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[转载]文献精读——精神分裂症中环状RNA表达谱分析(上)

已有 533 次阅读 2019-5-23 10:56 |个人分类:文献解读|系统分类:科研笔记| 文献解读 |文章来源:转载

环状RNA的研究依旧如火如荼,但在精神分裂症(schizophrenia ,SCZ)中的研究还是比较匮乏的。今年2月,发表在《Neuropsychopharmacology 》上的一篇文章首次系统的分析了精神分裂症中环状RNA的表达图谱。这篇文章几乎全是生信分析,且从投稿到接受仅仅只用了三个月的时间,由此可见其行文的严谨性。那么,究竟是什么打动了编辑和reviewers? 让我们用两期的推送仔细品读一下该文章。

workflow

首先用一张图描绘一下文章的分析流程。如下图,可以看到作者采用了两种建库方式进行测序,分别得到total RNA来源的circRNA reads和线性酶消化后富集的circRNA reads。这两种建库方式各有优势,相辅相成,帮助作者完成图中的各项分析任务。

病例对照对比分析发现精神分裂症中环状RNA表达整体下降

在total RNA建库数据集中,通过对17个病例和18个健康对照的大脑DLPFC脑区进行转录组差异分析鉴定得到574个差异环状RNA,其中68%的差异环状RNA表达下调(如图A,B)。在RNase-enriched文库中分析得到了类似的结果,72%(818)个环状RNA表达差异下调(如图C,D)。此外,深入探究发现多数环状RNA仅在对照组中表达,而病例组中不存在。以上结果说明精神分裂症中环状RNA整体表达呈现下降趋势。

DLPFC脑区转录出的环状RNA特点

基于高通量测序得到的环状RNA在分析的时候一般需要对鉴定到的环状RNA的基本特征进行描绘。如下图,通过对比已知数据库,发现超多半数(59%)的环状RNA为novel;对其进行基因组区域注释发现85%的环状RNA来源于蛋白编码区;分析环状RNA的宿主基因发现大多数基因只转录出一个环状RNA转录本。

环状RNA的PCR验证

环状RNA的验证分为两个等级,差异表达验证和成环性验证。对于差异表达验证,作者选取8个在total-RNA文库以及RNase-enriched文库都具有差异表达的环状RNA作为候选分子,设计反向引物。如下图,PCR结果支持差异表达。

验证成环性的方法是使用线性RNA酶处理,对比处理前后分子的表达水平是否存在显著差异。如下图,作者按照表达水平均匀选择15个候选环状RNA,采用线性酶处理后发现大部分环状RNA表达稳定。

差异表达宿主基因的功能性富集分析

虽然此步属于常规分析系列,但作者在文章中对结果的解读非常详细,值得借鉴。通过GO分析,差异表达的环状RNA的宿主基因富集于neurogenesis, dendritic morphogenesis, dendritic development, neuron differentiation, and brain development通路中,考虑到精神分裂症的青少年发病倾向以及主要病理特征是影响神经connectivity,这些分子通路的发现具有临床意义。作者还利用TOPPFun数据库对宿主基因在已知疾病基因集合中的富集情况进行研究,发现认知和行为障碍类型疾病,包括自闭症,智力迟钝和智力低下,与精神分裂症相关环状RNA的宿主基因显著富集。

故事讲到这里已经具有很强的可信度了。本期带来的虽然以基本分析为主,但简单的分析解释了深刻的生物学意义。下期我们一起详细解读剩下的高级分析部分,看看文章如何升华的。

转自生信草堂公众号,已授权

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