是参与动脉粥样硬化（atherosclerosis,AS）炎性调控、细胞生长等通路的微小非编码RNA。本研究系统地探究miR-223及其靶基因的网络调控机制,以便全面理解miR-223在AS中的作用。利用miRNA靶基因预测数据库miRDB、miRmap、TargetScan和miRTarBase获取miR-223的靶基因集。R语言分析基因表达综合数据库（gene expression omnibus,GEO）共享平台动脉粥样硬化斑块差异表达基因集（GSE100927）,筛选出斑块差异表达基因,并与miR-223靶基因集交叉匹配。利用基因本体（gene ontology,GO）及基因组数据库（kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG）分析研究差异表达基因功能。结果显示,斑块中下调的1 584个差异表达基因与miR-223靶基因交叉匹配得到422个交集mRNA。GO及KEGG富集分析发现miR-223可能通过细胞生长、炎症反应以及血管平滑肌收缩等信号通路调节动脉粥样硬化斑块的发生发展过程。蛋白相互作...     

急性髓系白血病mRNA与非编码RNA差异表达谱及CeRNA调控网络分析

利用GEO数据库(gene expression omnibus database)通过生物信息学分析方法探讨急性髓系白血病(acute myelogenous leukemia,AML)的发病机制。检索GEO数据库中AML相关芯片数据集GSE142698、GSE142699和GSE96535。利用GEO2R分析得到差异mRNAs、miRNAs以及差异lncRNAs。利用在线生物信息学分析工具DAVID对差异mRNAs进行GO富集分析和KEGG通路分析。利用miRWalk数据库预测AML相关miRNAs的靶向mRNAs,利用Spongescan数据库预测AML相关miRNAs的靶向lncRNAs,构建lncRNA-miRNA-mRNA竞争性内源RNA （competing endogenous RNA,ceRNA）调控网络。共筛选出29个显著差异mRNAs、70个显著差异miRNAs和20 005个显著差异lncRNAs。GO富集分析和KEGG通路分析显示,差异表达基因主要涉及蛋白磷酸化、细胞分裂、细胞增殖的负调控、基因表达的正向调节、周期蛋白依赖的丝氨酸/苏氨酸激酶活性的调节等生物过程以及细胞周期、细胞衰老、癌症通路、PI3K-Akt通路等信号通路。将miRWalk数据库预测的靶向mRNAs与差异mRNAs取交集,Spongescan数据库预测的靶向lncRNAs与差异lncRNAs取交集,分别确定了25个mRNAs、6个lncRNAs参与AML相关ceRNA调控网络的构建。结果表明,lncRNAs可能作为关键的ceRNA,通过调控miRNA和相关靶基因参与AML的发生与发展,研究结果为AML诊断和治疗的分子生物学研究提供了新的依据。     

肾透明细胞癌预后相关miRNAs的生物信息学分析

目的寻找可作为肾透明细胞癌（ccRCC）生物标志物的miRNA,以及ccRCC与正常组织间miRNA差异表达情况。 方法利用TCGA数据库下载ccRCC中miRNA表达数据,分析肿瘤与正常组织间差异表达miRNA。使用Kaplan-Meier曲线对患者进行生存分析,筛选出表达情况与临床预后相关的miRNA。通过生物信息学对miRNA的靶基因进行预测,然后运用FunRich软件和ClueGO对靶基因进行GO和KEGG富集分析。 结果通过TCGA数据库分析发现,ccRCC较正常组织差异表达miRNA共54个,其中上调33个,下调21个。通过生存分析发现hsa-miR-21和hsa-miR-155与患者预后相关,P≤0.05。进一步通过Perl软件在Targetscan、miRDB、miRTarBase、miRPath这四个数据库中预测miRNA靶基因并将结果取交集,共发现129个靶基因。GO和KEGG分析结果表明,这些靶基因主要与转录因子活性、信号转导以及FoxO、TNF等信号通路密切相关。 结论通过生物信息学分析发现了ccRCC与正常组织的差异表达miRNA;其中hsa-miR-21和hsa-miR-155与患者总体生存率相关,并通过调控靶基因参与相关的信号通路进而影响ccRCC的发生发展进程,提示hsa-miR-21和hsa-miR-155可能是ccRCC潜在的生物标志物。     

Predicting functional circular RNA-based competitive endogenous RNA network in gastric carcinoma using novel bioinformatics analysis

Gastric cancer (GC) remains one of the most prevalent types of malignancies worldwide, and also one of the most reported lethal tumor-related diseases. Circular RNAs (circRNAs) have been certified to be trapped in multiple aspects of GC pathogenesis. Yet, the mechanism of this regulation is mostly undefined. This research is designed to discover the vital circRNA-microRNA (miRNA)-messenger RNA (mRNA) regulatory network in GC. Expression profiles with diverse levels including circRNAs, miRNAs, and mRNAs were all determined using microarray public datasets from Gene Expression Ominous (GEO). The differential circRNAs expressions were recognized against the published robust rank aggregation algorithm. Besides, a circRNA-based competitive endogenous RNA (ceRNA) interaction network was visualized via Cytoscape software (version 3.8.0). Functional and pathway enrichment analysis associated with differentially expressed targeted mRNAs were conducted using Cytoscape and an online bioinformatics database. Furthermore, an interconnected protein–protein interaction association network which consisted of 51 mRNAs was predicted, and hub genes were screened using STRING and CytoHubba. Then, several hub genes were chosen to explore their expression associated with survival rate and clinical stage in GEPIA and Kaplan-Meier Plotter databases. Finally, a carefully designed circRNA-related ceRNA regulatory subnetwork including four circRNAs, six miRNAs, and eight key hub genes was structured using the online bioinformatics tool.     

Identification and characterization of circular RNA in lactating mammary glands from two breeds of sheep with different milk production profiles using RNA-Seq

CircRNA is a specific type of non-coding RNA that has been shown to have an important role in mammary gland (MG) activity, but no study of MG circRNA activity in sheep so far. In this study, the expression profile of circRNAs was investigated using RNA-Seq in MG parenchyma at peak lactation from Small-Tailed Han sheep and Gansu Alpine Merino sheep with phenotypic differences in milk yield and components. A total of 4, 906 circRNAs were found and 33 of these were differentially expressed between breeds. GO and KEGG results showed that the parental genes of differentially expressed circRNAs were mainly enriched in heterocyclic compound binding, kinase activity, adherens junction, the TGF-β signaling pathway, and the MAPK signaling pathway. This study provides an overview of circRNA expression in the ovine MG and the interaction between some key circRNAs and their target miRNAs. It improves our knowledge of the role of circRNA in sheep milk synthesis.