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《Cell》重磅!全转录组测序技术揭示circRNA新的调控机制!
日期:2019年03月01日    来源:云序生物
2月7日,加拿大多伦多大学的Paul C. Boutros教授和Housheng Hansen He教授团队对144例前列腺癌样本进行全转录组测序,结合后续的功能机制研究,揭示了前列腺癌circRNA新的调控机制!该研究成果以题为“Widespread and Functional RNA Circularization in Localized Prostate Cancer”发表在著名学术期刊《Cell》(IF 31.4)上。接下来,就一起来看下研究人员是如何利用高通量测序技术RNA-seq和大规模shRNA文库技术揭示circRNA在局限性前列腺癌中表达特征和生物功能的。

文章导读:
前列腺癌是人类特有的疾病,在欧美是男性最常见的恶性肿瘤之一,在美国前列腺癌发病率占第1位,死亡率仅次于肺癌。加拿大多伦多大学的研究者首先选取了144例有详细临床信息的前列腺癌样本,进行全转录组测序(RNA-seq),共识别鉴定了7千多个circRNA分子,经生物信息学分析显示,这些circRNA的表达特征与前列腺癌侵袭转移特性密切关联,随后采用大规模shRNA文库技术进行敲除验证,发现其中约11.3% circRNA是前列腺癌细胞增殖特性密切相关,并且这些circRNA来源基因的线性转录本不影响细胞增殖,表明circRNA特殊的功能。最后研究人员重点关注前列腺癌显著相关的circCSNK1G3,揭示circCSNK1G3可以与miR-181相互作用调控细胞增殖发挥,有别于现阶段研究较多的circRNA海绵机制,该circRNA在前列腺癌中稳定了miR-181的活性,这一发现提供了circRNA全新的研究思路。


研究内容:
1. 局限性前列腺癌的表达谱分析
作者通过全转录组测序云序生物提供此项服务)技术,对144例前列腺癌标本进行转录组分析,以图片的形式展示总RNAs (n=38,359) 和高丰度技术,对144例前列腺癌标本进行转录组分析,以图片的形式展示总RNAs (n=38,359) 和高丰度RNAs (n=18,152)在各样本中的分布,并且对每个样本中高丰度的RNA进行聚类分析,以展示个样本间的差异。通过融合基因分析,大量的融合基因转录本被识别,超过10%的SU2C转移性转录组发现复发融合,揭示了融合基因与侵袭性局限性疾病有关。
2. 局限性前列腺癌环状RNA表达谱
作者使用CIRCexplorer共鉴定识别到了76311个circRNA分子,其中还包括62个融合基因来源的circRNA分子,并且通过RNase R和扩大样本量对高可信度环状RNA分子进行验证。找到组织细胞特异性表达的环状RNA,以及它们在不同组织类型中表达模式;通过circBase数据库的环状RNA进行前列腺疾病相关分析,同时对环状RNA对应的亲本基因来源的线性转录本进行分析,探讨circRNA与线性RNA的相关性。

3. 环状RNA的差异表达与前列腺癌的进展有关
研究者对144个前列腺癌进行了聚类分析,与线性RNA相比,环状RNA最强模式与它们在每个样本中的总体丰度相一致。另外,极端circRNA分布的患者的预后明显较circRNA分布稳定的患者差,同时极端circRNA index组也与更高的转移发生率相关。这种相关性排除了对应亲本来源的线性转录本的影响,种种迹象表明这种特异性表达的circRNA与前列腺癌的发生发展密切相关。

为了评估这些特异性circRNA的功能重要性,选取前列腺癌细胞系中数量最多的2000个环状RNA进行shRNA功能缺失筛选,位点靶向于反式剪切序列,然后对这些环状RNA敲除细胞系进行全转录组测序,同时耗尽其中的线性RNA以保证筛选的有效性,结果表明这些特异性的circRNA对细胞的增殖产生明显的促进作用,而不是线性RNA。

4. circCSNK1G3的功能特征
环状RNA分子circCSNK1G3非常特殊,其环状和线性形式表达丰度相似,经验证发现环状RNA形式在四种前列腺癌细胞系中是必不可少的,相反的,其对应线性转录本则是非必须的。为了研究circCSNK1G3促进细胞增殖的机制,研究者在PC-3细胞系中对circCSNK1G3进行敲除和过表达后进行全转录组测序(RNA-seq)分析。GSEA富集分析显示过表达样品中上调的许多基因在敲除样品中下调,反之亦然。另外两种环状RNA circSTAU2和circGOLPH3也出现了类似的模式,说明在敲除和过表达实验中观察到的表型并不是由靶外效应引起的。同时,敲除其线性转录本CSNK1G3后,并没有这种现象。最终证实circCSNK1G3对前列腺癌细胞增殖的促进作用与其对应线性转录本无关。

5. circCSNK1G3协同稳定miR-181b/d活性促进前列腺癌
环状RNA通常与miRNA相互作用发挥调控功能,首先通过预测找到了10个与circCSNK1G3作用的候选miRNA,进一步分析了circCSNK1G3与miRNA之间的相关性,最终确定了与circCSNK1G3表达显著相关的5个miRNA,分别是miR-181a/b/c/d和miR-196b。通过
circCSNK1G3 pull down云序生物提供此项服务实验发现只有miR-181b/d显著富集,敲除circCSNK1G3降低miR- 181b/d丰度,过表达增加miR- 181b/d丰度。对ciRS-7也有类似的现象,敲除ciRS-7降低了其相互作用的miR-7。PC-3细胞系中miR-181b/d 过表达显著降低CBX7丰度,CBX7是一种特征良好的miR-181b靶点,也是前列腺癌的肿瘤抑制因子。与miR-181b/d在circCSNK1G3敲低后下调一致,CBX7丰度显著增加。同样的,在miR-181b/d 过表达细胞系中,细胞周期基因如CDK1、CDC25A上调,而在circCSNK1G3敲除细胞系中下调。与细胞周期基因上调一致,miR-181b/d过表达可促进PC-3细胞增殖。更重要的是,miR-181b/d的过表达显著减弱了circCSNK1G3的敲除诱导的细胞增殖阻滞。综上所述circCSNK1G3通过与miR-181b/d的相互作用促进前列腺癌细胞的增殖,且这种新的调控方式有别于海绵机制。

总结
总结一点:有充足的经费,有充足的样本,利用新分子circRNA做分子标志物,结合机制,登顶CNS不再遥远。
云序生物环状RNA平台优势:
环状RNA“一站式”服务一直以来是云序生物的主打产品,严格的质控把关、严谨的实验设计、出色的生信分析以及贴心的售后服务造就了多项世界首篇环状RNA研究文章,受到了广大客户的一致好评。迄今为止,云序已经积累了超过10000例环状RNA测序的经验,样本覆盖20多个物种以及50多种疾病,客户发表文章达20篇以上。此外云序生物提供环状RNA系统性解决方案,从环状RNA筛选、验证、机制一条龙覆盖,为科研客户打造高分文章。

全文链接:
https://sci-hub.tw/10.1016/j.cell.2019.01.025

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