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circRNA高分文章解读——高通量分析篇(上)

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导读

今年4月,《molecular Cell》杂志上刊登了一篇基于高通量测序方法研究肌细胞分化过程中circRNA功能性文章。通过RNA-Seq筛选人和老鼠(C2C12)肌母细胞(myoblasts )分化成肌管细胞(myotubes )过程以及肌营养不良症(DMD)状态下差异表达的circRNA,然后利用RNA干扰(RNAi)技术找到在肌肉分化过程中起作用的circRNA。更有趣的是,作者发现其中一个circRNA序列中含有开放阅读框(ORF),从而又进一步证明其具有编码蛋白的能力。由于文章内容充实丰富,小编决定分两次给大家详细解读,本次重点阐述高通量数据分析部分。

一、样本介绍

本文所研究的样本是人和小鼠(C2C12)的肌母细胞(myoblasts ,GM)以及诱导分化后的肌管细胞(myotubes ,DM),每个样本有A,B两个重复进行RNA-Seq(在circRNA进行差异表达分析中,作者还用到了人肌营养不良(DMD)样本)。作者采用FindCirc软件流程检测circRNA,结果如下表:

表1 Number of detected linear and circular splicing events per sample, Samples are

human primary and mouse C2C12 myoblasts (GM) and myotubes (DM) in two replicates (A and B).

二、circRNA特征分析

首先,作者对找到的circRNA进行基因组区域注释,发现90%的circRNA源自编码蛋白基因的外显子区 (图1C)。此外,研究人员发现有相当一部分的circRNA在人类和老鼠之间具有保守性,特别是对于那些高度表达的circRNA(图1D)。

图1

三、人和老鼠GM,DM细胞mRNA表达谱分析

作者又单独分析了分化过程中mRNA的表达情况。首先,基于FPKM,作者证明两个重复之间具有高度的一致性(图2B上),特别是高表达的基因。差异基因分析发现肌细胞分化过程中有至少3000个基因上调或下调(图2B下)。对人和老鼠中差异表达的基因进行GO注释,富集在相同的生物进程中(图2C)。

图2

四、circRNA表达受细胞分化和疾病的调控

作者仅在人类样本中研究circRNA的差异表达,并限制至少有5个back-splicing reads的circRNA才被纳入。首先,作者绘制热图来整体了解分化以及疾病状态下样本间表达谱差异(图3B),样本间聚类分析告诉人们两层含义:第一,分化前和分化后细胞分别聚集在两大类中,说明肌细胞分化过程在circRNA表达中起到主要作用;第二,肌营养缺乏的细胞又区别于正常未患病细胞,说明疾病状态也调节circRNA表达(图3B)。

研究人员想进一步探究差异表达的circRNA与其linear gene的变化关系。他们以DM分化到GM过程中FoldChange的比例作为量度,发现circRNA与linear gene的表达改变呈现正相关关系(图3E)。此外,作者还发现在上调的基因中,circRNA的丰度显著高于无差异和下调组(图3F)。

图3

五、总结

像大多数转录组分析文章一样,作者将目光放在整个基因组水平进行表达改变研究。但本文的新颖之处在于借助RNA-Seq同时研究了不同处理组中circRNA和linear gene的表达差异,并在上调的差异基因中发现更丰富的circRNA表达。通过circRNA和linear gene整合研究,对我们理解基因在生物进程中的作用更加有利。

以上是本期的解读,在下期中,我们重点讨论如何通过实验筛选功能性circRNA并研究其生理作用。

六、参考文献

Legnini I, Timoteo G D, Rossi F, et al. Circ-ZNF609 Is a Circular RNA that Can Be Translated and Functions in Myogenesis[J]. Molecular Cell, 2017, 66(1):22.

转自生信草堂

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