2013年11月16日星期六

lncRNA研究思路和案例

长链非编码RNA(lncRNA)是一类转录本长度超过200nt的RNA,它们本身并不编码蛋白,而是以RNA的形式在多种层面上(表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等)调控基因的表达水平。随着近年来lncRNA不断被发现,人们开始关注lncRNA在各种生物学过程以及疾病中所起到的作用。通过lncRNA芯片,研究人员能够快速高通量的获得与特定生物学过程或者疾病相关的lncRNA的表达变化。应用领域包括:发现与特定生物学过程相关的lncRNA和寻找与疾病相关的lncRNA等。


lncRNA研究思路及芯片应用实例:
microRNA-29 can regulate expression of the long non-coding RNA gene MEG3 in hepatocellular cancer. Oncogene, 2011.
使用芯片:Arraystar human lncRNA Array
 研究者利用Arraystar lncRNA芯片比较肝癌(HCC)细胞株和良性人肝细胞的lncRNA表达水平找到了在HCC细胞中表达显著下调的lncRNA MEG3 (the maternally expressed gene-3)。在HCC组织和癌旁肝硬化组织的实时定量PCR实验,以及HCC组织和非肿瘤肝组织的ISH实验,同样发现MEG3在肝癌中的特异性表达下调。体外细胞实验初步研究了MEG3的肿瘤抑制功能,包括对细胞生长和细胞凋亡的调控等。而对MEG3自身所受到的表达调控机制的研究,则提示MEG3的表达下调可能是因为MEG3启动子发生了超甲基化,即lncRNA的表达同样可能受到表观遗传调控;而MEG3启动子的超甲基化可能是microRNA-29a 所调控的通路作用的结果,从而将两类重要的非编码RNAmicroRNAlncRNA联系了起来。

 lncRNA芯片研究思路
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lncRNA芯片应用实例
lncRNA芯片应用1 ——利用lncRNA芯片,鉴定组织特异(如癌组织特异)表达的lncRNA
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对来自多种不同组织和细胞系中的lncRNA表达谱数据进行聚类分析,能够鉴定出在某些特定组织和细胞中特异性表达的lncRNA
    左图中Ken C. Pang及其同事利用lncRNA芯片比较61种不同的小鼠组织中lncRNA的表达谱数据,利用聚类分析,鉴定出了3357lncRNA在其中表达。利用聚类分析,他们鉴定出了在淋巴细胞以及其他组织中特异表达的lncRNA,为进一步研究特定组织中表达的lncRNA提供了思路(Ken C. Pang,et al. J IMMUNOL. 2009)。


 
lncRNA芯片应用——结合标记基因表达水平,鉴定参与了特定生物学过程的lncRNA
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lncRNA芯片与表达谱芯片相结合,能够筛选出和特定生物学过程中的标记基因(marker gene)表达水平变化高度相关的lncRNA,得到参与某个特定生物学过程的lncRNA上图是MarcelE. Dinger及其同事利用lncRNA芯片分析在小鼠胚胎肝细胞分化过程中,利用多能性标记基因(Pou5f1,Sox2等,图A)以及原条(Primitive streak)形成过程的标记基因(T, Mesp1, Evx1,图B)筛选与其表达水平变化显著相关的lncRNA,进而得到和这两个过程密切相关的lncRNA为进一步探究相关lncRNA的功能提供了思路(Marcel E. Dinger, et alGenomeResearch. 2008)。
 lncRNA芯片应用——结合相关蛋白编码基因表达水平,分析未知lncRNA的功能
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    利用lncRNA芯片筛选出的lncRNA,能够根据与其表达水平显著相关的蛋白编码基因集合进行基因集合富集度分析(Gene Set Enrichment AnalysisGSEA),进而根据与其表达水平显著相关的基因集合推测lncRNA所参与的生物学过程。上图是Mitchell Guttman及其同事将鉴定出的lincRNAlargeintervening non-coding RNAlncRNA的一类)与已知的蛋白编码基因的表达数据结合,对与lincRNA表达水平显著相关的基因集合做GSEA分析,并对GSEA结果进行双向聚类(bicluster)后,得到了相关lincRNA所参与的特定生物学过程,为进一步探究相关lincRNA的功能提供了思路(Mitchell Guttman et al. Nature. 2008 

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