發(fā)布時間：2017-12-12 03:33

  本文關(guān)鍵詞：造血干細胞紅系發(fā)育的轉(zhuǎn)錄組整合分析

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【摘要】：造血干細胞紅系分化是一個精確的調(diào)控過程,它從造血干細胞開始,逐漸失去分化潛能并發(fā)育為成紅細胞群,最終脫核和變形成為有功能的紅細胞。近年來,人們對不同類型的轉(zhuǎn)錄因子、miRNA以及長非編碼RNA參與調(diào)控的紅系造血機制進行了大量研究工作,然而將不同類型的RNA表達數(shù)據(jù)進行整合分析紅系造血機制的研究并不多見。本研究中,我們通過RNA-seq測序,系統(tǒng)比較了編碼基因、miRNA和lncRNA的動態(tài)表達變化趨勢,分析了三種RNA在表達水平上的異同,并通過計算表達相關(guān)性系數(shù),預(yù)測潛在的不同類型RNA分子間的調(diào)控關(guān)系,最終構(gòu)建出在紅系末期發(fā)育過程中控制紅細胞成熟的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。人臍帶血來源的造血干細胞經(jīng)過體外紅系誘導(dǎo)分化,產(chǎn)生了不同發(fā)育階段的終末紅系細胞。通過檢測這些細胞表面標志物的表達,本研究分選出了4個不同發(fā)育階段的紅系細胞。結(jié)合分離純化的造血干細胞與成熟的紅細胞樣本,共計6個細胞樣本,進行高通量組學測序,并從全基因組水平上系統(tǒng)分析鑒定了上述樣本中表達的全部編碼基因、miRNA和lncRNA。結(jié)果顯示,表達的編碼基因數(shù)目遠多于非編碼RNA,且非編碼RNA,尤其是lncRNA的表達量(FPKM)普遍低于30(約97.7%)。大部分lncRNA(約41.4%)只在其中一個分化階段中表達。這表明lncRNA具有較強的發(fā)育階段特異性,這些lncRNA有望成為鑒定不同發(fā)育階段紅系細胞的分子標志物。通過K-means聚類,我們將差異表達編碼基因分為四類,并分別進行信號通路富集分析。結(jié)果顯示,紅細胞脫核和變形過程中P53與細胞周期的信號通路受到抑制。另外,大部分趨化因子基因都在造血干細胞中高表達,而且趨化因子信號通路對造血干細胞的自我更新能力的維持和命運決定非常重要。我們通過miRSystem數(shù)據(jù)庫獲得了miRNA作用的靶基因。進一步整合miRNA和mRNA的表達量,并通過皮爾森相關(guān)系數(shù)和P值的篩選,我們鑒定出了四類差異表達基因和miRNA的作用關(guān)系。結(jié)果顯示,hsa-miR-107和hsa-miR-548h-5p在紅細胞成熟過程中表達升高,很可能發(fā)揮著調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)基因的表達來促進紅細胞成熟、脫核的功能。hsa-miR-532-3p的潛在功能涉及促進DNA轉(zhuǎn)錄,在脫核前翻譯出大量功能蛋白以維持紅細胞短暫的生命。整合lncRNA和mRNA的表達量數(shù)據(jù),我們認為lncRNA也參與了重要調(diào)控作用,包括從轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控DNA損傷基因在紅系分化過程中高表達而在成熟紅細胞中低表達、調(diào)控造血相關(guān)的基因在造血干細胞和成熟紅細胞中高表達,以及調(diào)控編碼細胞周期蛋白的基因在紅細胞成熟時表達降低來促進成熟。另外,我們還鑒定了潛在的發(fā)揮順式調(diào)控作用的IncRNA及其靶基因,并在K562細胞系中進行了表達量的驗證。最后還鑒定出83個新的IncRNA,豐富了IncRNA數(shù)據(jù)庫。通過整合三種類型RNA的表達數(shù)據(jù)以及潛在的生物功能,本研究構(gòu)建了紅系末期發(fā)育過程中調(diào)控紅細胞成熟的分子網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)既包括mRNA與ncRNA之間的作用,也包括miRNA與IncRNA之間潛在的競爭作用。本研究為進一步探索正常紅系造血機制提供了大量可靠數(shù)據(jù),一方面有助于人們加強對紅細胞發(fā)育過程的理解,同時,也為探究紅系造血異常導(dǎo)致的惡性血液疾病的分子機制分析提供重要參考。
【學位授予單位】：中國科學院北京基因組研究所
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：Q343

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本文編號：1281047