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目的:
采用Solexa高通量测序技术获得膀胱癌(BCa)sRNA表达情况,深入分析BCasRNA长度分布及分类注释,筛选出BCamicroRNAs(miRNAs)差异表达谱,根据miRNAs前体特征预测获得BCa新miRNAs,为进一步研究miRNAs在BCa发生发展过程中可能的作用机制奠定基础。
方法:
1.收集正常膀胱粘膜(NBE)组织及BCa组织,选取20例中分化或低分化的BCa组织,10例NBE组织。对BCa组织进行冰冻切片,每个样本连续切两张8μm切片,一张进行常规HE染色,判断是否为膀胱移行细胞癌(BTCC)并观察肿瘤细胞的分布情况,另一张用美国Arcturus公司HistoGeneTMLCMFrozenSectionStainingKit片进行染色以供激光捕获显微切割技术(LCM)使用,使用美国AruturusXTMicrodissectionSystem及CapSureTMHSLCMCap获得纯化的BCa细胞群,将20例纯化癌细胞群等比例混合为一个样本,建立实验组混合样本池。10例NBE组织也等比例混合为一个样本,建立对照组混合样本池。
2.采用美国Arcturus公司PicoPureTMRNAIsolationkit分别提取实验组和对照组总RNA,此过程严格按照试剂盒说明书进行。
3.利用美国Agilent公司Agilent2100仪对总RNA样品的纯度和浓度进行检测。
4.15%聚丙烯酰胺凝胶电泳分离获得18-30nt的sRNA,采用T4RNA连接酶将5’端接头(5’-GUUCAGAGUUCUACAGUCCGACGAUC-3’)连接至RNA5’端。15%琼脂糖凝胶电泳分离上述RNA片段获得40-60ntsRNA,利用T4RNA连接酶将3’端接头(5’-pUCGUAUGCCGUCUUCUGCUUGidT-3’;p;磷酸化;idT;倒置脱氧胸腺嘧啶核苷)连接至RNA3’端。10%琼脂糖凝胶电泳获得70-90nt包含接头的sRNA片段后,进行RT-PCR(SuperscriptⅡ逆转录酶,14个循环)获得测序文库。
5.纯化PCR产物后,利用美国Illumina公司Illumina1GGenomeAnalyzer对实验组与对照组sRNA文库进行新一代高通量Solexa测序。
6.分析sRNA的长度分布情况及实验组与对照组的公共序列和特有序列。
7.采用SOAP程序将获得的>18nt的cleanreads与人基因组比对,与miRBase14.0、重复序列、NCBIGenbank、Rfam9.1、内含子、外显子及piRNA数据库比对,获得各类sRNA表达情况,与上述数据库不匹配的sRNA用unann表示。
8.将所有sRNA与各类RNA的比对、注释情况进行总结。在以上各注释信息中,有可能存在一个sRNA同时比对上两种不同的注释信息的情况。为了使每个uniquesRNA有唯一的注释,按照rRNA>knownmiRNA>repeat>exon>intron的优先级顺序将sRNA遍历。由于rRNA是由NCBIGenbank和Rfam两个数据库比对所得,规定这两个数据库间的优先级为Genbank>Rfam。利用miRNAs前体特征性的茎环结构、unannsRNA及Mireap软件预测BCa中的新miRNAs。
9.采用log2比值及Audic-Claverie计算方法分析实验组与对照组间差异表达的miRNAs,当差异倍数(log2)≥1、p≤0.001、FDR<0.01时,差异有显著性意义。
结果:
1.Agilent2100仪对实验组与对照组总RNA样品进行检测的结果显示:实验组总RNA的RIN值为8.6,28s:18s=1.7,浓度>100ng/μl,总量>2.0μg,对照组总RNA的RIN值为7.8,28s:18s=1.5,浓度>100ng/μl,总量>2.0μg。所获得的实验组和对照组总RNA均未发生降解,其完整性、纯度、浓度及总量均符合进行Solexa测序样品制备的要求。
2.成功建立实验组与对照组测序文库,并顺利进行Solexa测序,实验组与对照分别获得了11,146,610,与10,263,845高质量的测序reads。去掉接头序列、低质量测序reads、污染reads后,分别获得9,856,802与10,059,359sRNA序列。经初级信息分析得到:22nt的序列为实验组最常见的序列,同时,20nt与22nt序列在对照组中所占的比例达59.55%;实验组与对照组公共序列总数达18,099,803,实验组特有序列1,009,029,占总序列的5.19%,对照组特有序列333,535,占总序列的1.72%。
3.Solexa测序所得的>18ntcleanreads与人基因组序列进行比对分析,结果显示测序结果与基因组序列有良好的符合率。实验组每条sRNA序列的表达量与基因组序列的符合率是84.57%;对照组每条sRNA序列的表达量与基因组序列的符合率是73.90%。
4.通过与miRBase14.0比对,实验组共获得884种miRNAs,其中包括374种成熟miRNAs、111种miRNAs*及399种miRNAs前体,对照组共获得930种miRNAs,其中包括394种成熟miRNAs、127种miRNAs*及409种miRNAs前体。
5.实验组重复序列大部分集中在rRNA:1与tRNA:1位置,对照组重复序列绝大部分集中在rRNA:1位置。成功将测序reads与NCBIGenbank、Rfam9.1、内含子、外显子及piRNA数据库比对,并进行了sRNA分类注释,实验组与对照组分别获得了3,736,325与5,514,563候选miRNAsreads。
6.采用Mireap软件共预测出13个在实验组与对照组均表达的新miRNAs。
7.以差异倍数(log2ratio)≥1.0和p≤0.001为标准筛选出实验组和对照组间差异表达的miRNAs共74个,其中33个表达上调,41个表达下调。
结论:
我们的研究结果表明BCa相关的miRNAs包括大量已知的保守miRNAs及一些低丰度的新miRNAs。这些已知的、新发现的miRNAs拓展了我们对BCamiRNAs表达谱的认识,为miRNAs在BCa肿瘤形成及肿瘤治疗方面提供了新的视点。后续研究将深入探讨miRNAs在BCa发病过程中的可能机制,并有望进一步为BCa的诊断、预后判断及基因治疗提供相应的指标及靶点。