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丹增w . Lhakhang m·艾哈迈德·乔杜里, ”辐射诱导的Interactome microRNA-Predicted目标基因”,国际基因组学杂志, 卷。2012年, 文章的ID569731年, 12 页面, 2012年。 https://doi.org/10.1155/2012/569731
辐射诱导的Interactome microRNA-Predicted目标基因
文摘
小分子核糖核酸(microrna)作为全球基因表达的负调控,已与许多生物过程有关。microRNAome一直与各种功能障碍的疾病,包括癌症。我们实验室最近报道调制microrna的表达在多种类型的细胞暴露于电离辐射(IR)。进一步了解在IR-induced应激通路的microrna的角色,我们记录一组共同的microrna调制在不同辐照细胞系和生成的预测目标基因的列表。使用先进的生物信息学工具我们确定细胞通路,microrna的预测目标基因的功能。miRNA-targeted基因被发现在以前扮演关键角色识别红外应力路径如细胞周期、p53通路,及通路,ubiquitin-mediated蛋白水解作用,粘着斑通路,MAPK信号、甲状腺癌途径,adherens结,胰岛素信号通路,卵母细胞减数分裂,调节肌动蛋白细胞骨架,肾细胞癌途径。有趣的是,我们能够确定新的目标路径没有被确认在细胞辐射反应,如aldosterone-regulated钠重吸收,长期势差,neutrotrophin信号通路。我们的分析表明,microrna interactome辐照细胞为综合建模提供了一个平台红外照射的细胞应激反应。
1。介绍
小分子核糖核酸(microrna)大约21个核苷酸长度不编码蛋白质。microrna被发现在1993年,但直到2000年才意识到它们的重要性(1]。microrna作为基因表达的负调控因子mRNA(差别降解和蛋白质对这些2]。microrna的绑定到目标mRNA和发起信使rna降解。另外microrna抑制蛋白质机械闭锁mRNA。microrna与信使核糖核酸之间的相互作用形成了一个高度复杂的监管网络,主要是因为一个microrna可以针对数百种不同的信使rna分子(3]。更高的microrna的表达水平较低导致生产的目标蛋白质。据报道,microrna是参与细胞分化、代谢调节,细胞凋亡,以及许多其他生物过程(4]。功能障碍的microrna与众多有关癌症(5),改变或完全删除关键种microrna的表达水平在肿瘤细胞(已报告6]。
细胞应激通路的保护细胞免受有害影响的基因毒性的侮辱。电离辐射会破坏细胞内稳态通过多种机制。细胞对电离辐射引起的应力通过复杂的过程通过激活许多途径从DNA损伤处理、信号转导、基因表达的改变,细胞循环逮捕,基因组不稳定细胞死亡(7,8]。当前数据表明,辐射引起细胞反应控制在某种程度上通过基因表达网络(7,9]。microrna调节基因的表达和已被证明控制多个细胞内过程的细胞应激反应(10,11]。
改变后的microrna的表达水平发生暴露于电离辐射(12- - - - - -14]。microrna的表达水平在初级人类皮肤微血管内皮细胞(HDMEC)后2表示upregulation Gy辐射治疗hsa-let-7g,hsa-miR-16,hsa-miR-20a,hsa-miR-21和hsa-miR-29c的差别,对这些hsa-miR-18a,hsa - mir - 125 a,hsa - mir - 127,hsa - mir - 148 b,hsa - mir - 189,hsa - mir - 503(15]。microrna的辐照肺癌细胞显示的水平hsa-let-7g是高Caski对辐射敏感的细胞,NCI-H460 (H460)和ME180比抗放射性的细胞A549, H1299, DLD1 [16]。的表达模式的改变hsa - mir - 92 b,hsa - mir - 137,hsa - mir - 656,hsa - mir - 558,hsa - mir - 660,hsa - mir - 662后低(0.1 Gy)、高(2.0 Gy)剂量的x射线观察人类成纤维细胞(17]。的hsa-let-7gydF4y2Ba家庭microrna在辐照M059K调节细胞和M059J细胞中表达下调。的hsa-miR-17-3p,hsa-miR-17-5p,hsa-miR-19a,hsa-miR-19b,hsa - mir - 142 - 3 - p,hsa - mir - 142 - 5 - p是调节M059K和M059J细胞。(14]。放射治疗前列腺癌的细胞表达水平的改变hsa - mir - 521(18]。microrna的表达谱HCT116人类结肠癌细胞及其p53-null导数与p53状态(19]。的表达hsa-let-7gydF4y2Ba家庭microrna鼠肉瘤的负调控因子,拉在辐射致癌基因,调节p53积极TK6细胞,但在p53表达下调消极WTK1细胞。的hsa-miR-15a和hsa-miR-16是调节在0.5 Gy-irradiated TK6细胞,但后被下调2 Gy的x射线剂量(13]。的表达水平hsa-let-7gydF4y2Ba家庭microrna和microrna的联系在一起MYC易位在Jurkat调制伽马辐射治疗后细胞(12]。虽然许多研究已经报道的变化存在剂量依赖的相关性microrna的表达谱辐照IM9人类B淋巴细胞细胞(20.,21),人类肺癌细胞株A549 [22),和人类成纤维细胞(23];一些研究没有观察到任何重大改变microrna的表达在细胞辐照处理(24]。
我们想检查microrna在电离辐射的作用(IR)诱导应力路径。尽管microrna牵扯至关重要的基因转录后的监管机构,他们的角色在细胞反应红外不是全面检查。我们问这个问题:我们可以用microRNAome及其目标基因以证实之前确定红外响应途径?我们也认为如果miRNAome将使我们能够发现新的视角辐射。本研究(1)组装microrna的物种进行调制后辐射暴露在许多人类细胞系,(2)识别基因的目标这些microrna的使用生物信息学方法,和(3)确定microrna的目标基因的作用在辐射诱导细胞通路。
2。材料和方法
2.1。选择IR-Induced microrna的
我们收集的数据发表在辐射诱导microrna并搜索PubMed数据库收集文章调查后microrna的调制红外曝光。关键字microRNA,电离辐射和辐射微rna,被用于执行文献检索。这个搜索检索236篇研究论文。PubMed是首选的其他可用的文章数据库如Web科学、生命现象预览(http://thomsonreuters.com/)和科学直接提供全面的结果,因为PubMed重叠并显示更多的文章。文章被导入到尾注后确定其相关性microrna和红外的话题。相关文章提取PubMed受到额外的细化。选择的研究,仅进行了电离辐射对人类细胞系实验,记录了microrna的表达水平。我们确定了microrna的物种、细胞类型、类型的辐射,辐射剂量,并从这些研究分析时间。然后,我们组建了一个普遍的microrna列表进行调查一群细胞类型。
2.2。代IR-Induced microrna的数据库
发表研究文章的microrna的表达数据提取用于组装一个数据库。超过1000的记录产生的数据提取过程。Microsoft Excel是用来从各种文章汇总信息。这种“mastersheet”形成了随后的分析平台。Excel的数据组织与以下标题:“mastersheet”细胞,细胞,辐射类型、辐射剂量(Gy),剂量率(Gy /分钟),分析时间(小时)治疗后,microrna的物种,定性的microrna的表达基础,定性microrna的表达从基地(数值),定量microrna的表达(褶皱变化)和数据来源。Microsoft Excel的数据透视表工具是用来重组主数据集。这个“数据透视表”是mastersheet引用原来的不变。数据透视表可以生成一个列表观察显示更改microrna的表达在5或更多的暴露于电离辐射后细胞系。
2.3。microrna的靶基因的预测
感兴趣的microrna是聚集在Microsoft Access数据库然后对mirDB搜索数据集(http://mirdb.org/miRDB/)[25预测目标基因。Microsoft Access允许快速创建本地数据库的高级查询可以放置。获得基因本体论(去)为每个目标基因,我们装备与其他基因组数据集访问数据库,如Entrez基因,石榴石(基因组学和随机试验网络)和KEGG(京都基因和基因组的百科全书)通路。Entrez基因数据集提供了信息符号和描述,这是可以链接的ID。石榴石数据集允许连接mirDB Entrez基因数据集的数据集。
2.4。识别和可视化miRNA-Predicted基因和生物通路
输出数据集查询通过访问数据库提供的预测目标基因感兴趣的microrna的物种。Entrez ID列表在大卫进口(数据库进行注释,可视化andIntegrated发现)(http://david.abcc.ncifcrf.gov/),一个在线数据库,可以通过链接基因的生物通路KEGG数据库。这种策略使基因的富集分析方面,利用microrna的目标基因对生物过程的范畴。miRNA-predicted目标基因和生物通路与Cytoscape可视化软件(http://cytoscape.org/)。Cytoscape是一个开源软件包,允许强大的视觉提供的数据集的映射。Cytoscape提供了一个可视化帮助microrna的连接到各自的靶基因和通路有关。Cytoscape使我们能够执行更详细的功能分析,确定miRNA-mediated网络、生物功能和规范microrna和目标mrna的信号通路。
3所示。结果与讨论
暴露于电离辐射诱发各种生理反应包括DNA修复、细胞周期阻滞,信号转导,细胞死亡,细胞分化[7,8]。越来越清楚的是,许多基因的表达谱的变化发挥重要作用在这些过程7,9]。microrna的发现和建立他们的参与基因表达调控促使需要询问他们参与辐射的响应。不是完全明白microrna功能辐射暴露的细胞反应。我们实验室从事评估microrna在辐照人体细胞的反应。我们收集的数据在IR-induced microrna的表达改变多种细胞类型(12- - - - - -14]。我们结合数据和其他数据编译microrna的物种调制发表在各种人类的细胞类型。发现microrna很重要,分析了在不同的研究中,因为一个单一的数据点就不会允许不同细胞类型之间关系的形成。这个数据集是用于预测microrna的目标基因的鉴定和功能作用的基础细胞中的microrna。我们的目标是建立一个联系后microrna的调制辐射应力诱导途径在细胞中。
3.1。细胞系追究IR-Induced microrna的表达分析
多种细胞系利用辐射暴露后检查microrna的表达谱。正常的淋巴母细胞TK6细胞线p53和被用作基础比较IR-induced microrna p53 - WTK1细胞线(13]。M059J和M059K神经胶质瘤细胞系隔离来自同一肿瘤标本的不同依赖dna的蛋白质激酶活性。M059J缺少这种激酶而M059K表达正常水平(26]。淋巴血统的Jurkat和IM9都;Jurkat t细胞的起源和IM9 b细胞的起源(写明ATCC;美式文化集合)。这些细胞普遍存在在很多的研究,因为他们提供的平台研究免疫信号流程和生产各种趋化因子(12,20.,21]。A549和HBE135-E6E7癌症细胞系的肺部组织。写明ATCC表明A549细胞株的细胞遗传学数据显示一个hypotriploid染色体表达;大多数的细胞有大约66条染色体。辐射诱导的microrna的表达谱差异大大在所有这些细胞类型。我们寻找相似microrna的表达在这些细胞系辐射暴露后找到共同的microrna的反应。表1显示信息这些细胞系的microrna的数据集被选在这个研究。
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3.2。识别IR-Exposed细胞系的microrna的调制
我们建立了一个microrna的数据库仓库IR-induced microrna的表达数据从各种各样的已发表的研究。所有这些研究采用低辐射和剂量范围从0.1到40 Gy。分析方法包括实时PCR微阵列技术。辐射调制microrna的数量从8到36个人细胞系。Microsoft Excel的数据透视表从原来的“mastersheet”允许创建一个列表的microrna的调制在5或更多的细胞系。20个microrna的物种识别调制的红外治疗后5或更多的细胞系。数据透视表特性进一步利用建立的热图IR-modulated microrna。这个热图显示三维信息占细胞系,分析红外治疗后平均停留时间和microrna的物种(图1)。我们第一次看八的调制let-7家庭microrna的hsa-let-7a、hsa-let-7b hsa-let-7c、hsa-let-7d hsa-let-7e, hsa-let-7f, hsa-let-7g,和hsa-let-7i。发表的研究已经研究了这些microrna的表达在不同细胞系A549、HBE135-E6E7, IM9, Jurkat, M059J, M059K, TK6和WTK1 0-24 h接触红外后时间点。快速快照数据的组装图1表示,大多数这些microrna在Jurkat诱导,M059J, M059K, TK6细胞线。相比之下在A549这些microrna的表达下调,HBE135-E6E7, WTK1细胞。的表达分析hsa-let-7gydF4y2Ba家庭microrna表明A549和WTK1细胞系(图显示类似的签名1)。的差异hsa-let-7gydF4y2Ba八个细胞系之间家庭microrna的表达显示WTK1显示显著降低监管所有感兴趣的microrna相比其他细胞系。这可能是由于这一事实WTK1特点是作为一个固有的不稳定细胞系(27]。即使没有任何辐射,很大一部分WTK1细胞被报道显示染色体畸变,如非整倍性,染色单体断裂,易位(27]。这些基因组不稳定性可以microRNAome连接障碍。许多研究试图探针microrna的辐射敏感性的作用。明显的超表达或抑制let-7g克隆细胞存活率和细胞增殖的影响;hsa-let-7g增强辐射敏感度的这些细胞(15]。过度的hsa-let-7g在H1299细胞抑制的翻译k -,增加了对红外敏感。击倒的基因LIN28B,一个上游的监管机构hsa-let-7g,增加成熟的水平hsa-let-7g和红外光谱的灵敏度H1299细胞(16]。过度的hsa-let-7a减少的表达k -和radiosensitized A549肺癌细胞。抑制LIN28的抑制因子hsa-let-7gydF4y2Ba,减k -表达和radiosensitized A549,胰腺癌ASPC1细胞(28]。
我们下一个决定另一个十二个microrna的表达状态hsa - mir - 142 - 3 - p, hsa - mir - 142 - 5 - p, hsa - mir - 143, hsa - mir - 155, hsa-miR-15a, hsa-miR-16, hsa-miR-17-3p, hsa-miR-17-5p, hsa-miR-18, hsa-miR-19a, hsa-miR-19b,辐照IM9 hsa-miR-21, Jurkat, M059J, M059K, TK6和WTK1细胞(图2)。大多数这些microrna的调节在Jurkat, M059J, M059K细胞接触后红外但在辐照IM9压抑和WTK1细胞。其中一些IR-induced microrna与各种癌症。在慢性淋巴细胞白血病和前列腺癌,多数患者缺失或downregulations hsa-miR-15和hsa-miR-16 [29日,30.]。hsa - mir - 145和hsa - mir - 143表达下调在结直肠肿瘤31日]。在肺癌,microrna的hsa-let-7监管。microrna一直频繁的基因代码位于参与癌症的基因位点,有强烈迹象表明microrna基因作为肿瘤抑制和致癌基因(32]。
3.3。预测和可视化IR-Modulated microrna的目标基因
microrna的列表中研究了一组细胞进一步检查确定目标mrna受到这些microrna的影响。我们利用miRDB预测microrna的目标基因。miRDB使用支持向量机(SVM),这是一种基于统计学习理论的算法。这个程序使用统计和采用神经网络等人工智能策略分配预测分数microrna的目标基因。这个预测microrna的目标基因的过程是通过机器学习算法,完成哪些地方miRNA-gene协会目标分数。选择这个miRDB数据库来识别microrna的目标基因,因为简单的数据库结构和约定阈值预测目标分数。50 - 95的预测目标分数是用于过滤目标基因。我们建造协会网络microrna与目标mrna和可视化的目标基因控制的各种红外响应与Cytoscape microrna。相关的复杂性microrna interactome图所示3。像预期的那样单一的microrna的发现影响数百个基因的调控和许多microrna被彼此协同工作表达下调的基因。由此产生的microrna: mRNA协会网络节点和之间的联系提供许多microrna和目标mRNA(图3)。这个网络展示了重叠mRNA的microrna的目标hsa-miR-let7的家庭,hsa-miR-15a,hsa-miR-16,hsa-miR-18a,hsa-miR-19a,hsa-miR-19b,hsa-miR-21,hsa-miR-34a,hsa-miR-34b,hsa - mir - 142 - 3 - p,hsa - mir - 142 - 5 - p,hsa - mir - 143,hsa - mir - 145,hsa - mir - 155,hsa - mir - 197,hsa - mir - 202,hsa - mir - 376 a,hsa - mir - 575,hsa - mir - 609(图3)。大多数radiation-modulated microrna有大量的mRNA的目标。例如,目标基因的数量被确定在生物通路hsa-miR-15a和hsa-miR-1622岁(表2)。所有这些的目标基因microrna的如表所示2。这些交互显示一个单一的microrna的有能力影响大量基因的调控。很明显,许多microrna能一起工作的几个基因表达下调。
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我们还确定了由多个microrna基因控制后红外光谱。图4随着microrna基因的列表显示控制自己的表情。的基因是由两个或两个以上的microrna是包括在图中4。例如LRIG3基因的目标hsa-let-7a、hsa-let-7b hsa-let-7c, hsa-let-7d、hsa-let-7e hsa-let-7f hsa-let-7g hsa-let -7我,hsa-miR-19a,hsa-miR-19b。类似的TGFBR1基因是由hsa-let-7a、hsa-let-7b hsa-let-7c, hsa-let-7d、hsa-let-7e hsa-let-7f hsa-let-7g hsa-let -7我,hsa - mir - 142 - 3 - p,hsa - mir - 145。这显然分析表明,单个基因是由多个microrna的接触后红外控制。microrna的净效应调制在辐照细胞是许多细胞功能的巨大影响。
3.4。映射miRNA-Predicted目标基因的生物学途径受到辐射的影响
使用KEGG数据库我们寻找途径,microrna的目标基因功能为了洞察过程可能受辐照细胞microrna的调制。首先从NCBI mirDB与基因数据库(国家生物技术信息中心)来识别特定基因的功能。离线的基因从NCBI数据库检索目的。该数据库提供描述性信息microrna的目标基因的功能。第二,Entrez基因ID与KEGG数据库路径识别与生物通路相关的基因。microrna的目标基因数据集导入到大卫,一个生物信息学工具,提供功能gene-annotation。与各种生物通路相关的基因测定与大卫和交互可视化Cytoscape(图5)。
强调的功能通路Cytoscape如表所示3。222年我们能够映射microrna的预测目标基因生物通路(表173)。22 MAPK-signaling通路,这些基因被确定的20个目标基因被发现与肌动蛋白细胞骨架调节有关,和另外20个基因属于内吞作用。大量的研究已经记录了MAPK-signaling通路参与辐射的响应(33]。肌动蛋白细胞骨架在细胞治疗和内吞作用通路影响红外(34- - - - - -36]。我们还发现胰岛素信号通路参与辐射反应19 microrna的目标基因映射到这个途径。胰岛素信号通路参与辐射反应报告(37]。我们的分析证实了参与细胞凋亡,细胞周期,p53信号及信号,所有已知的干扰细胞内处理红外(38- - - - - -41]。其他途径,我们确定在这个分析和记录在辐射响应adherens结(42),粘着斑43),卵母细胞减数分裂44),肾细胞癌(45),甲状腺癌(46],ubiquitin-mediated蛋白水解作用[47]。
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interactome分析报道,有趣的是在目前的研究允许我们发现新颖的途径,没有先前与电离辐射反应有关。我们发现辐射诱导控制microrna的表达的基因数量函数aldosterone-regulated钠重吸收,长期势差,并生成信号通路。
盐皮质激素荷尔蒙,醛固酮钠体内平衡的主要监管机构。醛固酮控制钠重吸收通过调节细胞表面上皮细胞钠离子通道的表达和功能(钠)。醛固酮的刺激效应,即是由诱导血清和glucocorticoid-regulated激酶1 (SGK1) [48]。早幼粒细胞白血病锌指蛋白(PLZF)也是由醛固酮调节。PLZF参与细胞周期控制和细胞分化[49]。如何激活aldosterone-regulated钠重吸收途径有助于辐照细胞的反应仍有待调查。
neurotrophin-signaling通路参与神经细胞分化和生存。胰岛素/胰岛素样生长因子1受体信号通路(IGF1-R)与衰老的大脑的神经源性能力,生成信号,阿尔茨海默病的分子发病机制(50]。中枢神经系统(CNS)的反应红外暴露没有理解。也许IGF1-R下游信号分子的行为,和有一个检查点来平衡过度增长/“不朽”,减少增长/“衰老”的细胞。未来的调查可能定义这个连接及其与辐射效应的关系。
长期势差通路与持久的增强两个神经元之间的信号传输。塑料在神经元之间的突触变化在一定程度上与内存有关。长期势差(LTP)是一种主要的突触可塑性(51]。长期势差通路的可能影响辐射生物效应还有待调查。
我们的研究表明,microrna的目标基因interactome小说可以帮助识别细胞功能,可以改变由于压力引起的辐射。能够发现之前无特征的新小说通过理解interactome miRNA-predicted目标基因和通路相关通路为以后的调查研究提供了一个新的平台。microrna的表达特征的深入了解在不同的细胞类型受到红外暴露不仅会导致识别常见的生物通路的影响在所有细胞类型但还将允许发现途径,只是在特定的细胞类型的影响。
4所示。结论
很显然,microrna参与控制的生物通路与电离辐射诱导应激反应有关。microrna的表达改变辐照细胞解释观察到的生物效应,并提供一个更广泛的视角理解细胞防御机制对辐射诱导的侮辱。这次调查的角色提供了一个起点,microrna在电离辐射可以探索。通路受到IR-induced microrna提供至关重要的信息来理解生物过程的调控在细胞暴露于红外。它一直认为只有转录因子影响基因表达和控制生物通路。然而,microrna的参与增加了另一套规则规定的控制生物通路。microrna可能充当“集线器”监管机构特定的细胞反应,立即表达下调,刺激DNA修复机制,其次是upregulation参与抑制凋亡细胞的生存。综上所述,microrna可能调解信号通路以顺序的方式,以应对辐射。未来的研究将旨在理解microrna的扰动的影响破坏的生物通路。虽然与通路相关的基因已经确定,目前还不清楚是否激活或抑制途径发生的细胞暴露于辐射。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
m·a·乔杜里构思的想法和计划。t·w·Lhakang实验和信息学分析执行。m·a·乔杜里和t·w·Lhakang写道。
承认
支持m·a·乔杜里的养老基金,护理和健康科学学院,佛蒙特大学,佛蒙特,美国。
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