转录组测序揭示山羊和绵羊疼痛应答遗传机制研究

发布时间：2017-05-15 08:12

  本文关键词：转录组测序揭示山羊和绵羊疼痛应答遗传机制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：慢性疼痛是常见的复杂的神经病理与主观感受症状,在不同物种之间对疼痛的感受存在着明显的差别。脊髓背根神经节(dorsal root ganglion, DRG)是痛觉产生、维持和传导的初级中枢。因此研究DRG的转录组有助于系统认识慢性疼痛发生的调控机制和疼痛致病基因的筛选。本研究选择CFA疼痛处理(实验组)和未处理(对照组)的绵羊和山羊各2组,每组3只,取其DRG组织,通过RNA-seq高通量测序与生物信息学分析,揭示不同物种间疼痛响应的基因调控模式,取得如下主要结果：1.疼痛的调控发生在转录水平、转录后水平和可变剪接水平。2.差异基因聚类结果显示,实验组山羊和绵羊的基因表达模式发生了显著变化。3.DEG分析,实验组山羊获得差异表达基因1,748个,绵羊2,441个；种间差异基因2,935个,其中,仅在绵羊DRG表达的基因426个,仅在山羊表达353个。4.GO分析显示,山羊参与炎症应答、免疫应答、损伤应答和防御应答以及门控离子通道、神经递质及其受体等相关基因表达变化显著,如：CCL27、 PRKACA、GABRA4、GRIA2、GRIK3、CACNA1E、SCN3A、KCNK1等基因通过上调或下调参与疼痛应答,发挥了关键调控作用,该结果提示炎性疼痛发生时山羊的免疫系统发生了显著变化。这些差异基因参与了Chemokine signaling pathway、Retrograde endocannabinoid signaling、Calcium signaling pathway、 Glutamatergic synapse、MAPK signaling pathway等途径,它们的激活在山羊疼痛应答中起了关键作用。5.GO分析显示,绵羊抑制性神经递质及其受体基因如GABRG3、GABRB2、 GABRB1、GLRA3、CLCN7表达活跃；疼痛应答过程中SCN9A、SCN4B、 SCN11A、SCN8A、SCN7A、SCN10A、TRPV1等编码电压-门控钠离子通道及参与钠离子运输、神经营养因子信号途径相关基因表达下调,其中SCN9A、 TRPV1表达下调与疼痛耐受相关。差异基因参与GABAergicsynapse、 Neurotrophin signaling pathway、Retrograde endocannabinoid signaling、Morphine addiction、Nicotine addiction、Neurotransmitter-gated ion-channel ligand-binding等通路,表明这些通路可能参与了绵羊疼痛应答过程。6.种间差异基因GO分析显示,电压门控离子通道、损伤应答、炎症应答、防御应答等相关基因在绵羊和山羊的转录调控本底水平上存在一定的差异。7.可变剪接事件分析显示疼痛应答过程中可变剪接事件减少,同时在两个物种中检测出大量新的可变剪接事件和可变剪接位点。从山羊6个样本中检测到新的可变剪接事件15576个,新的SJs 107786个；从绵羊6个样本中检到新的可变剪接事件17260个,新的SJs为83358个。8.可变剪接差异分析发现山羊AS差异基因371,绵羊360个。差异基因功能聚类结果显示,在绵羊疼痛应答过程中,参与调控Ras GTP酶活性和Ras蛋白信号转导相关基因可变剪接事件发生显著变化,FGD1、RABGAP1、 TBC1D14、AGAP1、TBC1D1、SCRIB基因可变剪接事件下调；此外参与钠离子结合和运输基因、编码钙离子通道及离子运输相关基因可变剪接事件明显上调,这些基因主要有HCN2、ATP1A2、HCN4、CLCN3、TRPC4、KCNC4、 CACNA2D1、SGK1、等。山羊疼痛应答过程中参与谷氨酸信号途径的GRIK1和GRIK2基因可变剪接发生显著变化。分析发现绵羊和山羊在慢性疼痛应答过程中,其DRG组织基因表达模式发生显著变化,各种离子通道、神经递质及其受体、炎性介质、细胞因子、信号转导分子等基因通过上调或下调参与疼痛应答过程。本研究首次揭示了绵羊和山羊两个不同物种其疼痛的应答机制在转录水平、转录后调节水平、可变剪接调控水平存在差异。山羊可能通过增加外周敏化来传递疼痛,而绵羊可能通过抑制性神经递质来减弱疼痛信号传导,并发现了大量潜在的镇痛药物作用的靶点。该结果为疼痛产生、响应和症状的遗传基础和调控机制的深入认识及疼痛治疗药物的开发提供了科学参考。
【关键词】：山羊 绵羊 DRG 慢性疼痛 转录组测序 可变剪接
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S858.27;S858.26
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-14
• 1 前言14-29
• 1.1 慢性疼痛介绍14-22
• 1.1.1 慢性疼痛的感知和识别14-15
• 1.1.2 慢性疼痛形成机制15-17
• 1.1.3 背跟神经节在疼痛调制中的作用17-18
• 1.1.4 DRG中与疼痛有关的递质及其受体18-20
• 1.1.5 DRG中与疼痛有关的离子通道20-21
• 1.1.6 慢性疼痛研究的动物模型21-22
• 1.2 转录组及其研究方法22-24
• 1.2.1 转录组22-23
• 1.2.2 转录组研究方法23-24
• 1.3 RNA-Seq技术24-28
• 1.3.1 RNA-Seq技术测序平台25
• 1.3.2 RNA-Seq技术流程25-28
• 1.4 山羊/绵羊转录组研究进展28
• 1.5 本研究目的意义28-29
• 2 DRG组织转录组建库和高通量测序29-35
• 2.1 引言29
• 2.2 试验材料29-30
• 2.2.1 试验动物29-30
• 2.2.2 主要试剂及药品30
• 2.2.3 试验设备和仪器30
• 2.3 试验方法30-32
• 2.3.1 疼痛模型的建立30-31
• 2.3.2 实验分组31
• 2.3.3 背跟神经节(DRG)的分离31
• 2.3.4 各样本总RNA的提取31
• 2.3.5 各样本总RNA的纯化与检测31-32
• 2.3.6 DRG转录组文库的构建32
• 2.3.7 cDNA文库测序32
• 2.4 结果与分析32-35
• 2.4.1 12个DRG组织总RNA质量分析结果32-33
• 2.4.2 12个DRG组织cDNA建库质量分析结果33-35
• 2.5 讨论35
• 3 转录组测序数据基础分析35-54
• 3.1 引言35-36
• 3.2 分析方法36-39
• 3.2.1 原始数据预处理36
• 3.2.2 clean reads质量评估36-37
• 3.2.3 全基因组比对分析37-38
• 3.2.4 基因表达水平分析38-39
• 3.3 结果与分析39-52
• 3.3.1 测序数据产出质量统计39-40
• 3.3.2 clean reads质量分析结果40-45
• 3.3.3 测序随机性评估45-47
• 3.3.4 Reads与参考基因组比对结果47-48
• 3.3.5 Reads在基因组上不同区域的分布情况48-50
• 3.3.6 基因表达水平分析结果50-52
• 3.4 讨论52-53
• 3.5 小结53-54
• 4. 转录组差异表达分析54-71
• 4.1 引言54-55
• 4.2 分析方法55-56
• 4.2.1 样本间相关性分析55
• 4.2.2 样本间差异表达基因(DEG)筛选55
• 4.2.3 样本间差异基因层次聚类分析55-56
• 4.2.4 标准DEG功能聚类(GO)分析56
• 4.3 结果与分析56-67
• 4.3.1 样本相关性分析56-58
• 4.3.2 样本间差异表达基因(DEG)分析58-62
• 4.3.3 标准DEG go分析62-67
• 4.4 讨论67-70
• 4.4.1 从疼痛发生时DRG内基因表达变化探讨67-68
• 4.4.2 从山羊/绵羊疼痛应答遗传机制探讨68-70
• 4.4.3 从相关基因本底表达水平探讨70
• 4.5 小结70-71
• 5 可变剪接图谱71-81
• 5.1 引言71-72
• 5.2 分析方法72-73
• 5.2.1 各样本剪接位点SJ(Splice Junction)检出情况72
• 5.2.2 可变剪接事件的检出情况72
• 5.2.3 可变剪接差异表达(DAS)分析72-73
• 5.2.4 可变剪接功能聚类(DASG)分析73
• 5.3 结果与分析73-79
• 5.3.1 转录组数据的覆盖度评估73-74
• 5.3.2 剪接位点SJ检出情况74-75
• 5.3.3 可变剪接事件的检出情况75-76
• 5.3.4 可变剪接事件的归类分析76-77
• 5.3.5 可变剪接差异表达基因筛选结果77-78
• 5.3.6 可变剪接差异表达基因功能分析78-79
• 5.4 讨论79-81
• 5.5 小结81
• 6 全文结论81-82
• 7 研究创新点与展望82-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-95
• 附录95-110
• 作者简介110

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张瑞;王清秀;郭慧琴;唐微;;大鼠坐骨神经损伤性疼痛的行为观察和背根神经节中Kv1mRNA的表达[J];现代医药卫生;2009年02期

2 蔺兴遥;邱德文;许建阳;;疼痛实验动物模型的探讨[J];中国实用医药;2007年34期

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本文编号：367243