差异表达lncRNAs和circRNAs的鉴定和联合分析揭示PDLSC成骨分化过程中潜在的ceRNA调控网络

 

差异表达lncRNAs和circRNAs的鉴定和联合分析揭示了在PDLSC成骨分化过程中潜在的ceRNA调控网络

Identificationand integrated analysis of differentially expressed lncRNAs and

circRNAsreveal the potential ceRNA networks during PDLSC osteogenic differentiation

发表期刊：BMC Genetics

影响因子：2.266

发表单位：山东大学口腔医学院

技术手段：RNA-Seq（联川生物提供）

关键词：长链非编码RNAs，环状RNA，竞争性内源性RNA，牙周膜干细胞，成骨分化，RNA测序

 

研究背景

牙周炎是一种进展缓慢的牙科疾病，其特征是牙周组织的丧失，这是导致牙齿脱落的主要原因。随着干细胞输送疗法的发展，牙周膜干细胞（PDLSCs）已被证明能产生典型的牙周韧带样组织，使牙周炎损伤组织再生。之前的研究也显示PDLSCs在小型猪中再生牙周组织并形成生物工程牙齿的巨大潜力。PDLSCs的再生能力有助于其自我更新和多向分化能力，特别是成骨分化。探索PDLSC成骨分化的分子机制可能为牙周再生医学提供新的基因策略。

目前，研究人员一直在探索控制牙周膜干细胞（PDLSC）成骨分化的分子机制。最近，有研究表明长链非编码RNAs（lncRNAs）和环状RNAs（circRNAs）具有作为竞争性内源RNA（ceRNA）在细胞分化过程中调节microRNAs（miRNAs）对其靶基因作用的功能。然而，在PDLSC成骨分化过程中， lncRNAs和circRNAs作为ceRNAs的鉴定和联合分析尚未完成。

材料与方法

本研究利用RNA-seq技术全面鉴定正常和成骨诱导性PDLSCs中差异表达的lncRNAs和circRNAs；并利用qRT-PCR进一步证实了代表性的lncRNAs和circRNAs；最后，基于miRanda预测了lncRNAs，circRNAs，miRNAs和mRNAs的ceRNA网络，并通过GO及KEGG分析来研究它们潜在的调控作用。

取材： 本研究采用山东大学口腔医院口腔颌面外科收治的18〜20岁正常人第三磨牙牙根表面三分之一的PDLSCs，置于正常培养基中培养。通过流式细胞技术扫描细胞表面标志物（STRO-1，CD146，CD31和CD45）来表征PDLSC的干性。为了形成成骨分化，将PDLSCs置于补充有10nM地塞米松，10mMβ-甘油磷酸和50μg/ ml维生素C的成骨诱导培养基中培养。成骨诱导和正常培养基分别培养细胞7天，将PDLSCs分为诱导组和非诱导组进行后续分析。

研究发现

PDLSCs来自健康人牙周膜细胞，分别于成骨诱导和正常培养基中培养7天。培养的PDLSCs显示STRO-1和CD146阳性，CD31和CD45显示阴性。骨诱导的PDLSCs显示出ALP（碱性磷酸酶）活性增加，并且上调成骨相关标记ALP，Runt相关的转录因子2和骨钙蛋白的表达水平。

通过RNA-Seq发现共有960个lncRNAs和1456个circRNAs差异表达。利用qRT-PCR测定8个lncRNAs和8个circRNAs的表达谱，其结果与RNA-Seq一致。此外，基于miRanda预测lncRNA和circRNA作为ceRNA的潜在功能，并利用GO及KEGG分析进行了功能研究。总共预测了147个lncRNAs和1382个circRNAs与148个常见miRNAs结合，并与744个mRNA竞争miRNA结合位点。这些mRNA参与成骨细胞分化，MAPK途径，Wnt途径和调节干细胞多能性的信号传导途径。其中，编码TCONS_00212979和TCONS_00212984的lncRNAs以及circRNA BANP和circRNA ITCH可能与miRNA34a和miRNA146a相互作用，并通过MAPK途径调 48 30729 48 14942 0 0 4247 0 0:00:07 0:00:03 0:00:04 4247PDLSC成骨分化。

图 基于miRanda构建的430个lncRNAs和779个miRNAs的CeRNA网络

图 基于miRanda构建的circRNA和miRNA的CeRNA网络

图 lncRNAs /circRNAs-miRNAs-mRNA形成的CeRNA网络参与MAPK途径

研究结论

本研究全面鉴定了lncRNAs / circRNAs，并首次在PDLSC成骨分化过程中整合了其潜在的ceRNA功能。这些发现表明特定的lncRNAs和circRNAs可能作为ceRNAs来促进PDLSC成骨分化和牙周再生。

参考文献

Gu X,Li M, Jin Y, et al. Identification and integrated analysis of differentiallyexpressed lncRNAs and circRNAs reveal the potential ceRNA networks during PDLSCosteogenic differentiation[J]. Bmc Genetics, 2017, 18(1):100.

本研究中的RNA-Seq由联川生物提供

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    黄媛  编辑