2020-03-20
發(fā)表期刊：International Journal of Molecular Medicine
影響因子：2.9
文章題目：tRNA?derived small RNAs: A novel class of small RNAs in human hypertrophic scar fibroblasts
技術(shù)手段：small RNA-Seq
派森諾生物與南昌大學第一附屬醫(yī)院攜手合作，于近期在《International Journal of Molecular Medicine》上發(fā)表了tsRNA在人增生性瘢痕纖維細胞中的差異表達相關(guān)研究。
研究背景
增生性瘢痕是一種創(chuàng)傷修復過程中由于細胞外基質(zhì)過度沉積、纖維細胞過度增殖導致的異常疤痕，它表面突出，潮紅充血，質(zhì)地實韌，有灼痛和瘙癢感，不僅會損害皮膚的外觀和功能，更影響患者的心理和生理。然而目前增生性瘢痕形成的分子機制尚無定論。
tsRNA（tRNA?derived small RNAs）是一類來自tRNA的短片段，它不僅是隨機tRNA裂解的副產(chǎn)物，更可作為一種小的非編碼RNA在許多特定的生理和病理過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
基于此，本研究通過small RNA測序，分析增生性瘢痕纖維細胞中發(fā)生差異表達的tsRNA，并通過功能富集分析、共表達網(wǎng)絡分析、ceRNA分析等方法推測tsRNA在增生性瘢痕形成過程中發(fā)揮的作用。
研究方法
研究結(jié)果
1、差異tsRNA及其功能富集分析
測序結(jié)果顯示，相較于對照細胞，增生性瘢痕組織的細胞中共檢測到67個差異表達的tsRNA，其中27個上調(diào)表達，40個下調(diào)表達（圖1）。
圖1 差異表達tsRNA的熱圖
為探討這些差異tsRNA在增生性瘢痕中的潛在作用，進一步對其靶基因進行功能富集分析。GO富集分析顯示，差異tsRNA的靶基因富集于多種生物學功能相關(guān)條目，包括“神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育”、“細胞粘附”、“局灶性粘附”、“蛋白結(jié)合”、“血管生成”和“肌動蛋白結(jié)合”（圖2 A-C），暗示這些基因可能參與細胞分裂和增殖；KEGG富集分析表明，變化顯著通路中包括“Ras信號通路”、“Rap1信號通路”和“cGMP-PKG信號通路”（圖2 D），說明這些基因可能在細胞增殖、分化、轉(zhuǎn)移和凋亡中發(fā)揮重要作用。
圖2 差異tsRNA靶基因的GO和KEGG富集分析
2、關(guān)鍵tsRNA的靶基因預測
從上調(diào)表達的tsRNA中發(fā)現(xiàn)3個關(guān)鍵tsRNA：tsRNAs-23678、tsRNA-23727和tsRNA-23761，它們都屬于5’-tsRNA類，而已有研究表明5’-tsRNA可以調(diào)節(jié)干細胞的分化，并參與翻譯抑制，因此重點關(guān)注這3個tsRNA的靶基因（表1）。結(jié)果顯示，tsRNA-23761的靶基因包含COL1A1，該基因可編碼膠原蛋白COL1的前體，該蛋白的異常積累導致瘢痕形成，已有研究表明COL1在增生性瘢痕中上調(diào)表達。無獨有偶，tsRNA-23727和tsRNAs-23678的靶基因均包含SMAD2，而該基因可調(diào)控包括增殖、存活、凋亡和休眠在內(nèi)的多種細胞活動，也被證實在增生性瘢痕纖維細胞中的顯著上調(diào)表達。這些結(jié)果均顯示，tsRNA在增生性瘢痕纖維細胞中的功能可能涉及關(guān)鍵mRNA的正向調(diào)控。
表1 關(guān)鍵差異tsRNA的靶基因預測
3、tsRNA-miRNA共表達網(wǎng)絡分析
由于大多數(shù)tsRNAs目前沒有注釋，其功能多是通過共表達的miRNA的功能進行推測，因此選擇3個關(guān)鍵tsRNA：tsRNAs-23678、tsRNA-23727和tsRNA-23761，構(gòu)建tsRNA-miRNA共表達網(wǎng)絡（圖3）。結(jié)果顯示，共有40個miRNA與這三個tsRNA相關(guān)，其中包含已被證實與增生性瘢痕相關(guān)的miRNA，如miR-29b：共表達網(wǎng)絡顯示，tsRNA-23678與miR-29b家族成員miR -29b-1-5p互作，且轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果顯示二者表達趨勢相反，暗示tsRNA?23678可能是增生性瘢痕的重要調(diào)節(jié)因子。
圖3 關(guān)鍵tsRNA-miRNA共表達網(wǎng)絡分析
4、tsRNA-miRNA-mRNA的ceRNA網(wǎng)絡分析
已知miRNA通過與mRNA結(jié)合而導致基因沉默，而tsRNA可能通過與miRNA競爭性結(jié)合來調(diào)節(jié)基因表達，基于此構(gòu)建tsRNA-miRNA-mRNA的ceRNA網(wǎng)絡（圖4），該網(wǎng)絡由3個tsRNA、6個miRNA和40個mRNA組成。其中，tsRNA-23761是miR-3135b的一個ceRNA，它以血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（ACE）和PYGO2為靶點，而ACE在創(chuàng)面愈合和膠原生成過程中起著重要的中介作用。因此可推測，tsRNA-23761與miRNA競爭以調(diào)控ACE表達，從而影響增生性瘢痕纖維細胞的活性和增殖。
圖4 tsRNA-miRNA-mRNA的ceRNA網(wǎng)絡圖
結(jié) 論
本研究通過small RNA測序，首先鑒定出增生性瘢痕組織與正常皮膚組織相比差異表達的tsRNA，并通過靶基因的功能富集分析證實差異tsRNA的功能與增生性瘢痕有關(guān)；然后明確差異tsRNA中的tsRNA-23678、tsRNA-23727和tsRNA-23761為關(guān)鍵tsRNA，并以它們?yōu)橹行臉?gòu)建共表達網(wǎng)絡和ceRNA網(wǎng)絡。最后提出tsRNA調(diào)控增生性瘢痕的機制：tsRNA-23678可能通過與miR29b15p相互作用而發(fā)揮關(guān)鍵作用；tsRNA-23761可能作為競爭性的內(nèi)源RNA與miR-3135b結(jié)合，最終調(diào)節(jié)靶基因ACE的表達。
本研究有助于揭示增生性瘢痕的分子機制，并為其治療提供理論基礎(chǔ)。
文章小結(jié)
本研究的測序工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
