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Exosome circRNA測序

       Exosomes作為活細胞分泌的含有RNA和蛋白質的微囊,大小為30-100nm,廣泛分布于外周血、尿液、唾液、腹水、羊水等多種體液中。最新研究表明,體液中exosomal RNA(特別是miRNA、lncRNA和circRNA)在不同的疾病模型中存在明顯的表達差異。同時,這些分子被exosomes的脂膜所包裹和保護,能保持其原有穩定性和 生物學功能,有望成為液體活檢的重要分子標志物。


       環狀RNA(circular RNA)是最近發現的一類特殊的非編碼RNA,它大量存在于真核細胞胞質內,是mRNA在剪接的過程中,上游exon的5’端與下游exon的3’端剪接到一起,從而形成的首尾相接的環狀RNA分子。

近年研究發現,高等動物中環狀RNA的種類和含量遠遠超過預期。circRNA具有很多重要的調控功能,例如,circRNA可以作為競爭性內源RNA(competing endogenous RNA,ceRNA)結合胞內miRNA,阻斷miRNA對其靶基因的抑制作用。除此以外,circRNA也具有調控其他類型RNA、調節蛋白質活性等功能。circRNA在不同物種中具有保守性和組織表達特異性,且circRNA對RNase不敏感,因此它比線性RNA更為穩定,所以circRNA在疾病新型診斷與治療方法研發方面有巨大潛力和重要意義。


實驗方案
       測序平臺和方式:Illumina平臺   PE150

       數據量:12G clean data/樣


數據分析
       (1)測序質量評估:
       原始數據過濾統計
       Clean數據堿基組成和質量分布圖
       (2)比對結果統計:
       比對數據Reads數分布統計
       (3)circRNA鑒定:
       circRNA統計列表
       circRNA的長度分布
       circRNA的來源分布
       已知circRNA的注釋
       (4)circRNA的表達水平及差異表達分析:
       circRNA的表達水平分析
       circRNA的差異表達結果
       兩兩樣本之間的差異表達
       樣本間共享和特有circRNA統計分析
       (5)circRNA的來源基因分析:
       circRNA來源基因的GO富集分析
       circRNA來源基因的KEGG富集分析

       (6)circRNA與miRNA的結合位點預測分析


技術流程



案例分析
       案例(1)外泌體circRNA可作為腫瘤診斷的生物標志物
       研究人員首先分離得到了來自于MHCC-LM3肝癌細胞的外泌體并且對其進行了circRNA-Seq。數據分析結果表明,在細胞和外泌體中分別檢測到了5484個和6751個circRNA。研究人員將這些在外泌體中存在的circRNA命名為exo-circRNA。與細胞中的circRNA的表達水平相比,exo-circRNA在外泌體中的含量至少富集了2倍。circRNA同miRNA的結合早有報道,巧合的是miRNA在外泌體中也廣泛存在。研究人員還關注了miRNA與circRNA的結合對circRNA在外泌體中數量的影響。由于CDR1as circRNA是miR-7的海綿體,研究人員將miR-7引入細胞與外泌體中,借此觀察CDR1as的表達量。研究人員觀察到CDR1as表達量在外泌體中大幅下降,卻在細胞中略有上升。該結果表明,circRNA在外泌體中的確會受到miRNA表達量的影響和調控。


 circRNA在外泌體中受到miRNA表達的調控

       案例(2)KRAS突變細胞分泌的外泌體中環狀RNA的表達情況
       研究者用三種同源KRAS突變結腸癌細胞系建立了環狀RNA文庫,每種細胞系設有兩個生物學重復,且不使用RNase R處理。經過一系列檢測和RNase R處理驗證,最終確定在三種目標細胞系中可以識別和量化大量的環狀RNA,且環狀RNA對RNase R處理具有抗性。接著,研究者檢測環狀RNA的表達水平是否受KRAS調控,比較了三種細胞系中候選RNA的水平。發現環狀RNA在KRAS突變細胞中被下調,且環狀RNA調控在主基因中能獨立出現。為了檢測結腸癌細胞分泌的外泌體中能否檢測到環狀RNA,研究者還對三種細胞系的外泌體RNA進行了RNA-seq分析,并用qRT-PCR對結果加以驗證,每種細胞系設有三個生物學重復。結果表明,環狀RNA具有復雜的外泌體穿梭機制。與KRAS突變型細胞衍生的外泌體相比,野生型中RNA結合蛋白的豐度更高。

 


qPCR驗證3個細胞系外泌體中候選circRNA和host gene的表達量

參考文獻
[1] Li et al. Circular RNA is enriched and stable in exosomes: a promising biomarker for cancer diagnosis. Cell Research, 2015.
[2] Dou et al. Circular RNAs are down-regulated in KRAS mutant colon cancer cells and can be transferred to exosomes. Scientific Reports, 2016.