论文部分内容阅读
背景:抑郁障碍是人类最常见的精神障碍之一,其病理机制复杂,miRNA(microRNA)、lncRNA(long non-coding RNA)和circRNA(circular RNA)都已被证明与抑郁障碍的发生发展有关。然而单一的指标很难全面的评估抑郁障碍的病理过程,因此抑郁障碍相关网络的发现对于探明其病理机制更有潜力。lncRNA、circRNA能够竞争性与miRNA结合进而调节mRNA的表达,共同构成了竞争性内源性RNA(Competitive Endogenous RNA,ceRNA)调控网络,参与多种疾病的发生发展。WKY(Wistar-Kyoto rats)大鼠由Wistar大鼠培育而来,具有与人类抑郁障碍患者相似的行为学及生理学异常,常用于抑郁障碍的遗传相关研究。因此,我们采用WKY大鼠作为研究对象,Wistar大鼠作为对照组进行研究。目的:1.筛选及验证WKY抑郁模型大鼠特异表达的circRNAs、lncRNAs、miRNAs和mRNAs;2.构建抑郁相关的特异circRNA-/lncRNA-miRNA-mRNA调控网络。方法:1.实验动物分组及行为学测试:(1)实验动物分组:WKY抑郁大鼠分为2组,抑郁组10只,生理盐水灌胃21天;治疗组10只,西酞普兰5mg/kg灌胃21天。Wistar大鼠7只为对照组,生理盐水灌胃21天。(2)行为学测试:干预结束后对大鼠行旷场实验、强迫游泳实验和糖水偏好实验,检测大鼠是否有抑郁样行为。2.大鼠海马RNA测序及功能分析:(1)分离大鼠海马组织,提取总RNA,构建cDNA文库,使用Illumina HiSeq 4000进行全基因组测序,筛选抑郁相关差异表达circRNAs、lncRNAs、miRNAs和mRNAs;(2)利用GO富集分析和KEGG通路分析对差异表达的circRNAs、lncRNAs、miRNAs和mRNAs进行功能注释;3.构建抑郁相关的特异ceRNA调控网络:(1)根据差异分析结果得到候选circRNAs和lncRNAs;(2)利用生物信息学技术分别构建抑郁相关特异circRNAs调控的ceRNA网络,以及抑郁相关特异lncRNAs调控的ceRNA网络;(3)使用GO富集分析和KEGG通路分析对两个特异ceRNA调控网络进行功能注释。结果:(一)大鼠行为学测试结果:1.旷场实验:治疗组和对照组的总运动时间显著多于抑郁组(P=0.007,P=0.031),中心停留时间也明显多于抑郁组(P=0.013,P<0.001)。2.强迫游泳实验:抑郁组大鼠的不动时间明显多于治疗组(P<0.001)和对照组(P<0.001)。3.糖水偏好实验:抑郁组大鼠的糖水偏好系数明显低于治疗组(P=0.032)和对照组(P<0.001)。(二)大鼠海马RNA测序及功能分析:1.差异表达circRNAs:共测得4312个circRNAs。(1)抑郁组和对照组中差异表达circRNAs共78个,上调46个,下调32个,其功能主要富集在免疫反应和代谢通路方面;(2)治疗组和抑郁组中差异表达circRNAs共30个,上调15个,下调15个,其功能主要与免疫反应、病毒防御反应有关。2.差异表达lncRNAs:共测得523个lncRNAs。(1)抑郁组和对照组中差异表达lncRNAs共31个,上调20个,下调11个,其功能主要与神经细胞、免疫反应、病毒防御反应有关。(2)治疗组和抑郁组中差异表达lncRNAs共10个,上调3个,下调7个,其功能主要富集在免疫反应、病毒防御反应方面。3.差异表达miRNAs:共测得559个miRNAs。(1)抑郁组和对照组中差异表达miRNAs共48个,上调18个,下调30个,其功能主要与蛋白结合、生长发育、代谢反应有关。(2)治疗组和抑郁组中差异表达miRNAs共14个,上调10个,下调4个,其功能主要与蛋白结合、生长发育以及自噬/吞噬作用有关。4.差异表达mRNAs:共测得14974个mRNAs。(1)抑郁组和对照组中差异表达mRNAs共352个,上调176个,下调176个,其功能主要富集在神经信号传导、Ras信号通路及酒精滥用方面。(2)治疗组和抑郁组中差异表达mRNAs共124个,上调60个,下调64个,其功能主要与病毒感染,病毒应答,病毒防御反应有关。(三)构建抑郁相关特异ceRNA调控网络:1.同时在抑郁组和对照组、抑郁组和治疗组中都有差异表达的circRNAs有3个(circRims2,circFhod3,circPsmb1),lncRNAs有2个(ENSRNOT00000087486,ENSRNOT00000085401),把他们作为候选circRNAs和lncRNAs。2.构建抑郁相关特异circRNA调控的ceRNA网络,即circRNA-miRNA-mRNA调控网络,包括3个circRNAs,24个miRNAs,939个mRNAs,956条边和991个节点,功能主要富集在激素受体结合、系统发育、GABA能突触等方面。3.构建抑郁相关特异lncRNA调控的ceRNA网络,即lncRNA-miRNA-mRNA调控网络,包括2个lncRNAs,46个miRNAs,1446个mRNAs,10940条边和1493个节点,功能主要富集在昼夜节律、HIF-1信号通路、库欣综合征等方面。结论:本研究发现抑郁模型大鼠海马存在特异的circRNAs、lncRNAs、miRNAs和mRNAs以及异常调控的ceRNA网络,同时还明确了他们的分子功能和生物学过程。我们的研究为抑郁障碍的发病机制提供新的思路,也为后来的抑郁障碍病理机制研究提供参考依据。未来还需要进一步在ceRNA调控网络中筛选抑郁相关调控通路,并扩大样本验证。