BIOLOGY OF REPRODUCTION:Arraystar LncRNA芯片用于雄性生殖研究

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      美国内华达大学和上海交通大学医学院的研究者合作,利用Arraystar Mouse LncRNA芯片研究雄性种系发育过程中6个关键时间点的lncRNAs和mRNA表达变化。通过对这些lncRNA的序列分析和功能研究,发现在雄性生殖细胞发育过程中,lncRNA表达受到动态调控,lncRNA可以通过遗传和表观遗传两种机制,在转录和转录后两个水平调控基因表达。该研究成果刊登在国际期刊BIOLOGY OF REPRODUCTION(影响因子4.027)。(芯片实验由Arraystar提供技术服务

研究背景
      雄性生殖发育是一个复杂的过程,受到表观遗传调控,包括组蛋白修饰和DNA甲基化等。LncRNA是近5年来生物和医学界的热门研究领域,在哺乳动物的转录组中,lncRNA的数量被认为远超过mRNA。已经展开的大量研究表明,lncRNA在发育过程中有重要调节功能。大量lncRNA,尤其是基因间非编码RNA(lincRNA),通过结合染色质修饰蛋白复合物参与到蛋白编码基因的表观遗传调控中,并调控蛋白编码基因的表达。但是,lncRNA在雄性生殖发育过程中的作用目前仍不清楚。此次中美两国研究者合作研究的目的,是利用Arraystar Mouse LncRNA芯片对lncRNA在雄性生殖发育中的表达和功能展开系统研究。

研究思路
      为了系统研究雄性种系重编程和产后发育过程中的lncRNAs和mRNA表达变化,研究者采用Arraystar Mouse LncRNA芯片对6个关键时间点(E12.5, E15.5, P7, P14, P21, Adult)的lncRNA和mRNA表达进行分析,每个时间点取3对睾丸。结果发现,在雄性生殖细胞发育过程中六个关键时间点,均有成百的lincRNA和上千的lncRNAs表达上调或下调。然后挑选28个lncRNA进行了PCR验证,验证结果与芯片结果一致。

      借助于生物信息学分析手段,研究者分析了lncRNA与临近基因的位置关系,并结合mRNA的表达进行相关性分析,发现被高度调控的lncRNAs与临近(<30 KB)mRNA基因簇的表达上调或下调高度相关。除了mRNA,研究者还分析了lncRNA与临近的microRNA簇和piRNA簇的位置关系。

      为了对lncRNA在雄性种系重编程和产后发育的功能进行研究,研究者首先通过ISH实验研究lncRNAs的亚细胞定位,发现不同类型的lncRNA亚细胞定位不同,可能位于核内或细胞质中。研究者进一步通过RIP-PCR实验,研究分别与染色质修饰相关蛋白EZH2和LSD1结合的lncRNA,发现与这些蛋白结合的lncRNA,既包括lincRNA,也包括非基因间的lncRNA(如反向互补lncRNA,双向lncRNA等)。

      结果表明,在雄性生殖细胞发育过程中,lncRNAs表达表达受到动态调控,lncRNAs可能通过遗传和表观遗传两种机制,在转录和转录后两个水平调控基因表达。

技术路线


结果展示

BIOLOGY OF REPRODUCTION:Arraystar LncRNA芯片用于雄性生殖研究

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A. 雄性种系发育过程6个关键时间点的选择;
B. Arraystar Mouse LncRNA v2.0芯片实验流程;
C. 不同时间点两两比较的差异表达lncRNA(上图),以及差异lncRNA的分类统计结果(下图);
D. PCR检测28个差异表达lncRNA的聚类图;
E. 针对EZH2的RIP-PCR结果。

研究意义
      该研究系统研究了在雄性种系发育过程中的表达并受严格调控的lncRNA。结果显示,lncRNA转录组具有高度的异质性。在雄性生殖细胞发育的各个关键阶段,lncRNA表达水平显著变化。生物信息分析则揭示了大量新的lncRNA与潜在靶mRNA的联系。RIP-PCR实验则证明,lncRNA可以与重要的染色质重构复合物结合,参与表观调控。该研究探索了lncRNA对雄性生殖细胞发育的调控作用,发现lncRNA可以在转录和转录后两个水平调控基因表达,对于揭示雄性生殖细胞发育过程中的表观遗传调控具有重要的科学意义。

原文出处
Expression Profiling Reveals Developmentally Regulated lncRNA Repertoire in the Mouse Male Germline. BIOLOGY OF REPRODUCTION.2013, 89(5):107, 1–12.

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