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          Nature Metabolism:circRNA參與調控脂肪分化
          來源: | 作者:geneseed | 發布時間: 2019-07-24 | 621 次瀏覽 | 分享到:

          近日,Nature Metabolism雜志在線發表了一項脂肪組織環狀RNA的功能研究論文,報道發現脂肪組織來源的circRNA在脂肪分化過程中發揮重要功能。文章的通訊作者是杜克-新加坡國立大學醫學院Dan XuLei Sun和新加坡科技研究局基因組研究所Roger Foo [1]。




          本文分析了脂肪組織中轉錄組的變化情況,找到了41種變化顯著的候選circRNA分子,QPCR分析驗證后表面脂肪分化過程往往伴隨著circRNA的下調。干擾RNA實驗表明circTshz2-1circArhgap5-2在脂肪分化過程中具有功能。circArhgap5-2在脂肪相關基因表達中發揮重要功能,參與維持脂肪相關基因的表達。人類同源分子circARHGAP5-1也在脂肪組織分化中發揮重要作用。

           

          脂肪組織circRNA測序分析

          從人體內臟網膜和皮下脂肪組織及小鼠附睪和腹股溝脂肪組織中分離總RNA,去核糖體后測序。人體組織中共測得6925circRNA,小鼠測得2380種。



          1   脂肪組織轉錄組測序分析 [1]

           

          相關circRNA驗證

          人和小鼠獲得的數據進行比對分析,共有120circRNA是人與小鼠均存在的保守分子。選擇人或小鼠脂肪組織中表達豐度最高的各20個,脂肪組織特異性的circRNA分子15個,去除總長度小于90bp的,最終剩余41circRNA分子進行QPCRSanger測序驗證。其中37種可以得到驗證確認。作者進一步選取了12circRNA分子在小鼠不同的組織中QPCR分析了它們和對應線性mRNA的表達情況,結果顯示這12circRNA均呈現出較高的脂肪組織特異性的表達特征,但它們對應的線性RNA的組織特異性稍弱。作者還通過分離胞質與核組分,分析了所選取的circRNA分子在胞質與核中的分布情況。



          2   circRNA驗證 [1]

           

          脂肪分化過程中相關circRNA的驗證分析

          為分析這些circRNA分子是否參與脂肪組織的生成,作者選擇脂肪前體細胞體外分化體系進行驗證。結果表明候選的circRNA分子中有31circRNA會伴隨著脂肪分化過程而顯著升高。相關性分析表明所有這些circRNA分子的表達都與對應的線性RNA的表達狀態相關。體內,高脂飲食處理后,脂肪組織中絕大部分circRNA呈現出下調變化趨勢, 37circRNA分子中有33個呈現下調,其中19種的變化是統計顯著的。有趣的是,在腹股溝脂肪組織樣本中,高脂飲食導致的circRNA和對應線性RNA的變化趨勢呈現出有趣的變化狀態,很多分子表現出相反趨勢的變化。說明脂肪生成過程中circRNA的形成不完全是對應線性基因表達變化所導致的。過度肥胖往往導致單核細胞等進入脂肪組織,釋放TNFα是等促炎癥因子。因此作者分析了TNFα處理對circRNA和對應基因的影響情況,結果表明TNFα處理的確能誘導這些circRNA的下調,但其變化與對應線性RNA的變化并不一致,相關性不高。這些結果表明脂肪組織分化過程伴隨著circRNA的變化,這些變化不完全由對應基因的轉錄變化所導致。



          3   脂肪組織分化過程中相關circRNA變化分析 [1]

           

          circTshz2-1circArhgap5-2與脂肪分化有關

          為分析circRNA是否參與脂肪分化過程,作者基于RNAi,分析了兩個circRNA分子,circTshz2-1circArhgap5-2,這兩種circRNA分子對應的線性RNA在脂肪分化過程中變化并不明顯,但兩個circRNA分子都呈現顯著的上調。針對circRNA和線性RNA分別設計siRNA,分析脂肪分化效率。結果表明,circTshz2-1干擾后都顯著影響脂肪分化的效率,表現為脂滴數目下降,脂分化相關標志物基因下調。



          4   circTshz2-1與脂肪分化有關 [1]

           

          circArhgap5-2干擾后也與circTshz2-1的情況相似,可以顯著降低脂肪分化的效率。



          5   circArhgap5-2與脂肪分化有關 [1]

           

          circArhgap5-2維持脂肪細胞基因表達

          脂肪分化過程中將circArhgap5-2干擾后分析轉錄組表達變化,GSEA分析表明脂肪代謝和脂分化相關的基因存在顯著下調,說明干擾circArhgap5-2后顯著影響了這兩個通路相關的基因的表達。



          6   circArhgap5-2維持脂肪細胞基因表達  [1]

           

          小鼠體內注射circArhgap5-2shRNAAAV病毒,QPCR檢測circArhgap5-2,測序分析轉錄組變化情況并進行通路富集分析。結果表明shRNA干擾circArhgap5-2后,脂代謝和脂肪分化相關的基因下調,但炎癥相關的通路上調。QPCR檢測脂分化相關基因的表達表明脂代謝標志物下調而炎癥通路基因上調。



          7   體內circArhgap5-2維持脂肪細胞基因表達 [1]

           

          人類circARHGAP5-1調控脂肪分化

          人類中與circArhgap5-2同源的是circARHGAP5-1分子,脂肪細胞中干擾circARHGAP5-1也可以導致脂分化相關的標志物基因下調,抑制脂滴的聚集。

          有趣的是,作者經過數據分析和實驗驗證,認為circArhgap5-2不是miRNA sponge分子。從circArhgap5-2的序列中可預測到43miRNA66個結合位點,如果circArhgap5-2具有ceRNA的功能,那么干擾之后一定會從對應的miRNA靶基因中得到相關的變化證據。但所有的轉錄組數據均不支持這一假設。此外,AGO2RIP實驗也沒有捕獲到circArhgap5-2分子。

          此外,作者也分析了circArhgap5-2是否可被翻譯的可能,作者未能從脂肪細胞的Ribosome profiling數據中富集到這個circRNA分子。circTshz2-1也沒有被捕獲到。因此作者也認為這兩個circRNA分子被翻譯的可能性也比較小。



          8 人類circARHGAP5-1調控脂肪分化 [1]

           

          本文分析了脂肪分化相關的circRNA分子,發現了circTshz2-1circArhgap5-2在脂肪分化過程中發揮重要功能,初步探索了circRNA在脂肪組織分化中的作用。但關于兩個circRNA分子如何在脂肪分化過程中發揮作用,兩種circRNA分子如何被調控,呈現組織特異性的表達狀態還沒有清晰的認識,值得繼續深入探索。

           

          參考文獻:

          1. Camille Arcinas , W.T., Wenning Fang, Tresha P. Desai, Diana Chee Siang Teh, Ufuk Degirmenci, Dan Xu , Roger Foo and Lei Sun, Adipose circular RNAs exhibit dynamic regulation in obesity and functional role in adipogenesis. Nature Metabolism, 2019.

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