细胞外囊泡功能分子的生物信息学挖掘
发布时间：2020-12-06 05:17
细胞外囊泡（extracellular vesicles,EVs）是绝大多数细胞都能分泌的具有膜结构的囊泡,主要包括微泡（microvesicles,MVs）和外泌体（exosomes）,广泛分布于人体各种细胞外液,是细胞间通讯的重要媒介。EVs选择性地继承母细胞中的脂质,蛋白质和核酸（包括DNA和RNA）,其中microRNA（miRNA）是EVs中研究最多的分子,但目前还没有关于EVs中miRNA表达谱的系统数据资源。EVs在液体活检方面前景广阔,目前间充质干细胞（mesenchymal stem cells,MSCs）来源的EVs是最广泛的研究对象之一。MSCs是一种具有多向分化,造血支持等功能的干细胞,广泛分布于骨髓,脂肪和脐带（umbilical cord,UC）等组织,其中脐带来源的MSCs（UCMSCs）被证实具有更强的增殖能力和细胞干性。MSCs的衰老会导致骨质疏松,组织修复能力降低以及白血病骨髓瘤疗效差等问题,因此表征MSCs衰老的标志物研究和逆转MSCs衰老效应的机制研究,对人类健康意义重大。这里,我们系统地研究EVs来源miRNA表达谱,利用MSC-MVs表征MS...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SEM和TEM下的EVs。图片来源:https://en.wikipedia.org.
二代测序的样本准备,是后面数据获取和数据分析得到积极结果的基础。认真做好第一步,比如文库准备,目标序列富集和浓缩,每一步的高质量完成,都是更精确,也更节省时间。通过细胞裂解,从细胞中提取核酸,然后利用物理或者酶促方法将核酸长片段碎片化,当核酸样本油较短的长度范围时候,测序结果最好,后面生物信息比对也能得到最好的结果。如果是小RNA的测序,还会利用凝胶电泳得到理想的片段长度。通过以上片段化和凝胶电泳,得到想要的文库。然后利用这个文库制备测序模板。目前有两种方法为测序准备测序模板:来自单个DNA分子的模板扩增和单个DNA模板。对于不能检测单个荧光事件的系统,需要将DNA模板进行扩增。有三种最常见的DNA扩增方法,微乳液PCR,桥式扩增(详见图1.4)和固相纳米球扩增。这些模板最终是可以随机分布在空间网格上。利用DNA文库进行扩增得到DNA模板。在扩增过程中,可能会引入各种错误,比如富含AT或CG的序列再扩增过程中可能会引入偏差。现在有直接用DNA文库进行单分子测序。目前有三种方法固定单分子DNA,第一种是将单分子引物共价连接到固定支持物上,然后将然后将DNA打断成200-250bp的长度,并在DNA片段两端添加adaptor,然后将这些DNA通过碱基互补配对固定在模板上,以供测序。第二种方法是,直接将DNA单链连接在模板上,然后进行碱基互补配对产生荧光反应测序。第三种是Pacific Biosciences使用的方法,将聚合酶固定在反应支持物上,捕获单链DNA分子后,进行碱基互补配对反应,与前两种方法不同,第三种方法可以实时监测细胞中的核酸。
基因的调控是一个复杂的过程,包括在转录前的转录因子蛋白对其的调控,以及转录后miRNA对其的调控。上面讨论了miRNA和转录因子分别对基因的调控机理。为了得到更全面的基因调控图景,将转录因子和miRNA对基因的调控结合起来分析。转录因子和miRNA与他们共同调控的靶基因,能够通过形成前馈环(feed-forward loops,FFL)或者反馈回路(feedback loops,FBL)的来调节基因的表达(详见图1.6)[113,114]。FFL按照主要调控原件,可分为TF-FFL,miRNA-FFL和composite-FFL,其中TF-FFL是以TF主导环路调控,miRNA-FLL为miRNA主导环路调控,composite-FFL中miRNA和TF调控作用效果相当(详见图1.6 a)。相同作用FFLs,是指从主调控元件出发,最终落脚到基因,两条路的调控作用是一样的,要么是同时促进,要么是同时抑制(详见图1.6 b)。不同作用FFL,是指从主调控元件出发,最终落脚到基因,两条路调控作用是相反的(详见图1.6 c)。FBL按照负调控可分为单个负调控FBL,和双负调控FBL(详见图1.6 d)。这种反馈调节的方式使得基因表达的调控在遇到突变,具有缓冲作用,使得细胞在生长发育过程的强烈刺激下,可以进行自我保护[115]。转录因子和miRNA共调控网络大体分为FFL和FBL两大类[114],FFL环路中包括一个转录因子调控miRNA或者miRNA抑制转录因子(可能两者都存在,也可能只存在一个调控),转录因子对基因的调控和miRNA对基因的调控[114]。FBL只包含转录因子和miRNA之间的相互调控。转录因子和miRNA共调控在细胞周期,细胞分化和发育以及各种癌症和疾病中都有广泛左右。比如转录因子E2F家族通过调控促进DNA合成的基因表达,从而调控细胞周期的G1/S期。E2F家族中的E2F1基因,能够基因miR-17~92的miRNA簇,miR-17~92反过来能抑制E2F1的活性[116]。因此,综合利用转录组测序和小RNA测序的测序数据,从转录因子和miRNA共调控的角度,更大角度的研究细胞中的调控。1.5 本研究目的
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米孔测序技术发展态势分析[J]. 丁陈君,陈方,陈云伟,郑颖,邓勇. 生物产业技术. 2017(05)
[2]Neuroprotective properties of extracellular vesicles derived from mesenchymal stem cells[J]. Akvil? Jarmalavi?iūt?,Augustas Pivoriūnas. Neural Regeneration Research. 2016(06)
[3]单细胞测序技术研究进展[J]. 董燕,宋程程,黄鹤. 化学工业与工程. 2015(01)
[4]间充质干细胞的衰老对其免疫调控能力的影响[J]. 韩燕,李栋,时庆,汪大琨,鞠秀丽. 中国实验血液学杂志. 2013(04)
[5]端粒酶逆转衰老过程[J]. 李升伟. 世界科学. 2011(01)
本文编号：2900797
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
SEM和TEM下的EVs。图片来源:https://en.wikipedia.org.
二代测序的样本准备,是后面数据获取和数据分析得到积极结果的基础。认真做好第一步,比如文库准备,目标序列富集和浓缩,每一步的高质量完成,都是更精确,也更节省时间。通过细胞裂解,从细胞中提取核酸,然后利用物理或者酶促方法将核酸长片段碎片化,当核酸样本油较短的长度范围时候,测序结果最好,后面生物信息比对也能得到最好的结果。如果是小RNA的测序,还会利用凝胶电泳得到理想的片段长度。通过以上片段化和凝胶电泳,得到想要的文库。然后利用这个文库制备测序模板。目前有两种方法为测序准备测序模板:来自单个DNA分子的模板扩增和单个DNA模板。对于不能检测单个荧光事件的系统,需要将DNA模板进行扩增。有三种最常见的DNA扩增方法,微乳液PCR,桥式扩增(详见图1.4)和固相纳米球扩增。这些模板最终是可以随机分布在空间网格上。利用DNA文库进行扩增得到DNA模板。在扩增过程中,可能会引入各种错误,比如富含AT或CG的序列再扩增过程中可能会引入偏差。现在有直接用DNA文库进行单分子测序。目前有三种方法固定单分子DNA,第一种是将单分子引物共价连接到固定支持物上,然后将然后将DNA打断成200-250bp的长度,并在DNA片段两端添加adaptor,然后将这些DNA通过碱基互补配对固定在模板上,以供测序。第二种方法是,直接将DNA单链连接在模板上,然后进行碱基互补配对产生荧光反应测序。第三种是Pacific Biosciences使用的方法,将聚合酶固定在反应支持物上,捕获单链DNA分子后,进行碱基互补配对反应,与前两种方法不同,第三种方法可以实时监测细胞中的核酸。
基因的调控是一个复杂的过程,包括在转录前的转录因子蛋白对其的调控,以及转录后miRNA对其的调控。上面讨论了miRNA和转录因子分别对基因的调控机理。为了得到更全面的基因调控图景,将转录因子和miRNA对基因的调控结合起来分析。转录因子和miRNA与他们共同调控的靶基因,能够通过形成前馈环(feed-forward loops,FFL)或者反馈回路(feedback loops,FBL)的来调节基因的表达(详见图1.6)[113,114]。FFL按照主要调控原件,可分为TF-FFL,miRNA-FFL和composite-FFL,其中TF-FFL是以TF主导环路调控,miRNA-FLL为miRNA主导环路调控,composite-FFL中miRNA和TF调控作用效果相当(详见图1.6 a)。相同作用FFLs,是指从主调控元件出发,最终落脚到基因,两条路的调控作用是一样的,要么是同时促进,要么是同时抑制(详见图1.6 b)。不同作用FFL,是指从主调控元件出发,最终落脚到基因,两条路调控作用是相反的(详见图1.6 c)。FBL按照负调控可分为单个负调控FBL,和双负调控FBL(详见图1.6 d)。这种反馈调节的方式使得基因表达的调控在遇到突变,具有缓冲作用,使得细胞在生长发育过程的强烈刺激下,可以进行自我保护[115]。转录因子和miRNA共调控网络大体分为FFL和FBL两大类[114],FFL环路中包括一个转录因子调控miRNA或者miRNA抑制转录因子(可能两者都存在,也可能只存在一个调控),转录因子对基因的调控和miRNA对基因的调控[114]。FBL只包含转录因子和miRNA之间的相互调控。转录因子和miRNA共调控在细胞周期,细胞分化和发育以及各种癌症和疾病中都有广泛左右。比如转录因子E2F家族通过调控促进DNA合成的基因表达,从而调控细胞周期的G1/S期。E2F家族中的E2F1基因,能够基因miR-17~92的miRNA簇,miR-17~92反过来能抑制E2F1的活性[116]。因此,综合利用转录组测序和小RNA测序的测序数据,从转录因子和miRNA共调控的角度,更大角度的研究细胞中的调控。1.5 本研究目的
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米孔测序技术发展态势分析[J]. 丁陈君,陈方,陈云伟,郑颖,邓勇. 生物产业技术. 2017(05)
[2]Neuroprotective properties of extracellular vesicles derived from mesenchymal stem cells[J]. Akvil? Jarmalavi?iūt?,Augustas Pivoriūnas. Neural Regeneration Research. 2016(06)
[3]单细胞测序技术研究进展[J]. 董燕,宋程程,黄鹤. 化学工业与工程. 2015(01)
[4]间充质干细胞的衰老对其免疫调控能力的影响[J]. 韩燕,李栋,时庆,汪大琨,鞠秀丽. 中国实验血液学杂志. 2013(04)
[5]端粒酶逆转衰老过程[J]. 李升伟. 世界科学. 2011(01)
本文编号：2900797
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/swxlw/2900797.html
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