מחקר זה השתמש בניתוחים ביואינפורמטיים ואימות ניסיוני כדי לחקור באופן שיטתי את התפקידים הרגולטוריים והמנגנונים הבסיסיים של RNA ארוכים שאינם מקודדים (lncRNAs) המתפקדים כ-RNA אנדוגני תחרותי (ceRNAs) בשבץ איסכמי.
מאמר שיטה
מחקר זה השתמש בניתוחים ביואינפורמטיים ואימות ניסיוני כדי לחקור באופן שיטתי את התפקידים הרגולטוריים והמנגנונים הבסיסיים של RNA ארוכים שאינם מקודדים (lncRNAs) המתפקדים כ-RNA אנדוגני תחרותי (ceRNAs) בשבץ איסכמי.
מחקר זה נועד לחקור את התפקידים הרגולטוריים והמנגנונים הבסיסיים של lncRNAs הפועלים כ-ceRNAs בשבץ איסכמי. בהתבסס על השערת ה-ceRNA, lncRNAs, miRNAs ו-mRNAs זוהו כמרכיבים של רשת רגולטורית המעורבת בשבץ מוחי. lncRNAs מרכזיים מתת-הרשת שהתקבלה נבחרו לניתוח מפורט. ניתוח העשרה פונקציונלית באמצעות אונטולוגיה גנטית ומיפוי מסלולים באמצעות אנציקלופדיית קיוטו לגנים וגנומים חשף אינטראקציות קריטיות בתוך רשת ceRNA הקשורה ל-lncRNA. מסלולים מרכזיים, כולל איתות סידן, איתות צומת פער ואינטראקציה של קולטני ליגנד נוירואקטיביים, אומתו עוד יותר באמצעות ניתוח כתמים מערביים. רשת ה-ceRNA הבנויה כללה 334 lncRNAs, miRNAs ו-mRNAs, עם ניתוח העשרה פונקציונלי המנבא את תפקידיהם הביולוגיים. שלושה lncRNAs עם מרכזיות בדרגה גבוהה נבחרו לבניית תת-רשת ceRNA מייצגת. ניתוח כתמים מערביים גילה כי בהשוואה לקבוצת הדמה, רמות הביטוי של חלבוני מפתח - CaMKII, קלמודולין, CX36, PKC, CX43, GRIA3, GABRA6 ו-NPY1R היו מווסתות באופן משמעותי בקבוצת המודל, בעוד שהביטוי של CaN היה מווסת באופן משמעותי (P < 0.05). ממצאים אלה מצביעים על כך ש-lncRNAs מעורבים באופן משמעותי בפתוגנזה של שבץ מוחי. לסיכום, lncRNAs הפועלים כ-ceRNAs ממלאים תפקידים רגולטוריים קריטיים בפתוגנזה של שבץ איסכמי.
שבץ איסכמי, הפרעה נוירולוגית נפוצה, מוביל לנזק מוחי קבוע, נכות ארוכת טווח או מוות 1,2,3,4. מיקרו-רנ"א (miRNAs או miR), רנ"א ארוך שאינו מקודד (lncRNA) ורנ"א שליח (mRNA) יוצרים רשתות רגולטוריות בתיווך RNA 5,6,7,8. מולקולות אלה מווסתות את תפקודי התא באמצעות מנגנונים מורכבים שונים 9,10 מוכרים יותר ויותר כתורמות לפתופיזיולוגיה של שבץ איסכמי. עם זאת, למרות הקשר ההולך וגובר שלהם למצב, התפקידים המדויקים של RNA לא מקודדים אלה נותרו לא ברורים. חקירה נוספת של RNA חדשים שאינם מקודדים חיונית להבהרת המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס שבץ איסכמי.
LncRNAs פועלים כמווסתים מרכזיים של ביטוי גנים במהלך התחלה והתקדמות של מצבים פתולוגיים שונים. משמשים כ-RNA אנדוגני מתחרה (ceRNAs), lncRNAs נקשרים ל-miRNAs כדי להפעיל השפעות רגולטוריות ספציפיות11. Wei et al. מדווחים כי lncRNA פועל AK038897 כ-ceRNA על ידי התמקדות ב-miR-26a-5p, ובכך מווסת את חלבון קינאז 1 הקשור למוות (DAPK1) כדי להחמיר פגיעה באיסכמיה-רפרפוזיה מוחית12. מחקרים מראים כי RNA SNHG1 ארוך שאינו מקודד (lncRNA SNHG1) מתפקד כ-ceRNA לוויסות מחלות כלי דם במוח על ידי ויסות מסלול האיתות HIF-1α/VEGF באמצעות אינטראקציה עם miR-18a13. מחקרים נוספים מראים כי גן 3 המתבטא בידי האם (lncRNA MEG3) מווסת אפופטוזיס עצבי באמצעות מפל האיתות miR-21/PDCD4 14. בעוד שמספר רב של lncRNAs, miRNAs ו-mRNAs זוהו באמצעות ריצוף תפוקה גבוהה או ניתוח מיקרו-מערך, הפונקציות של מולקולות אלה בשבץ נותרו לא ברורות, ויש צורך בדחיפות בהקמה שיטתית של רשתות רגולטוריות בתיווך RNA.
לכן, מחקר זה נועד לבנות רשת מקיפה של lncRNA-miRNA-mRNA המבוססת על השערת ceRNA תוך שימוש בנתונים שנאספו בעבר, ולנתח תת-רשתות ceRNA נבחרות באמצעות העשרה של אונטולוגיה גנטית (GO) ואנציקלופדיה של גנים וגנומים של קיוטו (KEGG) כדי להבין טוב יותר את תפקודי ה-lncRNA. התוצאות עשויות לחשוף כי מספר lncRNAs מתפקדים כ-ceRNAs, מה שעשוי לווסת miRNAs ספציפיים ואת ה-mRNA היעד שלהם. העשרת GO יכולה להדגיש תהליכים ביולוגיים מרכזיים, כגון התפתחות תאית, העברת אותות וויסות מחזור התא, בעוד שהעשרת מסלול יכולה לחשוף את מעורבותם במסלולים הקשורים לשבץ מוחי, תגובות חיסוניות וחילוף חומרים. ממצאים אלה יכולים להדגיש את התפקידים הפוטנציאליים של lncRNAs בתהליכים תאיים ומנגנוני מחלה מגוונים.
מספר שיפורים מרכזיים מוצעים על פני שיטות ניתוח רשת ceRNA קיימות בחקר שבץ איסכמי, כפי שנתמך על ידי השוואות למחקרים קשורים: ראשית, שילוב אימות רב-שכבתי על ידי שילוב בניית רשת עם אימות מסלול פונקציונלי; בניגוד ל-Li et al.15, המתמקד בעיקר בפרופיל ביואינפורמטי של רשתות ceRNA הקשורות למערכת החיסון באמצעות נתוני טרנסקריפטום ציבוריים, בנה רשת ceRNA הכוללת 334 lncRNAs, miRNAs ו-mRNAs ואמת מסלולי איתות קריטיים (איתות סידן, איתות צומת פער ואינטראקציה נוירואקטיבית בין ליגנד-קולטן) באמצעות ניתוח כתמים מערביים, תוך התייחסות למגבלה של הסתמכות יתר על תחזיות סיליקון כפי שניתן לראות ב-Fan et al.16אשר בונה רשת ceRNA הקשורה ל-circRNA אך חסרה אימות ניסיוני של מסלולים במורד הזרם, ומאשרת את הרלוונטיות התפקודית של הרשת החזויה על ידי כימות ביטוי חלבון (למשל, CaMKII, CX36, GRIA3) הן בקבוצת המודל והן בקבוצת הדמה;, התמקדות ב-lncRNAs ליבה בעלי חשיבות טופולוגית גבוהה, תוך שיפור הספציפיות של הממצאים; בניגוד ל-Cheng et al.17, שבונה רשת lncRNA-miRNA-mRNA ceRNA עם 3 lncRNAs, 2 miRNAs ו-24 mRNAs אך אינו נותן עדיפות לווסתים מרכזיים, מזהה 3 lncRNAs עם מרכזיות גבוהה לבניית תת-רשת מייצגת, מה שמבטיח שתובנות מכניסטיות מעוגנות בצמתים המשפיעים ביותר ומשפר את יכולת הפרשנות בהשוואה לרשתות רחבות יותר ופחות ממוקדות כמו אלה שתוארו ב-Li et al.18הכולל 62 lncRNAs אך חסר ניתוח תת-רשת ממוקד;, לספק פרמטרים ניסיוניים מפורטים לשיפור יכולת השחזור: השתמש ב-500 ננוגרם-1 מיקרוגרם של סך ה-RNA המופק מרקמות המוח (6 חולדות לקבוצה: 20 מודלים של MCAO ו-20 בקרות המופעלות על ידי דמה) להכנת ספרייה, עם מספר שלמות RNA (RIN) > 8.0 כדי להבטיח איכות, פרט שלא צוין ב-Wang et al.19, המאמת סמנים ביולוגיים של circRNA אך משמיט מפרטי קלט RNA; השתמש בחולדות SPF SD זכרים (220 ± 30 גרם) עם MCAO, מודל בשימוש נרחב, אך ציין במפורש את מגבלותיו, הוא אינו משכפל באופן מלא את מורכבות כלי הדם של שבץ איסכמי אנושי או את התגובות החיסוניות כפי שהודגש ב- Li et al. - ולהפחית זאת על ידי ריבוד חולדות לפי ציונים נוירולוגיים (1-3) כדי לתקנן את חומרת האוטם; להכיר במגבלות המחקר: רשת ה-ceRNA עשויה שלא ללכוד שינויים לאחר התרגום, וניתן להרחיב את גודל המדגם לאימות כתם מערבי (n = 6 לקבוצה), עם עבודה עתידית שתכלול קבוצות גדולות יותר וניתוחים פרוטאומיים כדי להתמודד עם פערים אלה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הניסויים בבעלי חיים אושרו על ידי ועדת האתיקה הניסויית של אוניברסיטת אנהוי לרפואה סינית (מספר רישיון: AHUCM-rats-2024006) ונערכו בהתאם להנחיות המוסדיות ולתקני השימוש בבעלי חיים של JoVE. במחקר זה נעשה שימוש בארבעים חולדות SD זכרים בדרגת SPF (220 גרם ± 30 גרם). הריאגנטים והציוד המשמשים מפורטים בטבלת החומרים.
1. חיות ניסוי
2. אינדוקציה של מודל חסימת עורק המוח האמצעי (MCAO) בחולדות
3. ריצוף RNA בתפוקה גבוהה
4. ניתוח ביטוי דיפרנציאלי של רנ"א ארוך לא מקודד, מיקרו-רנ"א ורנ"א שליח
5. חיזוי מטרות RNA ארוכות שאינן מקודדות ו-RNA שליח של מיקרו-רנ"א המתבטאות באופן דיפרנציאלי
6. בניית ה-RNA הארוך הלא מקודד - microRNA - רשת ויסות RNA שליח
7. ניתוחי העשרה פונקציונלית
8. ניתוח כתמים מערביים לאיתור רמות הביטוי של חלבוני מפתח המעורבים במסלולים הקשורים ל-lncRNA - ceRNA
9. ניתוח סטטיסטי
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות הניסוי של אימות שיעור ההצלחה של כל קבוצה של מודלים של חולדות מוצגות באיור 1. אחרי המודל, ניקוד תפקוד נוירולוגי בוצע על החולדות (איור 1A). קבוצת המודל הראתה ליקויים נוירולוגיים חמורים, ואלה עם ציונים שנעו בין 1 ל-3 נכללו בניסויים הבאים. איור 1B ו-C מראים את תוצאות הצביעה של TTC, כאשר אדום מייצג רקמת מוח תקינה ולבן מציין את האזור האוטם. קבוצת המודל הראתה אוטם מוחי חמור. ממצאים אלה מאשרים את הקמתו המוצלחת של המודל האיסכמי ומאמתי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כדי לחקור את המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס פתוגנזה של שבץ מוחי ולזהות מטרות אבחנתיות וטיפוליות פוטנציאליות, נערכו ניתוחי RNA-Seq ו-RNA-Seq קטן (sRNA-Seq) על רקמות מוח מחולדות לאחר MCAO. מחקר זה נועד בעיקר לחקור את רשתות הרגולציה המורכבות הכוללות lncRNAs, miRNAs ו-mRNAs. ניתוח מקיף של מערכי הנתונים של RNA-Seq ו-sRNA-Seq מרקמות מוח של חולדות המושרות על ידי MCAO נערך כדי להבהיר את רשת הרגולציה של lncRNA-miRNA-mRNA. אינטראקציה נרחבת ברשת נבנתה כדי להמחיש את הקשרים הרגולטוריים בין lncRN...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים קובעים כי אין אינטרסים מתחרים.
כתב יד זה נתמך על ידי פרויקט מימון המועמדים למנהיג האקדמי של מחוז אנהוי (מס' 2022H287), פרויקט מפתח מחקר הבריאות של מחוז אנהוי (התייחסות: AHWJ2022a013), פרויקט מפתח המחקר למדעי הטבע של המכללה המחוזית של אנהוי (NO.2023AH050745), ופרויקט הכישרונות המצטיינים להיגיינה ובריאות של מחוז אנהוי (NO. ahsjhmypygc20230074).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 2% (w/v) תמיסת צביעה TTC | בייג'ינג Kangle שיבוט ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | 20230805 | צביעת TTC |
| 4% (w/v) תמיסת פרפורמלדהיד | ביוטיים | עמ' 0099 | רקמת מוח קבועה |
| 40 חולדות SD זכר בדרגת SPF | Hagzhou Ziyuan מעבדה גידול בעלי חיים ושות', בע"מ | SCXK [zhe] 2024-0004 | חיית מעבדה |
| אבקת חלב דל שומן 5% | פיגן מדעי | PH1519 | WB |
| מערכת אלקטרופורזה של אגרוז | בייג'ינג Liuyi ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | DYCP-44P | WB |
| מכשיר חשיפה אוטומטי | שנחאי Peiqing טכנולוגיה ושות', בע"מ | JS-M6P | WB |
| מד חשיפה אוטומטי | שנחאי Peiqing טכנולוגיה ושות', בע"מ | JS-M6P | WB |
| מכונת קרח אוטומטית | צ'אנגשו סיטי Xueke מכשירי חשמל ושות', בע"מ | IMS-20 | WB |
| קלמודולין | זיקה | 49ב2443 | WB |
| קמקי | זיקה | 14G0796 | WB |
| צנטריפוגה | Haimen Qilinbeier ייצור מכשירים ושות', בע"מ | LX 300 | WB |
| חבילת clusterProfiler | מוליכים ביולוגיים | clusterProfiler_4.17 | ניתוחי העשרה |
| CX36 | זנביו | N24AP24 | WB |
| CX43 | זנביו | M08NO01 | WB |
| ערכת כימילומינסנציה רגישה במיוחד ECL | ביושארפ | BL520B | WB |
| תנור ייבוש אוויר תרמוסטטי חשמלי | שנחאי Sanfa מכשיר מדעי ושות', בע"מ | DHG-9070 | WB |
| מכשיר אלקטרופורזה | שנחאי Tianeng טכנולוגיה ושות', בע"מ (טאנון) | רווח למניה300 | WB |
| מכשיר אלקטרופורזה | שנחאי טאנון מדע & טכנולוגיה ושות', בע"מ | רווח למניה300 | WB |
| מיכל אלקטרופורזה | שנחאי טאנון מדע & טכנולוגיה ושות', בע"מ | VE-180 | WB |
| גברה6 | זיקה | 46V5371 | WB |
| עיזים נגד עכבר IgG | Zs-BIO | 142637 | WB |
| עיזים נגד ארנב IgG | Zs-BIO | 139931 | WB |
| גריה3 | זיקה | 0C33051 | WB |
| צנטריפוגה מקוררת במהירות גבוהה | Anhui Jiawen ציוד מכשירים ושות', בע"מ | JW-3021HR | WB |
| מערכת HiSeq 2500 | אילומינה | / | רצף RNA בתפוקה גבוהה |
| תוכנת ImageJ | מכוני הבריאות הלאומיים | תמונה J 1.54k | צביעת TTC |
| מערבל חימום מגנטי | העיר צ'אנגג'ואו ומפעל המכשירים | JJ-79-1 | WB |
| מיקרופיפטה | גרמניה Eppendorf | / | WB |
| מיקרו צנטריפוגה בטמפרטורה רגילה | Haimen Qi Limber Instrument Manufacturing Co., LTD. LX300 | LX300 | WB |
| NPY1R | זיקה | 2D38248 | WB |
| פיפטה | אפנדורף | 0.5-10ul | WB |
| PKC | זיקה | 17ה3745 | WB |
| סמן חלבון מוכתם מראש | ביושארפ | BL712C | WB |
| קרום PVDF | מיליפור | IPVH00010 | WB |
| ערכת הסרת rRNA Ribo-Zero | אילומינה, סן דייגו, קליפורניה, ארה"ב | / | מיצוי RNA |
| ריפה ליזאט | ביושארפ | BL504A | WB |
| נתרן פנטוברביטל | בייג'ינג Think-Far Technology Co., Ltd. | מרק | הרדמה |
| מכשיר ממברנה העברה | שנחאי טאנון מדע & טכנולוגיה ושות', בע"מ | VE-186 | WB |
| מנגנון טרנסממברני | שנחאי Tianeng טכנולוגיה ושות', בע"מ (טאנון) | VE-186 | WB |
| &בטא;-אקטין | Zs-BIO | 19AW0505 | WB |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה