RNA-Seq揭示lncRNA GAS5促进人类胚胎干细胞的自我更新机制

 
  • 导读:长链非编码RNA(LncRNA)在人类胚胎干细胞(hESCs)自我更新循环中起着重要的作用,但是,大多数hESC特异性的lncRNA还没有被发现。RNA-Seq对新的lncRNA的研究起着关键性的作用。
    研究背景:胚胎干细胞属于多能干细胞,能够无限增值和分化。非编码RNA(ncRNA)最近被发现在细胞生长、代谢、分化和自稳态中起着重要的作用,lncRNA属于一类重要的ncRNA,hESCs中lncRNA的作用大部分是未知的。最近,逐渐有文章报道lncRNA在hESCs中可以激活转录过程,促进表观遗传修饰,参与转录后调节等,但是lncRNA在hESCs全能性调节过程中的特异性角色是未知的。因此,通过RNA-Seq技术找到关键的lncRNA并分析lncRNA的生物学功能可以为hESC自我更新的机制提供理论依据。

      为了挖掘lncRNA在hESCs全能性调节过程中的特异性角色,第二军医大学刘侯奇团队以测序为依据,研究了lncRNA发挥作用的机制。该文章以“Long non-coding RNA GAS5 controls human embryonic stem cell self-renewal by maintaining NODAL signaling”为题发表于国际著名学术期刊Nature Communication,烈冰生信团队在测序和生信分析方面给予了有力的支持。在这项研究中,作者利用RNA-Seq测序的技术,分析数据找到了表达量高的lncRNA GAS5(生长抑制特异性转录本5),并识别了GAS5与hESC自我更新的机制。研究发现,GAS5通过结合miRNA,解除miRNA对多能性相关的TGFβ受体家族的配体NODAL的抑制作用,由此维持NODAL的表达,促进hESCs的自我更新和多能性。
       我们首先来理清这项研究思路。如下图所示,由两种hESC细胞系测序发现lncRNA GAS5表达量很高,于是做了GAS5过表达及敲低的细胞系,测序,经过生信分析及实验验证,说明了lncRNA GAS5的作用机制。

生信分析思路图如下:


1. 文章首先做了两种hESC细胞系(H1和X-01)测序,发现有几种lncRNA表达量很高,分别对这几种lncRNA做了过表达实验,只有lncRNA GAS5在hESC细胞中,才可以增加多能性相关的OCT4、NANOG和SOX2基因的表达。

2. 用GAS5过表达及敲低的细胞系做RNA测序,使用了韦恩分析、GO分析以及基因集合富集分析,发现差异基因与SMAD蛋白信号转导和TGFβ信号通路相关,筛选了一个与TGFβ信号通路的基因NODAL,经实验验证,GAS5过表达时,NODAL蛋白表达可以增加SMAD磷酸化。

3. 对lncRNA GAS5进行CeRNA(lncRNA-miRNA-mRNA)的分析,锁定了起关键作用的miRNA,并利用转染等实验进行了验证。

4. 经过一系列实验验证,文章最终得到了一个结论,如下图所示,lncRNA GAS5吸附miRNA,解除miRNA对NODAL的抑制作用,使NODAL表达,NODAL作用于配体ALK4/7,使SMAD蛋白发生磷酸化,促进多能性基因的表达,启动lncRNA GAS5的表达,形成一个循环的过程。

       文章通过RNA测序及生信分析,确定了lncRNA GAS5在hESC自我更新中起的关键性作用,并利用ceRNA分析lncRNA发挥作用的机制,最后进行了实验验证,这为研究hESC多能性及自我更新提供了理论依据。

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