本文關(guān)鍵詞：造血干細(xì)胞紅系發(fā)育的轉(zhuǎn)錄組整合分析

  更多相關(guān)文章： 紅系發(fā)育 造血干細(xì)胞 RNA-seq microRNA long non-coding RNA

【摘要】：造血干細(xì)胞紅系分化是一個(gè)精確的調(diào)控過程,它從造血干細(xì)胞開始,逐漸失去分化潛能并發(fā)育為成紅細(xì)胞群,最終脫核和變形成為有功能的紅細(xì)胞。近年來,人們對(duì)不同類型的轉(zhuǎn)錄因子、miRNA以及長非編碼RNA參與調(diào)控的紅系造血機(jī)制進(jìn)行了大量研究工作,然而將不同類型的RNA表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析紅系造血機(jī)制的研究并不多見。本研究中,我們通過RNA-seq測(cè)序,系統(tǒng)比較了編碼基因、miRNA和lncRNA的動(dòng)態(tài)表達(dá)變化趨勢(shì),分析了三種RNA在表達(dá)水平上的異同,并通過計(jì)算表達(dá)相關(guān)性系數(shù),預(yù)測(cè)潛在的不同類型RNA分子間的調(diào)控關(guān)系,最終構(gòu)建出在紅系末期發(fā)育過程中控制紅細(xì)胞成熟的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。人臍帶血來源的造血干細(xì)胞經(jīng)過體外紅系誘導(dǎo)分化,產(chǎn)生了不同發(fā)育階段的終末紅系細(xì)胞。通過檢測(cè)這些細(xì)胞表面標(biāo)志物的表達(dá),本研究分選出了4個(gè)不同發(fā)育階段的紅系細(xì)胞。結(jié)合分離純化的造血干細(xì)胞與成熟的紅細(xì)胞樣本,共計(jì)6個(gè)細(xì)胞樣本,進(jìn)行高通量組學(xué)測(cè)序,并從全基因組水平上系統(tǒng)分析鑒定了上述樣本中表達(dá)的全部編碼基因、miRNA和lncRNA。結(jié)果顯示,表達(dá)的編碼基因數(shù)目遠(yuǎn)多于非編碼RNA,且非編碼RNA,尤其是lncRNA的表達(dá)量(FPKM)普遍低于30(約97.7%)。大部分lncRNA(約41.4%)只在其中一個(gè)分化階段中表達(dá)。這表明lncRNA具有較強(qiáng)的發(fā)育階段特異性,這些lncRNA有望成為鑒定不同發(fā)育階段紅系細(xì)胞的分子標(biāo)志物。通過K-means聚類,我們將差異表達(dá)編碼基因分為四類,并分別進(jìn)行信號(hào)通路富集分析。結(jié)果顯示,紅細(xì)胞脫核和變形過程中P53與細(xì)胞周期的信號(hào)通路受到抑制。另外,大部分趨化因子基因都在造血干細(xì)胞中高表達(dá),而且趨化因子信號(hào)通路對(duì)造血干細(xì)胞的自我更新能力的維持和命運(yùn)決定非常重要。我們通過miRSystem數(shù)據(jù)庫獲得了miRNA作用的靶基因。進(jìn)一步整合miRNA和mRNA的表達(dá)量,并通過皮爾森相關(guān)系數(shù)和P值的篩選,我們鑒定出了四類差異表達(dá)基因和miRNA的作用關(guān)系。結(jié)果顯示,hsa-miR-107和hsa-miR-548h-5p在紅細(xì)胞成熟過程中表達(dá)升高,很可能發(fā)揮著調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)來促進(jìn)紅細(xì)胞成熟、脫核的功能。hsa-miR-532-3p的潛在功能涉及促進(jìn)DNA轉(zhuǎn)錄,在脫核前翻譯出大量功能蛋白以維持紅細(xì)胞短暫的生命。整合lncRNA和mRNA的表達(dá)量數(shù)據(jù),我們認(rèn)為lncRNA也參與了重要調(diào)控作用,包括從轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控DNA損傷基因在紅系分化過程中高表達(dá)而在成熟紅細(xì)胞中低表達(dá)、調(diào)控造血相關(guān)的基因在造血干細(xì)胞和成熟紅細(xì)胞中高表達(dá),以及調(diào)控編碼細(xì)胞周期蛋白的基因在紅細(xì)胞成熟時(shí)表達(dá)降低來促進(jìn)成熟。另外,我們還鑒定了潛在的發(fā)揮順式調(diào)控作用的IncRNA及其靶基因,并在K562細(xì)胞系中進(jìn)行了表達(dá)量的驗(yàn)證。最后還鑒定出83個(gè)新的IncRNA,豐富了IncRNA數(shù)據(jù)庫。通過整合三種類型RNA的表達(dá)數(shù)據(jù)以及潛在的生物功能,本研究構(gòu)建了紅系末期發(fā)育過程中調(diào)控紅細(xì)胞成熟的分子網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)既包括mRNA與ncRNA之間的作用,也包括miRNA與IncRNA之間潛在的競爭作用。本研究為進(jìn)一步探索正常紅系造血機(jī)制提供了大量可靠數(shù)據(jù),一方面有助于人們加強(qiáng)對(duì)紅細(xì)胞發(fā)育過程的理解,同時(shí),也為探究紅系造血異常導(dǎo)致的惡性血液疾病的分子機(jī)制分析提供重要參考。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院北京基因組研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：Q343

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