【項目文章速遞】成熟與未成熟的大鼠垂體前葉中的lncRNA鑒定

2017年12月,吉林大學袁寶老師在Scientific Reports發表了一篇關于大鼠垂體的研究,鑒定了不同發育階段的垂體中的lncRNAs,并構建了促卵泡生長激素FSH的調控網絡。

Identification of long non-coding RNAs in the immature and mature rat anterior pituitary
成熟與未成熟的大鼠垂體前葉中的lncRNA鑒定

期刊: Scientific Reports ? ?影響因子:4.259

1.研究背景

垂體是哺乳動物最重要的內分泌腺,分前葉和后葉兩部分。它分泌多種激素,如生長激素、促甲狀腺激素、促腎上腺皮質激素、促卵泡生長激素(FSH)等。這些激素對代謝、生長、發育和生殖等有重要作用。在未成熟的垂體中,激素的含量應該在適當的范圍內,以適應身體的發育和生長。在成熟的腦垂體中,激素主要影響生殖能力。在大鼠的垂體研究中,更多的是關注基因和miRNA,對lncRNAs的研究比較少。最近的研究報道lncRNAs參與了垂體的腫瘤發生,說明lncRNA很可能通過調控垂體相關生物學過程來調節生長發育與生殖。

2.材料方法

樣品:15日齡和120日齡大鼠(Rattus norvegicus)各取3只,同日齡的3只大鼠的垂體前葉混合成1個樣品,2個樣品測序數據量分別是14G和15G。
平臺:百邁客Illumina HiSeq X ten平臺
分析平臺:百邁客云平臺(BMKCloud),利用云平臺做了個性化分析
分析內容:

圖1? 分析內容

3.研究結果

1.鑒定未成熟和成熟垂體前葉形態學差異
我們檢測了兩個發育階段垂體前葉形態學上的差異,成熟的垂體前葉有更清晰的邊界和更多的毛細血管,因此我們推測有某些因子導致了大鼠垂體的形態和功能差異,根據近幾年的研究,這種因子可能是lncRNA。

圖2 未成熟和成熟的垂體組織的形態學鑒定
(A.15日齡垂體前葉放大100倍;B. 15日齡垂體前葉放大500倍;C. 120日齡垂體前葉放大100倍;D. 120日齡垂體前葉放大500倍)

2.lncRNA的鑒定和差異分析
對兩個日齡的垂體前葉分別測序,比對效率分別為95.06% 和95.15% ,本研究中我們鑒定共到7039個lncRNA,lncRNA的平均長度為2052bp,比mRNA略長。而76.5%的lncRNA含有2個外顯子,mRNA平均含有4.1個外顯子。

圖3? lncRNA和mRNA的長度(A)、外顯子個數(B)的比較

使用fold change≥2且FDR< 0.05,篩選到1181個差異表達的lncRNA,其中有607個是上調的?;谖恢藐P系進行靶基因預測,發現靶基因主要參與了抗原處理和呈遞途徑,自身免疫甲狀腺疾病途徑和I型糖尿病途徑。

圖4? lncRNAs 和mRNA的表達量分布情況

促卵泡生長激素(FSH) 是垂體前葉分泌的一種糖蛋白激素,其主要功能是卵巢的卵泡發育和成熟。我們在反式靶基因中找到了調控FSHb基因的lncRNA,并用其中3個新鑒定到的lncRNA構建調控網絡圖。

圖5 qPCR驗證10個高表達的lncRNAs和3種與FSHb基因相互作用的新lncRNA
(A. 10個高表達的lncRNA的定量結果;B. lncRNAs和FSHb基因的相互作用網絡;C-E.三種新lncRNA的定量結果)

3.qPCR驗證
我們挑選調控FSHb的3個新lncRNA 和十倍差異的lncRNA 做qPCR驗證,定量結果和測序結果吻合。前人的研究表明FSHb基因的表達量在性成熟階段明顯增加,這三個新lncRNA的表達趨勢和FSHb mRNA一致。

結論
本項目系統地研究了lncRNA在15日齡未成熟小鼠和120日齡成熟大鼠垂體前葉的情況,共鑒定到7039個lncRNA,1181個差異表達的lncRNA,并預測靶基因。順式靶基因主要富集到抗原處理和呈遞途徑,自身免疫甲狀腺疾病途徑和I型糖尿病途徑;根據反式靶基因構建了調控網絡,發現有3個新lncRNA能夠靶向調控促卵泡生長激素FSHb基因,為后續的深入研究奠定了基礎。

研究亮點
垂體分泌的幾種激素,在發育階段起著關鍵作用,尤其是促卵泡生長激素FSH,能夠促進卵泡的發育和成熟。lncRNA在生物學過程中有重要作用,如表觀修飾,細胞分化,轉錄調控,生長發育,抗病等。最近的研究表明,lncRNAs參與垂體腫瘤的發生,這項研究鑒定了在大鼠垂體前葉各發育階段的lncRNA的情況,并找到了調控FSHb的lncRNAs。

參考文獻
BaoY, Zhang J B et al. Identification of long non-coding RNAs in the immature and mature rat anterior pituitary. [J]. Sci Rep, 2017, 7:17780

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吳戈宇 | 審核
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