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【课题设计】生信分析只能发「灌水」文章?

科研论文时间

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生信分析,作为研究和发文章的方法受到很多人的青睐。所以,过去一段时间,这类文章如雨后春笋般涌现,因为这个方法简单,导致出现了很多注水文章,因此,让一些同学望而却步。

其实,生信分析只是一种手段、一种方法、一种思路。好的分析和严谨的验证,依旧能做出好的成果,关键在于如何去利用好工具。

用生信分析数据挖掘,发文章,依然不乏有好文章出现,重要的是新的 idea。此外,生信分析也是一个寻找课题的好思路,对于没有自己测序结果或者只有临床数据的人来说,结合生信分析做课题是不错的选择。

首先,来看看下面几篇文章:

第一篇,发表在 Molecular Therapy,IF = 8.986;中科院 1 区。

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图片来源:文献截图

第二篇,发表在 Molecular Therapy: Nucleic Acids,IF = 7.032;中科院 2 区。

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图片来源:文献截图

第三篇,发表在 Clinical Science,IF = 5.223;中科院 2 区。

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图片来源:文献截图

第四篇,发表在 Clinical Science,IF = 5.223;中科院 2 区。

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图片来源:文献截图

上述列举的文章,也算是分数较高的了。就标题来看,不难发现,这四篇文章的共同点都是关于外泌体(exosomes)的研究,这个是近几年兴起的热点。

外泌体之所以火热,是因为它包含了 miRNA 和蛋白等分子,可以运送到受体细胞,调节各种生理过程。

就目前的研究来看,几乎所有的细胞都分泌外泌体,而且外泌体参与众多生理病理过程,尤其是肿瘤方面。以外泌体为研究背景或者研究对象,是目前很常见的研究思路。

上面的四篇文章,第一篇是从临床病例开始的,后面几篇则是从生信挖掘开始的。

接下来就说说临床数据、生信分析和外泌体如何完美结合,开创新的研究思路和课题,发表好文章。

一、临床病例数据与外泌体的结合

1、从选定某个具体的基因开始

刚才说到的第一篇文章,发表在 Molecular Therapy,作者研究入手的思路就是从一个具体的基因开始的。

首先,他有胃癌组织和其正常的对照组织。之后结合文献报道研究了解到,FOXO1 与血管生成相关。

所以,他们检测了这个基因在癌组织中的表达,发现胃癌组织中 FOXO1 显著下调。同时,分析了这个基因与胃癌生存率的关系,发现二者之间显著相关。这些研究都表明,FOXO1 的下调可能与胃癌的发生有关。

拿到这样的结果,已经是一个很好的开始了。

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图片来源:文献截图

2、从 mRNA 到 miRNA 寻找靶向关系

从 mRNA 到 miRNA 也是这个研究引入外泌体的重要步骤。作者预测了可能与 FOXO1 靶向的 miRNA,根据软件预测结合文献研究,最终选择了 miR-135b。

发现 miR-135b 在胃癌组织中显著上调,表达与 FOXO1 的 mRNA 水平呈现负相关,说明他们之前可能存在靶向调控关系。

当然,作者在文章中没有一开始去验证这个关系,在后续通过双荧光素酶实验证实了 miR-135b 靶向调控 FOXO1 的表达。

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图片来源:文献截图

3、从 miRNA 到外泌体

近年来的研究表明,大多数 miRNA 包裹在外泌体中发挥功能,所以作者也假设 miR-135b 也是通过外泌体的形式传递的。所以作者提取了外泌体,并且发现来自胃癌细胞的外泌体中 miR-135b 显著高于正常的胃上皮细胞来源外泌体。

随后,作者通过抑制等处理及对照试验,也证实了 miR-135b 是包裹在为癌细胞分泌的外泌体。通过将外泌体与 HUVECs 细胞孵育培养之后,发现 FOXO1 的表达下调,进一步说明了外泌体 miR-135b 靶向 FOXO1。

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图片来源:文献截图

4、外泌体 miRNA 功能研究

本研究中,作者关注血管生成的表型。因此作者从细胞层面验证了外泌体 miR-135b 的功能。

将胃癌细胞来源外泌体与 HUVECs 细胞共培养,通过检测 HUVECS 细胞对外泌体的摄取,细胞的增殖,迁移以及体外血管成管实验,证实了胃癌细胞来源外泌体能够促进血管的生成。

之后从 miRNA 方面入手,研究了提高或者抑制 miR-135b 之后对血管生成的作用,得到了与外泌体相同的结果。说明是外泌体 miR-135b 发挥作用。

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图片来源:文献截图

5、分子互作

为了更加深入的研究外泌体 miR-135b 的机制,作者参考先前的报道,miR-135b 可以促进白介素(IL)-8 / CXCL8 在结肠癌中的表达并因此促进血管生成。

因此,研究了抗 IL-8 抗体 miR-135b 介导的体内血管生成。最终得到结论,IL-8 和癌细胞的外泌体均可以促进血管生成。

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图片来源:文献截图

6、体内实验验证结果

最后,为了确认研究的正确性,让研究更加具有价值,细胞上的研究一定要从体内去验证研究。以小鼠为模型,研究外泌体 miRNA 对肿瘤生长和血管生成的影响。作者发现,外泌体 miR-135b 在体内调控肿瘤的生长和血管生成。

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图片来源:文献截图

至此,整个实验就结束了,是不是感觉自己获取了一片新天地。

其实本文用到的方法和后续肿瘤的研究都是很常规的思路,重要的是在前期怎么选取基因,怎么利用自己的样本玩出新花样。此篇论文的思路值得学习!

二、生信分析挖掘与外泌体的结合研究思路

生信数据挖掘与外泌体结合的整体研究思路与前面的文章基本一致,不同之处在于怎么选定一个感兴趣的基因。

生信挖掘的基本套路我们都很清楚,就是利用公共数据库,例如 GEO、TCGA 等等,重新分析找到差异表达的基因,然后进行 GO、KEGG 分析,network 分析,最后至多加一些实验 qRT-PCR 的验证,可是这样的研究没有新意。

在一开始没有测序数据,寻找课题的时候,可以生信挖掘是一个不错的选择,那再结合外泌体之后,整个研究就会形成体系,更上一层楼。

我们以第四篇文章为例,看看怎么样设计课题!

1、差异表达基因的筛选

作者选择了 GEO 数据库中 GSE89587 芯片数据,这是一个 miRNA 芯片数据,作者通过分析找到了两组样本之间的差异表达 miRNA,选择了 miR-122-5p,并用 6 个在线预测靶基因的软件预测了 miRNA 的靶基因。

(PS:如果选择的是 mRNA 表达芯片数据,那么先分析差异表达基因,然后找 miRNA,与之前思路一样)

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图片来源:文献截图

2、研究 miRNA 的分子功能

找到差异的分子,要想深入,则避不开研究其在具体问题上的功能,此处作者研究发现上调的 miR-122-5p 促进成骨细胞增殖和成骨作用。说明找到的差异 miRNA 与骨生成相关。

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图片来源:文献截图

3、外泌体与 miRNA

作者接着研究发现,上调 BMSC 细胞中 miR-122-5p 的表达促进成骨细胞增殖和成骨。之后想知道是否 BMSC 分泌包含有 miR-122-5p 的外泌体并运送到成骨细胞,作者收集了 BMSC 并成功提取了外泌体。

并证明抑制了骨髓间充质干细胞外泌体的分泌之后,外泌体中 miR-122-5p 含量减少,外泌体在骨细胞增殖中的作者用减弱,说明 miR-122-5p 包裹在外泌体中发挥作用。

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图片来源:文献截图

4、靶向关系验证及外泌体 miRNA 功能研究

接着,作者验证了 miR-122-5p 与其之前预测基因之前的靶向关系。并深入研究了 miRNA 极其靶基因升高或敲低对于骨生成的影响。并深入到两具体的信号通路。

此部分研究思路,与常规的分析细胞生物学套路相似。

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图片来源:文献截图

5、体内验证

通过兔子模型,证实 miR-122-5p 修饰的 BMSCs 衍生的外泌体可促进 ONFH 兔的血管生成,修复和愈合。对于骨的生成具有促进作用。

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图片来源:文献截图

以上就是我们的分享两篇文章的研究思路,你 get 了吗?

总结一下,生信分析是一种手段,可以帮助我们去寻找一些课题,转换思路,与其他研究结合,那么将会又不一样的火花出现。

想从这方面入手的小伙伴可以学习起来了,设计一个好的实验方案,进行研究,争取发表高分文章!

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