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完整的ceRNA机制研究应包含这些内容

胖师兄 科研讲坛 2021-02-21
1. 简介
随着ceRNA机制研究的套路化,ceRNA研究越来越难发高分文章,但这并不表示单纯的ceRNA研究已经落伍了,小编发现5月份发表的几篇关于circRNA作为ceRNA的高分研究都是遵循ceRNA研究套路的,为什么能发高分,主要还是实验够量,从多角度多层次分析ceRNA调控机制。小编选取了其中一篇给大家讲解下一篇高分ceRNA文章需要做哪些实验以及哪些分析。


这篇文章是上海交大附属医院黄陈课题组5月份发表在Molecular Cancer(IF10.679)上的文章,该研究发现抑癌基因circCCDC9通过miR-6792-3p/CAV1轴抑制肿瘤进展,为胃癌提供了可开发的生物标志物和治疗靶点。

 2. 文章思路


3. 研究方法与结果
(1)目标circRNA的确定
1)差异筛选:利用RNA测序技术对6组胃癌和癌旁组织进行差异circRNA筛选(高通量筛选差异除了常规的测序和芯片检测外,还可以直接利用公共数据库信息如TCGA、GEO进行数据挖掘),挑选下调最显著的circCCDC9进行后续分析(可以根据表达量挑选候选circRNA,也可以根据关注的方向有针对性的挑选)。


2)确定表达量:扩大样本量,利用qRT-PCR、原位杂交技术(ISH)检测胃癌和癌旁组织中circCCDC9的表达量(扩大样本量进行候选circRNA表达量验证,差异明显才好进行后续研究)。同时检测了各胃癌细胞系中circCCDC9的表达量,挑选表达量最高(MKN45 cells)和最低(AGS cells)的细胞系用于后续研究(这一步是为了方便后面构建沉默/过表达稳转细胞)。


3)临床分析circCCDC9表达量与肿瘤大小、淋巴结转移和TNM分级之间的关系进行了分析。同时还进行了KM生存分析,评估circCCDC9与胃癌患者预后的相关性(临床分析特别是预后分析,将circRNA与疾病紧密联系起来)。


4)成环验证:对其成环形式(反向剪接形成还是基因重组形成)进行分析,针对mRNA CCDC9和circCCDC9分别设计引物,利用cDNA和gDNA分别进行PCR扩增,结果显示只有cDNA中能扩增出circCCDC9。Sanger测序进一步验证了circCCDC9是由反向剪接成环的(一些较低分文章通常会忽略了这一步)。


5)稳定性分析:稳定性是circRNA的主要特征之一。利用核糖核酸酶(RNase R)处理上述的PCR扩增产物,结果显示只有circCCDC9不被RNase R降解(这一步同样是较多文章容易忽略的一步)。


6)亚细胞定位:FISH实验结果显示circCCDC9主要位于细胞质中,表明circCCDC9可能在细胞质中行使功能(亚细胞定位有多种方法,除FISH外,还可以用核质分离+qPCR的方法,一般选择一种就可以了)。


7)功能实验(体外):沉默/过表达细胞中的circCCDC9,分别利用CCK-8 assays、 Colony formationassays、EdU assays等分析沉默/过表达circCCDC9后癌细胞增殖情况,wound healing和transwell assay 分析癌细胞迁移和侵袭情况(细胞表型实验是少不了的,部分文章在这一步也会做体内实验)。


(2)目标miRNA的确定
1)预测目标miRNA: 利用circNET、RNAhybrid、miRanda等软件预测靶向circCCDC9的miRNA,在circCCDC9沉默/过表达细胞系和正常细胞及胃癌和癌旁组织中检测各miRNA的表达情况,确定miR-6792-3p(靶向miRNA的预测软件有多种,部分文章在这一步会将miRNA芯片或测序结果与软件预测结果结合起来分析)。


2)表达量分析:qRT-PCR检测胃癌组织中miR-6792-3p的表达量,ISH检测胃癌组织TMA中miR-6792-3p的表达量,结果均显示miR-6792-3p高表达(靶向miRNA表达显著,才好进行后续分析)。
3)功能实验:沉默/过表达miR-6792-3p,CCK-8 assays、Colony formation assays、EdU assays分析细胞增殖情况,wound healing和transwell assay分析细胞迁移和侵袭情况(靶向miRNA的表型分析同样重要,且理论上其表型变化应与目标circRNA正好相反)。


4)临床分析:结果显示miR-6792-3p与肿瘤大小、淋巴结侵袭和TNM分级密切相关,生存分析结果显示高表达miR-6792-3p对应不良预后(临床分析理论上同样应与目标circRNA相反)。
 


(3)目标mRNA确定 
1)预测目标mRNA:利用circNET、miRTarBase、RNA22和TargetScan等软件预测miR-6792-3p的下游靶基因,挑选有文献报道,且该课题组有研究的CAV1进行后续的分析(靶向mRNA同样可以用软件预测,但也有不少文章会结合芯片/测序结果)。


2)表达量分析:利用miR-6792-3p mimics/inhibitor分别处理MKN-45和AGS细胞系,结果显示两种细胞系中miR-6792-3p和CAV1的表达负相关(通常情况下,miRNA靶向结合mRNA的3’UTR,负调控mRNA的表达)。


3)结合关系分析:构建CAV1-WT和CAV1-MUT荧光素酶报告载体,结果显示CAV1-WT+miR-6792-3p mimic组中荧光强度显著下降,CAV1-WT+miR-6792-3p inhibitor组中荧光强度上升,但CAV1-MUT+miR-6792-3pmimic/inhibitor两组中荧光强度不变(通常会用荧光素酶报告实验检测两者的结合关系,并对结合位点进行突变处理,观察荧光强度的变化)。


(4)ceRNA调控分析
为了探讨circCCDC9、miR-6792-3p、CAV1三者之间的关系,研究人员做了一系列的验证实验。 
1)调控分析:分别敲减/过表达circCCDC9,检测CAV1的mRNA和蛋白水平变化情况,随后干扰/过表达miR-6792-3p,检测CAV1变化(这一步主要是分析细胞中三者之间的表达情况)。


2)亚细胞定位:FISH实验检测circCCDC9和miR-6792-3p的亚细胞定位(“目标circRNA确定部分”对circRNA进行了亚细胞定位,这里同时对circRNA和miRNA进行亚细胞定位,已确定circRNA可以行使ceRNA调控功能)。


3)结合关系分析:荧光素酶报告实验、RIP、RNA pull-down验证circCCDC9和miR-6792-3p的结合关系(多层次验证circRNA和miRNA的结合关系,部分文章会直接放在“目标miRNA确定”这一部分)。


4)表达量分析:qRT-PCR检测胃癌组织中三者的表达情况,结果显示circCCDC9 和 CAV1表达正相关,circCCDC9和miR-6792-3p表达负相关,miR-6792-3p 和CAV1表达负相关(组织中进一步确定三者表达相关性)。


5)功能回复:敲减/过表达circCCDC9后细胞表型的变化会在miR-6792-3p inhibitor/mimics处理后逆转(功能回复实验进一步证明circRNA和miRNA之间存在拮抗作用)。


(5)体内实验
1)肿瘤变化:circCCDC9过表达载体皮下注射入裸鼠体内构建异种移植瘤小鼠模型,每7天测量小鼠肿瘤体积,28天后测量肿瘤重量,结果显示过表达circCCDC9显著减小肿瘤体积和重量(体内实验即动物实验一般是少不了的)。


2)表达量变化:qRT-PCR和WB检测小鼠肿瘤组织中CAV1表达情况,IHC检测CAV1、E-cadherin表达上调,β- catenin、cyclin D1、Ki-67表达情况(除了目标mRNA,一般会再检测一些其他肿瘤相关基因的表达情况)。


3)转移分析:静脉注射circCCDC9过表达载体构建肝转移小鼠模型,结果显示过表达circCCDC9的小鼠肝转移程度更低(这一部分可以归属于扩展研究)。


4. 总结
ceRNA机制理论上很简单,circRNA/lncRNA通过调控miRNA,进而调控mRNA的表达,但实际上要讲清楚三者之间的关系,大量的验证实验是必不可少的,多角度多层次去验证,当然验证的方法有很多种,需要一种或多种方法结合来验证,需要视具体情况而定,希望此文能为正在做或即将做ceRNA机制研究的老师提供一些思路。

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