基因芯片技术结合生物信息学对小鼠肺纤维化相关长链非编码RNA的分析

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目的:本研究利用安捷伦(Agilent)基因芯片技术,初步筛选出差异表达的与肺纤维化相关的长链非编码RNA(long non-coding RNA,lnc RNA),再综合应用生物信息学工具预测其靶基因并进行功能和信号通路分析,探讨相关lnc RNA在肺纤维化中的转录组特征和生物学功能。方法:(1)将购置的C57BL/6小鼠随机分为两组:即实验组和对照组。充分麻醉后,向实验组小鼠气管内一次性滴入BLM(3mg/kg)构建肺纤维化模型,向对照组小鼠气管内一次性滴入等量的生理盐水作对照,于第21天处死小鼠并分别收集两组各叶肺组织。取部分肺组织制作石蜡切片,H&E染色后显微镜下观察肺组织是否发生纤维化病变,Masson染色后观察肺组织内是否有大量胶原蛋白沉积。选取成功造模的肺纤维化组织及正常肺组织标本两对用于基因芯片实验。(2)提取两组肺组织标本的总RNA进行质检,经逆转录合成c DNA,对其荧光标记后在含有37852条circ RNAs检测探针、65375条lnc RNAs检测探针和47078条m RNAs检测探针的ce RNA Agilent芯片上杂交。再应用芯片扫描仪对处理好的芯片进行扫描获取杂交图像,使用安捷伦生物特性提取软件Feature Extraction software 12.0对杂交图像进行识别、分析,获取原始数据。(3)通过归一化处理原始数据和差异表达分析,筛选出肺纤维化组织和正常肺组织相比明显差异表达的lnc RNAs。利用生物信息学分析工具对筛选出的差异表达基因lnc RNAs进行靶基因预测,用GO软件对靶基因进行功能注释分析可能具有的生物学功能,用KEGG软件对其可能参与与肺纤维化有关的信号通路进行分析。结果:(1)H&E染色结果显示:与对照组相比,实验组小鼠肺组织内见肺泡的正常结构被破坏,肺泡壁和肺泡间隔显著增厚,肺泡腔成囊状牵拉样扩张,肺间质内有炎性细胞募集,并有大量成纤维细胞灶形成。Masson染色结果显示:与对照组相比,实验组小鼠肺组织内见大片蓝染的胶原蛋白沉积区域。(2)利用生物信息学工具对基因芯片所得数据结果进行分析,与正常肺组织对比,从肺纤维化组织中共筛选出差异表达2倍以上的基因lnc RNAs有1384个,其中表达上调的基因lnc RNAs有645个,表达下调的基因lnc RNAs有739个。表达上调10倍以上的lnc RNAs有8个,表达下调5倍以上的lnc RNAs有15个。(3)通过对明显差异表达基因进行靶基因预测,结果发现共17个lnc RNAs具有靶基因,其中5个是通过顺式(cis-)作用来对靶基因进行调控,靶基因分别是Chl1、Col24a1、Cdc25c、Fam53c、Il-7、Nrep;2个是通过反式(trans-)作用来对靶基因进行调控,靶基因分别是Kdm5c、Rhbdd2;另10个可同时通过顺式和反式两种作用方式来对靶基因进行调控,靶基因分别为Chl1、Tnfrsf10b、Gjc3、Maoa、Vmn1r58、Syt12、Lix1、Gpr157、Mbd4等。GO功能分析结果共发现93个富集条目,其中包括19个分子功能、28个细胞成分和46个生物过程。排行靠前的有分子功能Ⅰ型干扰素结合受体,生物过程STAT蛋白丝氨酸磷酸化和肌浆网钙离子转运。利用KEGG数据库对差异表达基因可能参与的信号通路进行分析,得到78条信号传导通路,主要包括钙信号通路、PI3k-AKT信号通路、Ras信号通路、Wnt信号通路、Jak-STAT信号通路、TGF-β信号通路、P53信号通路、Notch信号通路、Toll样受体信号通路、肾素-血管紧张素-醛固酮系统等。结论:(1)可以通过基因芯片技术筛选肺纤维化相关lnc RNAs。与正常肺组织对比,肺纤维化组织中表达显著差异的有Gm16685、Bach2os和Gm44440等。(2)生物信息学GO分析表明这些差异基因可参与STAT蛋白丝氨酸磷酸化和肌浆网钙离子转运等功能;KEGG分析表明它们可通过钙离子、PI3k-AKT、Jak-STAT及Toll样受体等多个信号通路在肺纤维化发展进程中发挥作用。
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