成人退变性脊柱侧凸lncRNA差异表达基因及相关生物信息学的研究

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[目的]采用高通量RNA测序(RNA-seq)技术,检测成人退变性脊柱侧凸(ADS)、腰椎间盘突出症(LDH)和健康成人(Normal)的长链非编码RNA(lncRNA)基因表达谱,对照分析成人退变性脊柱侧凸的lncRNA差异基因表达谱,探寻成人退变性脊柱侧凸的lncRNA可能关键差异表达基因及相关分子功能和生物学信号通路,为进一步研究成人退变性脊柱侧凸的发生发展机制及开发特定的分子生物标志物和精准靶向治疗提供理论基础。[方法]1.采用高通量RNA测序(RNA-Seq)技术,对通过伦理审核后采取的ADS组(n=3)、LDH组(n=3)、Normal组(n=3)三组共九个外周全血样本进行lncRNA测序。将上述三组样本测序结果分别进行两两组间比较,然后将上述三组两两组间比较结果及ADSvsNormal和ADSvsLDH两组组间比较结果利用维恩图描绘交集,筛选共同差异表达基因,以描绘ADS的差异基因表达谱,最终筛选ADS可能的关键差异表达基因。2.对筛选出的ADS差异表达基因进行进一步的生物信息学分析,通过使用GO分子功能分析软件,对差异表达基因进行功能富集分析,以探索差异表达基因主要涉及的生物过程、分子功能及细胞组份;并应用KEGG数据库信号通路分析寻找这些差异表达基因相关的生物学信号通路。[结果]1.ADS组与LDH组组间比较,lncRNA差异表达基因共234条,其中上调基因153条,下调基因82条;ADS组与Normal组组间比较,lncRNA差异表达基因共241条,其中上调基因153条,下调基因89条;LDH组与Normal组组间比较比较,lncRNA差异表达基因共212条,其中上调基因122条,下调基因90条。将上述三组组间比较结果利用维恩图描绘差异表达基因交集,共同lncRNA差异表达基因有4条;ADSvsNormal和ADSvsLDH两组间比较结果利用维恩图描绘差异表达基因交集,共同lncRNA差异表达基因有79条。2.根据本研究的GO富集分析结果发现:在生物过程方面,ADS差异表达基因大部分与细胞代谢、有机物质代谢、细胞氮化合物代谢、细胞大分子代谢等多种与细胞代谢相关的生物学过程相关。在分子功能方面,ADS差异表达基因大部分与蛋白结合、有机环状化合物结合、杂环化合物结合等与结合相关的分子功能相关。在细胞组分方面,相当数量的ADS差异表达基因与细胞内组分、细胞内胞质、细胞内脂质、膜细胞器等相关。其后,再利用KEGG数据库检索发现,ADS lncRNA差异表达基因涉及20条通路,如溶酶体、HIF-1信号通路、泛素介导的蛋白水解作用、Adherens结、吞噬体、mTOR信号通路、柠檬酸周期(柠檬酸循环)、异源end-joining、核糖体、原发性免疫缺陷、B细胞受体信号通路、T细胞受体信号通路、糖胺聚糖降解、病毒致癌作用等,大多数与炎症前细胞因子信号传导有关;其中富集最显著的通路为溶酶体通路。[结论]1.成人退变性脊柱侧凸与腰椎间盘突出症、健康成人之间存在诸如ENSG00000253352.9、XLOC000500、XLOC135387 等多条明显差异性表达基因,其中以lncRNA XLOC000209差异最为显著,lncRNA XLOC000209可能是ADS的关键差异表达基因。这些差异表达基因可能参与了成人退变性脊柱侧凸发生发展的调控,为寻找成人退变性脊柱侧凸的分子标记物或治疗新靶点提供了重要的生物学依据及参考。2.这些差异表达基因功能大致分为细胞代谢、蛋白结合、有机环状化合物结合、细胞内组分、膜细胞器等等多种生物学过程,并涉及多条与细胞合成与分解代谢、炎症反应相关信号通路,如溶酶体、HIF-1信号通路、B细胞受体信号通路、T细胞受体信号通路、mTOR信号通路等。
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