长链非编码RNA在老年男性骨质疏松症中的表达谱分析

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目的:  LncRNA(Long non-coding RNA,长链非编码RNA)是RNA聚合酶Ⅱ的转录产物之一,其长度超过200nt,具有极低甚至无蛋白编码能力。人类基因组从14470个LncRNA基因鉴定出了15787个转录本,并且GECONODE数据库还在持续更新。近年来的许多研究表明lneRNA在生物学过程中发挥着重要的调节功能。虽然骨质疏松症被认为是女性常见病,1/8的男性(>50岁)在其一生中至少会发生一次骨质疏松性骨折,其中髋部骨折发生率为30%,并且男性发生髋部骨折一年内的死亡率高于女性。女性骨质疏松症有20%-40%继发于骨骼外疾病,在男性中,该比例则高达65%。已有研究报道了lncRNA与绝经后骨质疏松症的相关性,表明lncRNA可作为绝经后骨质疏松症诊断的潜在生物学标志物。而对lncRNA在老年男性骨质疏松症中的作用及其相关机制的研究则较少。  方法:  1.通过高通量测序技术分别对老年男性骨质疏松症及骨密度正常组患者的样本进行测序,得到差异表达的基因并对其进行功能及信号通路分析。2.通过Cuffiinks软件计算基因的FPKM(Reads Per Kilo Base Per Million Mapped Reads,百万外显子的碱基片段),应用配对t检验方法得到两组样本中具有差异表达的mRNA和lncRNA。3.筛选差异表达lncRNA的靶基因(包括顺式和反式作用),通过靶基因的功能和信号通路富集分析来预测未知的差异表达lncRNA的功能。4.将差异表达lncRNA(DEL)与编码蛋白的差异靶基因(DEG)进行关联,构建DEL-DEG共表达网络。  结果:  1.本研究在两组患者中共得到1096个差异表达的基因,其中560个上调,536个下调。  2.本研究中共筛选出217个差异表达mRNA(127个上调,90个下调)和47个差异表达lncRNA(16个上调,31个下调)。  3.差异lncRNA顺式作用靶基因GO分析中的BP(Biological Process,生物学过程)富集结果显示差异靶基因的功能主要与p53信号转导途径相关,同时还涉及DNA复制、mRNA调节、蛋白质磷酸化及转录因子活动的调节等,其中对NF-κβ转录因子活动的激活排在第10位。顺式作用靶基因信号通路富集结果显示与骨代谢相关的cGMP-PKG(Cyclic Guanosine Monophosphate-Protein Kinase G,环磷酸鸟甘-蛋白激酶G)及MAPK(mitogen-activated protein kinase,丝裂原活化蛋白激酶)信号通路分别排在第6和第10位。  4.本研究共得到5924对DEL-DEG关系对,其中60对(占1.01%)位于同一条染色体上(顺式作用),5864对(占98.99%)位于不同染色体上(反式作用),在这些共表达关系对中,lncRNA-LOC027044与437个DEG(包含2个顺式作用和435个反式作用)存在共表达调控关系。  结论:  1.利用高通量测序技术,在老年男性骨质疏松症患者中共筛选出217个差异表达mRNA(127个上调,90个下调)和47个差异表达lncRNA(16个上调,31个下调)。  2.GO功能注释分析显示差异lncRNA靶基因功能涉及多种生物学过程,其中差异最显著的功能与p53信号转导途径相关。KEGG信号通路富集分析显示大部分差异lncRNA靶基因与代谢相关,其中与骨代谢调节相关的cGMP-PKG和MAPK信号通路富集程度较高。推测差异lncRNA可能通过多种作用机制影响老年男性骨质疏松症的发生及发展。  3.通过构建DEL-DEG共表达网络,发现lncRNA-LOC027044在共表达网络中属于中心lncRNA。提示lncRNA-LOC027044可能通过调控多种基因表达而在老年男性骨质疏松症的发生及发展中起到重要调节作用,后续可通过q-PCR进一步验证其在老年男性骨质疏松症的作用机制。
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