缺血性脑卒中相关circRNA-miRNA-mRNA调控网络探索研究

发布时间：2020-08-06 16:32

【摘要】：目的:缺血性脑卒中(ischemic stroke,IS)是一种十分常见的脑血管疾病,具有很高的致死率和致残率。关于缺血性脑卒中的发病机制,既往已经有较多研究涉及到,且大多是通过高通量测序技术对单一种类的RNA进行研究,涉及较多的RNA主要是long noncoding RNA(lncRNA)、microRNA(miRNA)和mRNA,但是circularRNA(circRNA)与缺血性脑卒中之间的关系尚不明确;另外只对单一种类RNA进行研究可能会导致研究结果比较片面。因此,本研究基于高通量测序技术,探索3例缺血性脑卒中患者和3例健康对照组中差异表达的circRNA、miRNA和mRNA,并且根据3种RNA之间的调控与被调控关系,结合竞争内源性RNA(competing endogenous RNA,ceRNA)理论进一步构建circRNA-miRNA-mRNA调控网络,从而了解cirRNA是否可以作为ceRNA与人类缺血性脑卒中之间存在关联以及可能的分子机制及调控方式。方法:选取2017年7月至2017年12月在吉林大学第二医院首次被确诊的3名缺血性脑卒中患者和在骨科就诊的3名对照(对照组除无缺血性脑卒中外,其他相关特征与缺血性脑卒中组均衡可比),收集年龄、相关行为特征(吸烟、饮酒)和相关慢性病患病情况等信息,并且严格按照相关要求留取研究对象住院次日清晨空腹静脉血3ml。本研究依托于高通量测序技术,采用基于负二项分布的DESeq进行差异表达RNA的筛选;使用分层聚类分析将所有样本聚类为缺血性脑卒中组(A1,A2,A3)和对照组(D1,D2,D3);基于ceRNA原理,根据circRNA、miRNA和mRNA之间的调控与被调控关系和三种RNA的测序表达量构建circRNA-ceRNA调控网络,并使用cytoscape3.7.0软件对调控网络进行可视化处理;对网络中的mRNA进行Gene Ontology(GO)和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)功能与信号通路富集分析,然后根据基因出现在各通路上的频率,筛选出可能与缺血性脑卒中有关的关键基因,并在ceRNA调控网络中找到调控该关键基因的miRNA和circRNA。结果:1.高通量测序结果显示:缺血性脑卒中相关差异表达的circRNA有309个(151个上调和158个下调);差异表达的miRNA有116个(60个上调和56个下调);差异表达的mRNA有144个(70个上调和74个下调);2.根据三种RNA之间的调控与被调控关系,建立circRNA-miRNA-mRNA调控网络,网络中包含63个circRNA(33个上调,30个下调),8个miRNA(5个上调,3个下调)和7个mRNA(3个上调,4个下调);3.调控网络中mRNA主要富集的通路为:I型糖尿病(Type I diabetes mellitus),细胞黏附因子(Cell adhesion molecules,CAMs),参与调节IgA产生的肠道免疫网络(Intestinal immune network for IgA production)和炎症性肠病(Inflammatory bowel disease,IBD)等。4.ENSG00000179344是在各通路上出现频率最高的基因,网络中可以作为ceRNA参与调控ENSG00000179344的circRNA为:hsa_circ_0001910、hsa_circ_0003039、hsa_circ_0007360、hsa_circ_0000175、hsa_circ_0000042、novel_circ_0025531、novel_circ_0024610、novel_circ_0014500、hsa_circ_0011173、hsa_circ_0011174、hsa-circ-0006140;miRNA为hsa-miR-45-5P和hsa-miR-4672。结论:1.circRNA(hsa_circ_0001910、hsa_circ_0003039、hsa_circ_0007360、hsa_circ_0000175、hsa_circ_0000042、novel_circ_0025531、novel_circ_0024610、novel_circ_0014500、hsa_circ_0011173、hsa_circ_0011174和hsa_-circ_-0006140)可以作为ceRNA通过调控miRNA(hsa-miR-45-5P和hsa-miR-4672)间接影响HLA-DQB1,这些RNA可能与到缺血性脑卒中之间存在一定的关联;2.I型糖尿病、细胞黏附因子、参与调节IgA产生的肠道免疫网络和炎症性肠病通路可能与缺血性脑卒中之间存在关联。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R743.3
【图文】：

图3.1 circRNA、miRNA 和mRNA 表达情况的火山图表 3.4 缺血性脑卒中相关差异 circRNA（上调和下调幅度最大的 40 个 circRNAcircRNA log2foldchange P-value Regulationnovel_circ_0011209 1.6138 0.00033 Upnovel_circ_0005021 1.5057 0.00029 Uphsa_circ_0005035 1.4213 0.00185 Upnovel_circ_0018309 1.2489 0.00396 Upnovel_circ_0010679 1.2458 0.00406 Uphsa_circ_0001103 1.2439 0.00410 Uphsa_circ_0062169 1.2228 0.00451 Uphsa_circ_0074377 1.221 0.00471 Upnovel_circ_0030807 1.2065 0.00510 Uphsa_circ_0002213 1.1952 0.00546 Up

223.7 聚类分析差异表达circRNA、miRNA和mRNA的分层聚类分析产生的热图（图3.2）显示：差异表达circRNA将所有样本分别聚类为缺血性脑卒中组（A1, A2, A3）和对照组（D1, D2, D3）（图3.2 circRNA）；差异表达的miRNA也将所有样本聚类为缺血性脑卒中组（A1,A2,A3）和对照组（D1, D2, D3）（图3.2 miRNA）；同理，差异表达的mRNA也将所有样本聚类为上述的两组（图3.2 mRNA）。图3.2 差异circRNA、miRNA 和mRNA 在缺血性脑卒中和健康对照中的聚类热图注：对于 circRNA 和 miRNA，以 log10(TPM + 1)值进行聚类，对于 mRNA，以 log10(FPKM+1)值进行聚类；红色表示高表达 RNA，蓝色表示低表达 RNA； A 代表病例组， D 代表健康对照组3.8 差异 circRNA 来源基因的 GO 富集项目对缺血性脑卒中相关差异circRNA的来源基因进行GO项目富集分析，结果显示GO项目富集包括106个项目

第 3 章 结 果3.10 circRNA 相关 ceRNA 调控网络的构建基于 ceRNA 理论，寻找与 miRNA 具有相同结合位点的 circRNA，以 circRNA为 decoy，miRNA 为 core，mRNA 为 target 靶标，构建 circRNA-miRNA-mRNA 调控网络（图 3.3）。图 3.3 显示：在该调控网络中有 63 个 circRNA（33 个上调，30个下调），8 个miRNA（5 个上调，3 个下调）和7 个mRNA（3 个上调，4 个下调）。

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本文编号：2782673