基于全转录组测序分析初步探索种植体周围炎和牙周炎发病机制的比较研究

来源 :广西医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangluyuan
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研究背景种植体周围炎与牙周炎在病因、临床表现和治疗方案上有着相似的特点,故常将两者相提并论。然而,越来越多的证据表明两者存在一定的差异,应分别进行研究。随着高通量测序技术及生物信息学的飞速发展,研究发现非编码RNA(non-coding ncRNA)在多种炎症性疾病包括牙周炎中表达异常且有较好的预后价值,但在种植体周围炎中的相关研究却很少。提示我们可从转录组学的角度进一步对种植体周围炎及牙周炎的发病机制进行比较研究。目的及意义本研究基于全转录组测序技术,通过研究种植体周围炎和牙周炎病变软组织全转录组的表达谱,构建竞争性内源网络(competing endogenousRNAs ceRNA)机制分析,从分子和生物学过程两个层面揭示种植体周围炎和牙周炎的不同效应,初步探索其在代谢、信号转导、细胞命运和表观遗传调控的不同病理过程和可能机制,为进一步研究种植体周围炎和牙周炎的异同提供新的思路。方法1.收集就诊于广西医科大学附属口腔医院种植科的种植体周围炎(PI)、牙周炎患者(P)病变软组织及健康患者(HI)软组织样本。将经质量检测合格的总RNA分别建立totalRNAs、miRNA文库进行下一步的PCR片段扩增,再使用Illumina Hiseq平台对质控合格的样本文库进行2×150的双端测序。2.通过测序获得三组样本中mRNA、miRNA、lncRNA的基因表达谱。运用R软件及Metascape行差异表达基因的筛选、GO功能富集分析、KEGG通路富集分析、蛋白质相互作用网络等生物信息学分析。3.结合差异表达基因、数据库预测,相关性分析确定mRNA-miRNA-lncRNA关系对,并利用Cytoscape构建ceRNA网络。最后,利用基因集富集分析(GSEA)预测ceRNA网络中的关键节点的功能。结果1.本研究共收集到15例质量检验合格的人牙龈样本,包括种植体周围炎(PI)、牙周炎患者(P)病变软组织及健康患者(HI)软组织样本各5例。2.mRNA、miRNA、lncRNA差异表达基因分析结果(1)本次测序结果显示PI-VS-P组获得139个显著上调和2753个显著下调的mRNAs,165个显著上调和37个显著下调的miRNAs,631个显著上调和2901个显著下调的lncRNAs。(2)差异基因富集分析结果显示:PI-vs-P组中的差异基因主要参与:肌纤维滑动,氧运输和神经系统过程,免疫反应的调节。进一步分析membership term与基因表达量之间的关系,结果显示PI-vs-HI组和PI-vs-P组均显著富集在对金属离子的反应和先天免疫反应的通路和过程。P-vs-HI,PI-vs-HI和PI-vs-P组均显著富集于防御反应和对活性氧的反应过程,在这4个通路和过程(对金属离子的反应、先天性免疫反应、防御反应、活性氧反应)中,PI、P不同组之间涉及的差异基因表达水平及分布具有显著差异(P<0.05),且PI组以上通路和过程中涉及的基因的表达水平显著高于P组。(3)通过构建蛋白质互作网络共获得181个节点,300个蛋白对。MCODE分析共识别出10个模块。进一步分析发现,PI-vs-P组显著富集在模块1、2、5、6、8中,模块1主要参与细胞色素P450、化合物的第一阶段功能化和生物氧化等生物学过程;模块2及模块5主要参与肌丝滑动、肌动蛋白肌球蛋白丝滑动、肌动蛋白介导的细胞收缩、横纹肌收缩等生物学过程;模块6主要参与MHCⅡ类抗原的制备及表达、MHCⅡ类抗原的制备及肽抗原的递呈、抗原处理及肽或多糖抗原经MHCⅡ类的递呈等生物学过程;模块8主要参与网格蛋白介导的内吞作用和膜转运等生物学过程。3.ceRNA网络分析结果(1)ceRNA网络构建:本研究ceRNA共获得593种RNAs相互作用关系对,由16个miRNAs、91个lncRNAs和377个mRNA节点组成。(2)ceRNA网络拓扑分析:共筛选出的关键RNA节点包括6个mRNAs(FAM126B、SORL1、PRLR、CPEB2、RAP2C、YOD1),5个lncRNAs(lnc-CORO2B-1、lnc-MBL2-7、lnc-TRIM45-1、lnc-CHST10-2、lnc-TNP1-6),7个miRNAs(hsa-mi R-544a、hsa-mi R-9-5p、hsa-mi R-650、hsa-mi R-338-5p、hsa-mi R-3179、hsa-mi R-149-5p、hsa-mi R-196a-5p),初步分析以上RNA分子及其相互作用关系为种植体周围炎及牙周炎的潜在差异ceRNA调控机制。(3)ceRNA网络中关键6个mRNAs行GSEA,结果显示FAM12B和CPEB主要参与T细胞受体信号通路、Wnt信号通路、Toll样受体信号通路、NOD信号通路、JAK/MAPK信号通路、RIG-I信号通路和细胞凋亡等相关通路。RAP2C和YOD1除了参与到和FAM12B和CPEB相似的调节通路外,还与Notch信号通路显著相关。SORL1和PRLR与Wnt信号通路和氧化磷酸化过程显著相关。结论1.种植体周围炎患者与牙周炎患者的软组织中mRNA、miRNA及lncRNA表达谱存在明显差异。2.ceRNA网络中的6个mRNAs(FAM126B、SORL1、PRLR、CPEB2、RAP2C、YOD1),5个lncRNAs(lnc-CORO2B-1、lnc-MBL2-7、lnc-TRIM45-1、lnc-CHST10-2、lnc-TNP1-6),7个miRNAs(hsa-mi R-544a、hsa-mi R-9-5p、hsa-mi R-650、hsa-mi R-338-5p、hsa-mi R-3179、hsa-mi R-149-5p、hsa-mi R-196a-5p),及其lncRNA-miRNA-mRNA相互作用关系可能是种植体周围炎及牙周炎潜在的差异ceRNA调控机制的关键。与牙周炎相比,以上关键RNA及lncRNA-miRNA-mRNA相互作用涉及的Wnt,Notch,Hippo等增殖信号通路、ROS相关过程、Toll样受体信号通路、NOD信号通路等感染和宿主应激过程的调控,可能是影响种植体周围炎发病机制的重要因素。
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