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小RNA(Small RNA)是一类重要的体内调节分子,主要包括miRNA、piRNA和siRNA。小RNA可参与基因转录后调控,调节细胞生长、分化,以及个体发育、生殖等重要生物学过程。

 

近年来,对小RNA的研究越来越热门,我们通过NCBI pubmed(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/ )数据库检索结果可以发现,小RNA的pubmed文献篇数逐年增加,尤其是2010年之后更是突破了10000篇该方向的研究文献(图1)。而中国作为科研大国,小RNA的pubmed文献篇数仅次于美国,位列世界第二(图2)。而在2015年的国家自然科学基金项目中(http://isisn.nsfc.gov.cn/egrantindex/funcindex/prjsearch-list ),初步统计有700多个和小RNA相关的项目,项目涉及总金额近4亿(表1)。

 

目前研究小RNA的主流手段是小RNA测序(small RNA-seq),首先采用胶分离技术,收集样品中18-30nt的RNA片段;再利用高通量测序技术,一次性获得单碱基分辨率的数百万条小RNA序列信息。小RNA测序之后的数据要进行标准化分析和高级分析,标准分析我们就不多说了,分析流程参见图3,一般测序公司都会做标准化分析的。

高级生信分析,是指对标准化分析进行深度挖掘,获得与研究方向相关的一些符合逻辑的结论。简单来讲,标准化分析给的是结果,高级分析给的是结论

 

那么,常见的小RNA相关的高级分析有哪些呢?

  1. 差异表达miRNA的聚类热图分析(图4);
  2. 差异表达miRNA调控靶基因分析(图5)和结合位点预测分析;
  3. 差异表达miRNA的功能富集分析(图6);
  4. 竞争性内源RNA(competing endogenous RNA,ceRNA)分析(图7);
  5. miRNA结构预测分析(图8);
  6. 其他分析,例如转录因子-miRNA分析,miRNA活性分析,miRNA功能协同网络分析,miRNA共表达分析等等。

 

云生信团队致力于疾病的理论研究,主要研究内容有通过高通量测序数据的深度挖掘,利用生物信息方法研究疾病相关的biomarks(miRNA、基因或蛋白、突变位点等),代谢通路及药物分子等。 云生信团队目前已经针对肺癌、胃癌、骨肉瘤、胰腺癌等疾病进行了深入研究,获得了重要的科研成果。并根据已有的分析结论,构建了疾病数据库。例如:肺癌数据库(http://www.lungcancerdatabase.com/),胃癌数据库(http://cadb.microsci.com/ ),骨肉瘤数据库(http://osdb.microsci.com/ ),胰腺癌数据库(http://pancdb.microsci.com/ )等。

 

另外,云生信团队已有生物信息分析相关的软件著作权和专利50多篇,并根据这些分析技术制作了全国首个标准化分析+个性化分析的开放型生物信息学在线平太——云生信平台http://www.biocloudservice.com/ ),如图9所示。该平台包含六大组学分析专题以及四大特色分析专题,涉及了生物信息分析的各个层面,为生物信息爱好者提供一个权威的方便的学习交流平台。

 

 

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图1 不同时间点小RNA相关的pubmed文献篇数

图2 不同国家发表的小RNA相关pubmed文献篇数(TOP10)

 

表1 2015年国家自然科学基金与小RNA相关的项目(金额TOP10)

项目标题 金额

(万元)

单位
miRNA在对虾-病毒互作中的作用机理 332 浙江大学
HIF-miR21在急性缺血性肾损伤发病中的作用及防治新靶点的研究 320 复旦大学
伏隔核miR-29/Dnmt3/Meg3通路参与甲基苯丙胺成瘾的机制研究 320 西安交通大学
MicroRNA介导的日本血吸虫致病机制及干预研究 320 第二军医大学
microRNA在脓毒血症急性肾损伤中的作用、调控及诊断价值 320 中南大学
水稻矮缩病毒(RDV)在传毒昆虫介体和水稻两种宿主中siRNA的产生以及抗病毒机制研究 315 北京大学
水稻对稻瘟病菌免疫反应的miRNA调控网络 311 四川农业大学
NSun2介导的衰老相关microRNA甲基化与调控机制 310 北京大学
RNA-自噬siRNA自组装纳米材料的构建及其调控肺血管重构的机制 200 第三军医大学
细胞外循环microRNAs在早产儿视网膜病变发生发展中的调控及其相关机制研究 100 上海交通大学

 

 

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图3 小RNA测序数据的常规分析流程

 

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图4 差异表达miRNA的heatmap图

 

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图5 差异表达miRNA-target网络图。A代表差异上调miRNA靶基因调控关系;B代表差异下调miRNA靶基因调控关系。

 

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图6 重要miRNA的KEGG PATHWAY功能富集分析

 

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图7 ceRNA分析

 

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图8 miRNA结构预测分析