文摘
长非编码rna (lncRNAs)调节基因的表达在不同层次上的各种疾病,包括1型糖尿病(近年来)。然而,循环lncRNAs的表达在白细胞在近年来并没有被很好地记录下来了。识别差异表达lncRNAs内转至患者和健康对照组之间,RNA序列进行白细胞样本收集来自健康的个人和近年来的病人。类别、丰富通路coexpression网络和小说lncRNAs的特点进行了分析,提供一个广泛的概要文件。采用qPCR验证lncRNAs的微分表达式验证队列。总共有14930 lncRNAs和16063 mrna内转至患者外周血白细胞的识别。优化后使用一个调整的值(阈值< 0.05),393年循环lncRNAs,其中69在近年来表达下调,324人调节患者。基因本体论分析表明这些lncRNAs mrna在免疫系统类别丰富。进一步的分析显示,61.28%的小说在人类lncRNAs是守恒的。一组12 lncRNAs选择qPCR验证,和9 12 lncRNAs确认显示重要的微分表达式之间的军团近年来控制验证。9中证实lncRNAs, lncRNA MSTRG.128697和lncRNA MSTRG.128958是小说和人类;然而,需要进一步的验证。lncRNA MSTRG.63013同源序列在小鼠基因组中并被确定为一个关键节点的病因和病理生理学的动物研究,这将有助于理解内转并发症的表观遗传机制。
1。介绍
1型糖尿病(近年来)的定义是一种自身免疫性疾病造成的环境和遗传因素(1,2]。近年来越来越多的全球流行,发病率和死亡率的负担与随之而来的微血管和macrovascular并发症也在不断增加3,4]。在中国,近年来的发病率估计是每100000人1.01 /年为所有年龄组(5]。与2型糖尿病患者相比,近年来患者暴露在全因死亡率和心血管疾病的风险更高(6]。文献和实践表明,近年来患者的治疗效果与早期发现和及时干预可以改善。
近年来的发病机制有三个阶段:无症状与normoglycemiaβ细胞自身免疫,无症状的β细胞自身免疫与糖代谢和公开的近年来7]。前瞻性研究表明,自体免疫抗体之前预测近年来的发生,比早些时候出现糖代谢(8]。在近年的早期诊断并不总是可行的。自身免疫抗体是通常被认为是近年来生物标志物;然而,他们不够具体和敏感满足诊断需求9]。因此,进一步研究潜在的近年来诊断标记是迫切需要的。
长非编码RNA (lncRNAs)是一种RNA转录的基因表达,已成为至关重要的监管机构各种病理生理条件(10- - - - - -13]。lncRNAs展示了引人注目的多功能性,行使其功能通过与RNA相互作用,DNA或蛋白质(14]。积累数据强调lncRNAs的重要作用在许多炎症和自身免疫性疾病,包括近年来(14]。lncRNAs异常可能会导致自身免疫反应和改变近年来的进展及其相关并发症(15,16]。我们所知,近年来有效的诊断、预防和治疗方法尚未建立。进一步研究lncRNA之间的关系,近年来将提供在近年的诊断和治疗的新目标。
只有少数几个最近的研究在近年来选择和确定新的lncRNAs,仅仅覆盖lncRNA的函数β细胞内转至小鼠模型(17,18]。然而,研究识别lncRNAs在近年来作为一种自身免疫性疾病,尤其是关注循环lncRNAs,是有限的。据报道,大约有50%的遗传风险近年来被驻留在人类白细胞抗原(HLA)地区14]。我们假设近年来,一种自身免疫性疾病,有一些关键lncRNAs白细胞可以潜在的生物标记物或疾病的监管机构。此外,这些lncRNAs可以转让或分泌细胞外囊泡(如液),然后循环到身体的其他部位和可能在近年来监管作用19]。
因此,在当前的研究中,我们进行全基因组RNA序列识别转录组的白细胞从近年来患者的血液中提取和检查之间的微分表达式lncRNAs内转至患者和健康对照组。循环lncRNAs的相关调查,近年来可能会导致一个更广泛的发病机制的理解,激发新的想法在近年的诊断和预后。
2。材料和方法
2.1。主题
人类血液样本收集的内分泌学、中国人民解放军总医院,并分为以下组:健康对照组(细胞毒性t淋巴细胞, )和近年来患者(近年来, )通过临床检查发现队列。验证队列分组为健康对照组(细胞毒性t淋巴细胞, )或内转至病人(近年来, )。所有在该研究的受试者参加2017年3月和2018年1月之间。血液样本随后被收集在一夜之间迅速的10到12 h。伦理委员会批准的这项研究是中国人民解放军总医院(不允许。s2016 - 147 - 03),所有患者知情同意。
2.2。组的详细信息
发现和验证组,以下内转组受试者包括:(1)诊断为近年来根据世界卫生组织(世卫组织)筛查标准,包括口服葡萄糖耐量试验75克、c -肽测试,和自身抗体测试(谷氨酸脱羧酶、胰岛细胞抗体和胰岛素抗体);(2)18 - 65岁没有任何性别偏见;和(3)免费内分泌疾病和管理没有其他药物除了胰岛素。健康对照组的受试者是(1)健康与消极的诊断近年来所定义的世界卫生组织(世卫组织)和正常的血液生化指标;(2)自由从所有内分泌疾病;和(3)年龄在18 - 65岁没有性别偏见。排除标准(1)当前或以前的严重疾病或肿瘤在心脏,大脑,肝脏或肾脏;(2)严重的胃肠疾病;(3)其他条件,如严重感染或活动性结核病与多个抗生素使用;(4)妊娠或哺乳期; (5) a history of current alcohol and/or drug abuse; (6) a history of mental illness or family history thereof; or (7) stressful event occurring within the past year.
2.3。从白细胞总RNA提取和纯化
总RNA提取外周血的白细胞分离。简单,大约3.5毫升的血液从每个主题是孵化在室温下不到4 h,紧随其后的是离心10分钟3000× 。细胞颗粒然后孵化1毫升红细胞裂解缓冲,由此而来的溶解产物是离心机在3000×3分钟 。总RNA分离纯化白细胞颗粒使用RNeasy工具包(试剂盒Inc .,瓦伦西亚,# 217061)。核糖体RNA被使用日博零磁黄金装备(MRZG126 Illumina公司)。孤立的RNA的质量和完整性验证了NanoDrop 2000 c(热费希尔科学、沃尔瑟姆,妈,美国)和生物分析仪(美国安捷伦科技有限公司)。OD260/280率介于2.0和2.2之间 。
2.4。核糖核酸测序和分析
RNA序列是由Annoroad基因科技有限公司,有限公司序列库准备使用Illumina公司TruSeq滞留mRNA LT工具包没有聚(A)选择以包含所有lncRNA成绩单没有腺苷。图书馆是测序的Illumina公司HiSeq X 10 150个基点paired-end读取,并且每个样本获得10英镑。paired-end读取样本映射到由HISAT2 hg19参考基因组。从头开始使用StringTie记录重建,1.3.2d版本,与参考基因组得到运用。小说记录有至少2外显子被包括在内。阅读数量然后计算记录的校准使用HTSeq bam文件(v 0.6.0)。成绩单以最小的表达式(平均数量在所有条件)已经被过滤掉。转录的蛋白质编码潜力评估使用CNCI,共产党,包含,CPAT分析。小说lncRNAs被确认为非编码RNA在所有四个分析。保守的分析确定小说lncRNAs被PhastCons执行。 Differentially expressed (DE) noncoding transcripts were detected using DESeq. A negative binomial distribution statistical method was used to standardize the data, and obtained值受到多个测试为假阳性正确根据Benjamini和业务方法。经验贝叶斯主持和相应的统计数据值是计算比较,值调整为多个比较使用Benjamini-Hochberg过程。记录的调整值< 0.05被认为是差异表达和定义为优化数据。
2.5。基因本体论(去)分析
GO术语网络构造相似性的基础上在全球条款。条款提供注释的基因和基因产物。在这项研究中,我们主要集中在生物过程(BP),细胞组件(CC)和分子功能(MF)域。计算途径不仅被用于优化的数据。我们确定了mRNA在50 kb lncRNAs DE-lncRNAs之间的相关性计算和mRNA根据皮尔逊相关性大于0.90作为目标lncRNA mRNA。
2.6。编码/非编码基因Coexpression网络建设
探索lncRNAs之间的关系和目标mrna,编码/非编码coexpression (CNC)网络是构建基于DE-lncRNAs之间的相关分析和mrna。每一对的分析记录,皮尔森的相关计算,对显著相关性(0.90或更高版本)被用来构造一个网络使用Cytoscape (http://www.cytoscape.org)和字符串(https://string-db.org)。使用开源的网络可视化生物信息学软件Cytoscape。每个记录对应一个节点,连接两个成绩单是由优势,表明显著相关。
2.7。微分lncRNA定量实时PCR验证
总共有15 lncRNAs选择独立的实时PCR验证进一步扩大样本的细胞毒性t淋巴细胞( )和近年来( ),分别。这15个候选人lncRNAs选择基于以下标准:(1)他们之间的十大DE-lncRNAs内转和控制;(2)的生物型lncRNA antisense-lncRNA包含;(3)lncRNAs内转之间没有明显的微分表达式和控制随机选择;(4)小说和已知lncRNAs都包括;(5)均下调DE-lncRNAs包括;和(6)中的lncRNAs数控网络选择。PCR引物设计和优化后的条件,12 lncRNAs被选为测试,提出了补充信息表S1。
总RNA在细胞毒性t淋巴细胞( )和近年来( )样品使用试剂盒提取,根据制造商的说明(表达载体)。双链cDNA被5 x reverse-transcribed一体化MasterMix (AccuRT基因组DNA去除设备;应用生物材料有限公司、加拿大)根据制造商的指示。实时定量PCR (qPCR)进行使用EvaGreen 2 x qPCR MasterMix-No染料(SYBR绿色;应用生物材料有限公司、加拿大)和样本放大使用它连接qPCR系统(Bio-Rad、大力神、钙、美国)。所有的实验进行了一式三份和复制三次。2- - - - - -ΔΔCT方法被用来量化每个lncRNA的相对表达β肌动蛋白作为内部控制。
2.8。统计分析
使用SPSS 19.0统计分析软件SPSS Inc .)、美国)。所有的值被表示为 。使用学生的组间比较 - - - - - -测试或单向方差分析。被认为具有统计显著性差异 。不同表达水平的lncRNAs Mann-Whitney扩大样本进行评估测试。被认为具有统计显著性差异 。
3所示。结果
3.1。转录组的近年来的病人
转录组配置文件来识别关键记录研究了近年来有关6例诊断为内转和6健康对照组(流程流图如图1(一))。这些内转至参与者和扩张组患者的信息如表所示1。为了彻底调查近年来转录组,我们分析了14930年发现白细胞的lncRNAs内转至患者与健康对照组相比。有9161 lncRNAs已经在数据库中注册(定义为已知),其中4983为调节,4178人表达下调。与此同时,5769年首次确定了lncRNAs(定义为小说),在3857年和1912年lncRNAs表达下调,分别。已知lncRNAs可以分为长非编码(lincRNA)(40.68%)、反义(38.94%),感觉intronic(8.06%),实验证实(TEC);6.82%),处理记录(3.80%)、重叠(1.48%),和其他(0.22%)。小说lncRNAs只分为两种反义(2473;42.87%)或intronic (3296;57.13%)。我们还发现了16063个差异表达mrna (T1D-mRNAs; 8620 downregulated and 7443 upregulated) between T1D and healthy controls. Data can be seen in the GEO with accession number GSE130279.
(一)
(b)
(c)
(d)
5769年lncRNAs小说的特征识别在近年来进一步分析了患者与健康对照组。最小说lncRNA记录存在2外显子(6538/9083,71.98%),第二是lncRNA成绩单与3外显子(1358/9083,14.95%;图1 (b))。外显子的长度小于2000个基点的大多数小说lncRNAs和从未超过12000个基点(图1 (c))。我们分析了小说的保护人类lncRNAs(图1 (d)),发现成绩单与保护成绩(CS)的比例小于0.1为61.28%。只有3.88%的小说lncRNA成绩单(352/9083)的CS零,这意味着绝对保护人类。成绩单染色体上的分布分析表明,小说lncRNAs chr1主要是发现,chr2, chr3, chr4, chr5 chr6,大多数表现出低CS的lncRNAs人类相同的染色体(补充图S1)。
3.2。之间的差异表达lncRNAs和mRNA内转和健康对照组
接下来,我们优化这些lncRNAs按照下列标准:(1)至少有一个样本必须显示在每一组给定lncRNA的表达式;(2)褶皱变化之间> 2日内转和控制;和(3)统计测试必须导致调整< 0.05。优化后,我们确定了393 DE-T1D-lncRNAs(69表达下调和324年调节),150人反义,220人基因间(lincRNA)和23个属于其他亚型(数字2(一个)和2 (b)补充表S1)。列出了前20名lncRNAs根据他们丰富的测序数据表2。T1D-lncRNAs被明显区分层次聚类(图2 (c)分析(图)和主要内容2 (d))。
(一)
(b)
(c)
(d)
T1D-mRNAs也被优化,总共有311 mrna在近年来不同的患者与健康对照组相比,与172年调节和139个表达下调(图3(一个)补充表S2)。层次聚类分析(图3 (b)分析(图)和主要内容3 (c))显示出类似的结果和表现出相同的趋势DE-lncRNAs结果。DE-lncRNA和DE-mRNA在近年来的患者与健康对照组相比,层次聚类和主内容分析。的数量优化T1D-mRNAs T1D-lncRNAs不到。综上所述,不同的蛋白质编码基因的表达水平和数百名lncRNAs白细胞转录内转至患者和健康对照组之间的差异。
(一)
(b)
(c)
3.3。差异表达的功能lncRNA和信使rna
我们应用富集分析分类优化T1D-lncRNAs和T1D-mRNAs基于三个主要类别,即生物过程,分子功能,细胞组件(数字4(一)和4 (b))。生物过程类别中,我们发现DE-lncRNA特异表达和DE-mRNAs都浓缩在16个项目的伞下生物过程(BPs)。其中包括细胞过程,单一的生物过程、代谢过程,对刺激的反应,生物调控、定位、发展过程,细胞组件组织或生物起源,免疫系统流程,或运动(数据4(一)和4 (b))。根据分子功能(MF)类别,绑定,催化活性,核酸结合转录因子活性,信号传感器活动,和结构分子活动在前5%(数据4(一)和4 (b))。DE-lncRNAs和DE-mRNAs可能富含免疫系统类别和代谢过程类别(3理查德·道金斯英国石油(BP)项)。当我们进一步分析了前20项类别,我们发现生物过程,分子功能和细胞内容途径;(补充图相关条款,没有礼物S2和S3)。
(一)
(b)
基因相同的生物功能或调节通路也有类似的表达模式。因此,coexpression网络可以提供信息的功能lncRNAs和可以用来预测lncRNA函数。我们建立了一个lncRNA-mRNA coexpression DE-lncRNAs网络。有24 lncRNAs 138 mrna数控网络分析中发现,源自156年网络节点(图5(一个))。
(一)
(b)
3.4。选择测量lncRNAs验证组
进一步证实lncRNAs差异表达在近年来,我们执行独立测量12 lncRNAs验证组由内转的患者( )与健康对照组( )使用实时PCR。lncRNAs表达水平的验证组如图6。这里,9 12 (75%)lncRNAs内转之间的微分表达水平和控制方面表现出显著的组织。其中包括lncRNAs MSTRG.128697、MSTRG.128958 MSTRG.74858, MSTRG.72098, MSTRG.63013, MSTRG.166799, ENSG00000224515, ENSG00000269902, ENSG00000267174;其中,MSTRG.74858表达下调,其他人都在近年来调节。此外,lncRNAs MSTRG.128697, MSTRG.74858、MSTRG.72098 MSTRG.63013,和ENSG00000269902属于lincRNA生物型,而MSTRG.166799和ENSG00000224515属于反义lncRNA生物型。已知lncRNA ENSG00000267174是3重叠lncRNA。然后我们比较了验证结果和测序数据,发现大多数lncRNAs扩大组测序数据(图显示类似的趋势7)。特别是六lncRNAs,即MSTRG.128697 MSTRG.72098, ENSG00000224515, ENSG00000267174 MSTRG.74858, MSTRG.63013,表现出准确结果的测序数据。
我们也试图识别潜在的直接同源的九lncRNAs通过比较他们与之前已经确定小鼠lncRNAs序列。基于成对基因组比对,我们发现四个lncRNA序列(44.5%)拥有直接同源小鼠基因组序列没有注释,而其他五个lncRNAs是人类所特有的,没有直接同源小鼠(表3)。lncRNA MSTRG.128697和lncRNA MSTRG.128958被定义为小说和人类,这使得它们值得进一步研究与人类内转表观遗传机制或作为生物标志物。
的预测lncRNA coexpression网络功能,4 9验证lncRNAs被预测mRNA目标相关的32个基因(表4)。总共有16个基因包括MSTRG.63013网络,相关性分数超过0.9,有8基因在50 kb MSTRG.63013(图5 (b)和补充表S3)。lncRNA MSTRG.63013展出同源序列在小鼠基因组中,已被确定为一个关键节点的病因和病理生理学在动物研究近年来的发展。
4所示。讨论
lncRNAs参与各种生理功能和病理生理机制糖尿病。然而,lncRNA概要文件在白细胞的微分表达式lncRNAs内转至患者和健康对照组之间目前未知。我们所知,我们是先锋在构建完整的循环白细胞的lncRNA mRNA在近年来的病人。此外,一组9 lncRNAs确认和验证内转至患者之间有明显的微分表达式和控制。
lncRNAs参与多种疾病的表观遗传调控通过改变lncRNA目标基因的表达和显示明确的临床意义(20.]。越来越多研究表明,糖尿病易感性位点与异常相关的表达lncRNAs [21]。最近的研究集中在识别新lncRNAs及其功能的血液或免疫细胞免疫相关疾病(22]。他们已经证明lncRNAs扮演不同的角色在调节免疫细胞活化,尤其是人类的自身免疫性疾病。Gagliardi等人的行动特征lncRNAs从肌萎缩性脊髓侧索硬化症患者外周血单核细胞(23]。Aune等人发现lncRNAs差异表达各种自身免疫性疾病的患者的全血,甚至发现小说lncRNA位点附近局部白细胞转录增强剂而不是随机分布在基因组(而不是24]。因此,我们推断lncRNAs可能或者发挥监管作用等外周血细胞的白细胞,进而改变细胞表型和近年来发挥积极作用。
研究调查lncRNAs之间的联系和糖尿病的发展只有最近承担(25]。尽管近年来的特点是众所周知的,表观遗传机制,如非编码rna的功能,主要集中在胰腺癌β细胞紊乱和胰岛素抵抗,很少有报道与免疫系统的关系(14]。作为一种自身免疫性疾病,易感性基因位于HLA区域是迄今为止最伟大的贡献者在近年的发展(26]。这个认股权证需要屏幕autoimmune-related lncRNAs内转至周围的血液。我们的研究结果表明,近年来白细胞港丰富lncRNAs并可能代表进一步糖尿病研究的一个重要目标。本研究的最明显的限制是我们群的小尺寸和它的单一机构的设计。最优,需要更大的系列lncRNAs验证这些候选人。
进一步确认和理解lncRNAs在近年来,我们12 lncRNAs扩张组进行验证。九lncRNAs(9/12, 75%)被证实有显著的内转至患者和健康对照组之间的微分表达式。我们这里描述的识别速度是相当或高于lncRNAs的识别速度在整个硬化症病人的血液样本(5/7,71.42%)27)或糖尿病神经病变患者的血液样本(2/6,33.33%)28]。我们注意到积极的验证率在前十名DE-lncRNAs lncRNAs测序军团是低lncRNAs没有显著表达在测序军团,有lncRNAs无表情的两组测序军团。这些结果表明,候选人lncRNAs选择验证扩大选择范围,而不局限于只最上面的差异表达lncRNAs测序军团。在未来,我们打算屏幕lncRNAs循环液和比较中标识的lncRNAs白细胞从当前的研究。
lncRNAs丰度很低,多数是与几个外显子拼接,有严格的组织特异性29日,30.),强调研究的重要性人类lncRNAs人类生理和疾病。在目前的研究中,我们分析了小说lncRNAs守恒和9特别lncRNAs进行验证。小说lncRNAs,超过60%的lncRNAs保护分数小于0.1,这意味着他们表现出高保护人类。验证组的9 lncRNAs 2 lncRNAs小说和人类,但没有进一步注释。因此,这两个lncRNAs可以直接使用在临床研究没有进一步需要考虑保护问题。它是人类重要的调查数据与样本人类或人性化的模型(31日]。因此,大量数据lncRNAs和mrna,我们从近年来患者的血液样本生成代表一个有用和有价值的贡献,基于人类迫切需要数据。
四个九的验证lncRNAs预测mRNA目标32个相关基因,其中SPOP(32),DOCK6(33)已被证明与糖尿病有关。其他5 lncRNAs缺乏预测mRNA目标,目前可能出现从我们有限的理解人类基因组(或其他动物)。有趣的是,lncRNA MSTRG.63013 coexpression分析中的一个关键节点。有16个基因与此相关lncRNA和8个基因在50 kb,特别是G3BP2(34),赛克(35),参与许多细胞信号通路和RNA代谢。IL32主要自身免疫性的成员β细胞在儿童(36),还包括在列表中。此外,包括列出的其他基因PSMD14和TNFRSF12A,肿瘤坏死因子通路中的关键目标相关的自身免疫性疾病。lncRNA MSTRG.63013,表现出同源序列在小鼠基因组中,可能是近年来的一个关键节点病因和病理生理学在动物研究。
总之,白细胞特异性观察这里的九lncRNAs确认(连同其他资料)可以有利于lncRNA-based诊断和治疗在近年的发展。lncRNA MSTRG.128697和lncRNA MSTRG.128958小说和人类,可能是有用的作为近年来早期诊断标志物在临床实践中。lncRNA MSTRG.63013可用于动物实验,可能加速内转的表观遗传机制研究。
数据可用性
生成的数据集和分析在这项研究并不像书面同意公开的研究参与者的需要,短的个体层面的表型数据的共享是被禁止的。
的利益冲突
没有作者的利益冲突声明。
作者的贡献
Yihan刘和小明Du贡献了同样的工作。Zhenwen陈是资深作者。
确认
这项研究是由中国国家自然科学基金(31970512和31970512号),高级教师的支持项目在北京市大学13期的五年计划(IDHT20170516)和北京自然科学基金(7182049)。
补充材料
图S1:小说lncRNAs守恒和mrna在染色体中。生物信息学手段分析图S2:浓缩的分析途径和条件去T1D-lncRNA使用优化的数据。前20名的条款(a) lncRNAs丰富的生物过程(英国石油公司),(b)分子功能(MF)、和(c)蜂窝组件(CC)。丰富的数量的基因与圆圈的大小表示,罗斯福范围从红绿是用不同的颜色表示,和价值增长的过程中红绿校准。生物信息学手段分析图S3:浓缩的分析途径和条件去T1D-mRNA使用优化的数据。前20名的条款(a)的mRNA丰富生物过程(BP),分子功能(MF), (b)和(c)蜂窝组件(CC)。丰富的数量的基因与圆圈的大小表示,罗斯福范围从红绿是用不同的颜色表示,和价值增长的过程中红绿校准。表S1:信息393年显著差异表达T1D-lncRNAs。393年确定差异表达T1D-lncRNAs(69表达下调和324年调节)近年来和健康之间的控制,150人反义,220人基因间(lincRNA)和23个属于其他亚型(罗斯福:错误发现率)。表S2: 311年的信息显著差异表达T1D-mRNAs和健康控制。表S3:四个积极lncRNAs及其预测mrna的目标。四个lncRNAs预测与32个相关基因mRNA目标。总共有16个基因包括MSTRG.63013网络,相关分数超过0.9,有8基因在50 kb MSTRG.63013。(补充材料)