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再添新喜!云序客户发表世界首篇非洲爪蟾环状RNA研究成果!

发布于:2018-03-14 15:28:23 点击量:653

作为最新的明星分子,环状RNA的热度与日俱增。环状RNA到底火到了什么程度?从云序客户捷报频传﹑研究成果不断就可见一斑:上期我们刚刚介绍云序客户发表了世界首个小鼠脑创伤模型外泌体环状RNA的研究,整合了外泌体和环状RNA两大科研热点。在探索新物种的环状RNA研究上,云序客户此前更是先后发表了全世界第一篇斑马鱼环状RNA、第一篇小麦环状RNA和第一篇鸡环状RNA文章,如今首篇非洲爪蟾的环状RNA文章新鲜出炉了!这一成果今年年初发表在《Chemosphere》(影响因子4.2)上!

研究背景:

利用高通量测序手段,研究者们在拟南芥、小鼠、果蝇和人体内都发现了环状RNA的高度表达,证明了环状RNA在不同物种中广泛存在。目前,已经进行过环状RNA研究的物种数量还非常有限,环状RNA数据库circBase中已收录的物种仅有7个。作为一种重要的模式生物,非洲爪蟾的环状RNA尚未见报道。本文通过云序生物提供的一站式环状RNA测序、环状RNA定量PCR、环状RNA的RNase R耐受性实验和生物信息学服务于全世界首次进行了非洲爪蟾环状RNA表达谱的构建,为后续研究脊椎动物环状RNA的生物学功能奠定了基础,非常具有借鉴意义。

研究思路:

作者首先分离了采用除草剂处理的雄性非洲爪蟾的睾丸组织,提取RNA,通过全转录组测序检测样本中环状RNA的表达变化。结果发现405个差异表达的环状RNA,其中44条上调和361条下调,这暗示着这些环状RNA可能在AZ污染过程中发挥作用。接下来通过环状RNA定量PCR检测和RNase R耐受性实验验证了环状RNA的表达量和结构。随后通过生信分析如GO及KEGG分析对差异表达的环状RNA进行了功能预测。GO分析表明这些RNA分子主要参与19条信号通路,其中Wnt信号通路和黄体酮介导的卵母细胞成熟通路可能是AZ污染涉及的信号通路。CircRNA-miRNA互作网络图揭示了环状RNA作用靶miRNA及可能的功能。本文首次研究了非洲爪蟾的环状RNA表达谱,为后续分子机理详细研究提供诸多靶分子。

研究路线图:

1.环状RNA测序,高通量筛选AZ处理相关环状RNA

各类农药(除草剂、杀虫剂和杀菌剂三类)对非洲爪蟾产生的包括神经发育、性腺发育和变态发育等方面的毒害作用,使得非洲爪蟾作为农药污染监测的模式生物备受青睐。莠去津(Atrazine, AZ)是地下水和地表水中最常见的环境内分泌干扰物之一。研究人员在Nieuwkoop-Faber(NF)第47阶段(孵化后第13天),将来自一对成年配偶的蝌蚪随机分为AZ处理和对照两组,随后收集雄性非洲爪蟾的睾丸组织(AZ处理组vs.对照组:3 vs.3)用于检测非洲爪蟾中所有环状RNA的表达情况,检测一共发现了68575条环状RNA。接下来,研究人员系统分析了不同样本之间环状RNA的表达情况,发现405条环状RNA差异表达(包括44条上调和361条下调),这暗示着这些环状RNA可能在AZ污染过程中发挥作用。

图注:不同样本之间差异表达的环状RNA


2. 环状RNA定量PCR及RNase R耐受实验,验证环状RNA的表达和结构

为了验证测序结果的准确性,研究人员随机选取了8条差异表达的环状RNA,利用“divergent primers”进行环状RNA定量PCR检测和RNase R耐受性实验。所有环状RNA的表达都能够被定量PCR实验检测到,并且定量PCR结果与测序结果趋势一致,表明环状RNA测序结果准确性非常高。所有环状RNA都能抵抗RNase R的消化,进一步证实了这些RNA的环形结构。


图注:差异表达环状RNA的定量PCR验证。左:引物位置图;右:RNase R耐受性实验结果

 

3.生物信息学分析,AZ处理相关环状RNA的功能预测

2013年两篇Nature文章揭示环状RNA具有miRNA海绵的功能,它可以吸附miRNA来调节相关基因的表达。此后,环状RNA的ceRNA功能机制正被人们广泛研究。研究人员通过生物信息学预测,发现282条AZ相关差异表达的环状RNA含有miRNA的结合位点,每个环状RNA的结合位点数从1到21不等。基于这些数据,研究人员根据它们的结合能力选出了5个miRNA。 然后他们随机选择了5个差异下调的环状RNA,并使用前5个预测的miRNA构建了circRNA-miRNA网络。可以看出每个环状RNA有多个miRNA结合位点,且一些环状RNA与同一miRNA的结合位点是相同的,暗示着环状RNA彼此之间的竞争性与miRNA结合。以上结果表明非洲爪蟾体内环状RNA可能存在的miRNA的海绵功能。

图注:依据AZ处理组5条差异下调的环状RNA建立的circRNA-miRNA网络图


此外研究人员在以上基础上进一步预测了这282条差异表达的环状RNA结合miRNA的靶基因功能。通过GO分析和KEGG 信号通路分析,发现这些miRNA的靶基因主要参与了19条信号通路,其中Wnt信号通路和黄体酮介导的卵母细胞成熟通路可能是AZ污染涉及的信号通路。

图注:差异表达的环状RNA来源基因KEGG分析

 

结语: 作为一种广泛存在于各类真核生物中的新型非编码RNA,环状RNA逐渐成为了当下最热门的明星分子。由于环状RNA的研究刚刚起步,已经进行过环状RNA研究的物种数量还非常有限。因此,对新物种中环状RNA表达谱进行系统性研究就成为了发表SCI文章的一条捷径。 云序生物客户发表的这项成果是全世界第一篇对非洲爪蟾环状RNA进行系统性研究的文章,也为广大研究人员提供了一个非常好的模板,即:如何通过环状RNA高通量测序和生物信息学分析,在不进行功能和分子机制研究的情况下,短平快的发表一篇影响因子不错的文章,非常具有借鉴意义。

 

参考文献:

Identification of circular RNAs and their alterations involved in developing male Xenopus laevis chronically exposed to atrazine



参考文献:Circular RNA expression alteration in exosomes from the brain extracellular space after traumatic brain injury in mice

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