Method Article

Верифицированный рабочий процесс обработки данных MiRNA-Seq и биоинформатического анализа с использованием R

DOI:

10.3791/68760

⸱

October 24th, 2025

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Nephrology, 905th Hospital of PLA Navy, Naval Medical University, 2Department of Nephrology, Naval Medical Center of PLA, Naval Medical University, 3Department of Nephrology, Gongli Hospital of Shanghai Pudong New Area, 4Department of Nephrology, Shanghai Changzheng Hospital, Second Affiliated Hospital of Naval Medical University (Second Military Medical University), 5Department of Cellular Biology and Anatomy, Medical College of Georgia at Augusta University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Здесь мы представляем протокол для анализа данных miRNA-Seq с использованием R. Этот рабочий процесс позволяет исследователям изучать регулируемые микроРНК сети и их значение в различных биологических и клинических вопросах. Данная работа призвана послужить практическим руководством как для начинающих, так и для опытных исследователей в области биоинформатики микроРНК.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

МикроРНК (микроРНК) являются важнейшими посттранскрипционными регуляторами, влияющими на широкий спектр физиологических и патологических процессов. С развитием технологий высокопроизводительного секвенирования miRNA-Seq превратился в мощный инструмент для профилирования паттернов экспрессии микроРНК. Однако для надежной интерпретации таких данных требуется стандартизированный и воспроизводимый конвейер анализа. В данной статье мы представляем верифицированный рабочий процесс обработки данных miRNA-Seq и биоинформатического анализа с использованием R. Этот протокол включает в себя все основные этапы, включая предварительную обработку исходных данных, контроль качества, выравнивание, количественную оценку, нормализацию, анализ дифференциальной экспрессии, прогнозирование мишени, функциональное обогащение и построение регуляторной сети. Разработанный для обеспечения гибкости и прозрачности, рабочий процесс интегрирует широко распространенные пакеты R и поддерживает аннотации для конкретных видов и модульную настройку. Кроме того, пользователям предлагается провести последующую биологическую интерпретацию с использованием курируемых баз данных и инструментов визуализации, таких как Cytoscape. Этот протокол не только поддерживает надежный статистический анализ, но и позволяет получить значимое представление о взаимодействиях микроРНК и мРНК и их роли в механизмах заболевания. Он особенно хорошо подходит как для начинающих, так и для опытных исследователей, проводящих поиск биомаркеров микроРНК, моделирование заболеваний или интегративные мультиомиксные исследования.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

МикроРНК (микроРНК) представляют собой короткие некодирующие молекулы РНК, которые существенно влияют на экспрессию генов, действуя на посттранскрипционной стадии1. Обычно они функционируют путем связывания с комплементарными последовательностями в 3'-нетранслируемых областях (UTR) целевых матричных РНК (мРНК), что приводит к деградации мРНК или репрессии трансляции1. За последние два десятилетия микроРНК все чаще признаются в качестве центральных регуляторов различных биологических процессов, включая пролиферацию клеток, дифференцировку, апоптоз, иммунные реакции и развитие органов

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ПРИМЕЧАНИЕ: Материалы со ссылками на программное обеспечение перечислены в Таблице материалов.

1. Подготовка образцов РНК и библиотек последовательностей

ПРИМЕЧАНИЕ: Выполняйте экстракцию и секвенирование РНК вне этого вычислительного процесса. Существует несколько способов анализа данных секвенирования микроРНК. В этом разделе представлен контекст одного из практических вопросов.

  1. Извлечение общей РНК: Извлечение общей РНК из биологических образцов с помощью набора, оптимизированного для выделения малых РНК (например, набор для выделе....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы загрузили матрицу экспрессии микроРНК из GSE133530 и провели дифференциальный анализ экспрессии напрямую. Мы предоставили пример аналитического скрипта R для набора данных в дополнительном файле 1. В наборе данных было проведено глобальное профилирование микроРНК 16 кист почек разного размера (минимальные кисты: менее 1-5 мл, n = 10; средние кисты: от 10 до 25 мл, n = 4; большие кисты: более 50 мл, n = 4) и минимально кистозные ткани (MCT, n = 7, включая 1 репликацию) .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Анализ данных miRNA-Seq сопряжен с определенными трудностями из-за небольшого размера и избыточности прочтений, что делает критически важным строгий контроль качества и предварительную обработку. Одним из самых важных этапов в рабочем процессе является обрезка адаптеров. Поскольку длина микроРНК составляет примерно 22 нуклеотида, адаптерные последовательности могут легко доминировать при чтении, если их не удалить должным образом. Невыполнение точной обрезки может привести к смещению и р.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы выражаем признательность финансирующим организациям и партнерам, поддерживающим этот проект. Шанхайский план действий по научным и технологическим инновациям (22Y11905500, 24142201800), Институциональный проект госпиталя ВМС НОАК No 905 (2024Q021), Молодежный исследовательский проект Комитета здравоохранения района Чаннин (2024QN29) и Исследовательский проект Военно-морского медицинского университета (2024QN040).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Agilent-021827 Микрочип микроРНК человекаAgilent/Коммерческая матрица для профилирования микроРНК образцов человека
Га́лстук-ба́бочкаУниверситет Джонса Хопкинсаhttp://bowtie-bio.sourceforge.net/index.shtmlПрограммный инструмент для выравнивания считываний секвенирования с длинными опорными последовательностями
clusterProfiler (пакет R)Биопроводникhttps://bioconductor.org/packages/clusterProfiler/Пакет R, предназначенный для функционального обогащения, анализа и визуализации высокопроизводительных биологических данных.
КатадаптОткрытый исходный кодhttps://cutadapt.readthedocs.ioСредство командной строки, которое удаляет последовательности адаптеров, праймеры, хвосты поли-А и другие нежелательные фрагменты из операций чтения секвенирования с высокой пропускной способностью.
ЦитоспейпКонсорциум Cytoscapehttps://cytoscape.org/Программная платформа с открытым исходным кодом, предназначенная для визуализации и анализа сложных биологических сетей.
DESeq2 (пакет R)Биопроводникhttps://bioconductor.org/packages/DESeq2/Пакет R, предназначенный для дифференциального анализа экспрессии генов в данных подсчета
EnhancedVolcano (пакет R)Биопроводникhttps://bioconductor.org/packages/EnhancedVolcano/  Пакет R, предназначенный для создания графиков вулканов издательского качества.
Функция FastQCБабрахам Биоинформатикаhttps://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/Инструмент контроля качества с открытым исходным кодом для данных секвенирования с высокой пропускной способностью.
featureCountsПодчтение / SourceForgehttp://subread.sourceforge.net/Программа, используемая для подсчета прочтений, сопоставленных с геномными особенностями
HTSeq-счетчикПакет Pythonhttps://htseq.readthedocs.ioСредство командной строки, которое подсчитывает, сколько выровненных высокопроизводительных прочтений секвенирования перекрывают геномные признаки, такие как гены или экзоны. Я
Бисер экспрессии микроРНК Illumina Human v2Иллюмина /Коммерческая матрица для профилирования микроРНК образцов человека
multiMiR (пакет R)Биопроводникhttps://bioconductor.org/packages/multiMiR/Пакет R, который предоставляет самую большую интегрированную коллекцию предсказанных и экспериментально проверенных микроРНК– целевые взаимодействия вместе с их ассоциациями с болезнями и лекарствами.
орг. Hs.eg.db (пакет R)Биопроводникhttps://bioconductor.org/packages/org.Hs.eg.db/Пакет аннотаций, предназначенный для исследований геномики человека (Homo sapiens).
Программное обеспечение RПроект Rhttps://www.r-project.org/Проект с открытым исходным кодом для статистических вычислений
СтудияПозировать КПБ/Интегрированная среда разработки помогает повысить производительность при работе с R и Python
SAMtoolsОткрытый исходный кодhttp://www.htslib.org/Программный пакет для работы с данными секвенирования нового поколения (NGS).

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hsu, P. W., et al. miRNAMap: genomic maps of microRNA genes and their target genes in mammalian genomes. Nucleic Acids Res. 34 (Database issue), D135-D139 (2006).
  2. Fragiadaki, M. Lessons from....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

MiRNA SeqMiRNA ExpressionData ProcessingBioinformatics AnalysisDifferential ExpressionTarget PredictionFunctional EnrichmentRegulatory NetworkR PackagesCytoscape Visualization

Related Articles