01月23 【项目文章速递】成熟与未成熟的大鼠垂体前叶中的lncRNA鉴定
2017年12月，吉林大学袁宝老师在Scientific Reports发表了一篇关于大鼠垂体的研究，鉴定了不同发育阶段的垂体中的lncRNAs，并构建了促卵泡生长激素FSH的调控网络。
Identification of long non-coding RNAs in the immature and mature rat anterior pituitary
成熟与未成熟的大鼠垂体前叶中的lncRNA鉴定
期刊： Scientific Reports 影响因子：4.259
1.研究背景
垂体是哺乳动物最重要的内分泌腺，分前叶和后叶两部分。它分泌多种激素，如生长激素、促甲状腺激素、促肾上腺皮质激素、促卵泡生长激素(FSH)等。这些激素对代谢、生长、发育和生殖等有重要作用。在未成熟的垂体中，激素的含量应该在适当的范围内，以适应身体的发育和生长。在成熟的脑垂体中，激素主要影响生殖能力。在大鼠的垂体研究中，更多的是关注基因和miRNA，对lncRNAs的研究比较少。最近的研究报道lncRNAs参与了垂体的肿瘤发生，说明lncRNA很可能通过调控垂体相关生物学过程来调节生长发育与生殖。
2.材料方法
样品：15日龄和120日龄大鼠（Rattus norvegicus）各取3只，同日龄的3只大鼠的垂体前叶混合成1个样品，2个样品测序数据量分别是14G和15G。
平台：百迈客Illumina HiSeq X ten平台
分析平台：百迈客云平台（BMKCloud），利用云平台做了个性化分析
分析内容：
图1 分析内容
3.研究结果
1.鉴定未成熟和成熟垂体前叶形态学差异
我们检测了两个发育阶段垂体前叶形态学上的差异，成熟的垂体前叶有更清晰的边界和更多的毛细血管，因此我们推测有某些因子导致了大鼠垂体的形态和功能差异，根据近几年的研究，这种因子可能是lncRNA。
图2 未成熟和成熟的垂体组织的形态学鉴定
（A.15日龄垂体前叶放大100倍；B. 15日龄垂体前叶放大500倍；C. 120日龄垂体前叶放大100倍；D. 120日龄垂体前叶放大500倍）
2.lncRNA的鉴定和差异分析
对两个日龄的垂体前叶分别测序，比对效率分别为95.06% 和95.15% ，本研究中我们鉴定共到7039个lncRNA，lncRNA的平均长度为2052bp，比mRNA略长。而76.5%的lncRNA含有2个外显子，mRNA平均含有4.1个外显子。
图3 lncRNA和mRNA的长度（A）、外显子个数（B）的比较
使用fold change≥2且FDR< 0.05，筛选到1181个差异表达的lncRNA，其中有607个是上调的。基于位置关系进行靶基因预测，发现靶基因主要参与了抗原处理和呈递途径，自身免疫甲状腺疾病途径和I型糖尿病途径。
图4 lncRNAs 和mRNA的表达量分布情况
促卵泡生长激素(FSH) 是垂体前叶分泌的一种糖蛋白激素，其主要功能是卵巢的卵泡发育和成熟。我们在反式靶基因中找到了调控FSHb基因的lncRNA，并用其中3个新鉴定到的lncRNA构建调控网络图。
图5 qPCR验证10个高表达的lncRNAs和3种与FSHb基因相互作用的新lncRNA
（A. 10个高表达的lncRNA的定量结果；B. lncRNAs和FSHb基因的相互作用网络；C-E.三种新lncRNA的定量结果）
3.qPCR验证
我们挑选调控FSHb的3个新lncRNA 和十倍差异的lncRNA 做qPCR验证，定量结果和测序结果吻合。前人的研究表明FSHb基因的表达量在性成熟阶段明显增加，这三个新lncRNA的表达趋势和FSHb mRNA一致。
结论
本项目系统地研究了lncRNA在15日龄未成熟小鼠和120日龄成熟大鼠垂体前叶的情况，共鉴定到7039个lncRNA，1181个差异表达的lncRNA，并预测靶基因。顺式靶基因主要富集到抗原处理和呈递途径，自身免疫甲状腺疾病途径和I型糖尿病途径；根据反式靶基因构建了调控网络，发现有3个新lncRNA能够靶向调控促卵泡生长激素FSHb基因，为后续的深入研究奠定了基础。
研究亮点
垂体分泌的几种激素，在发育阶段起着关键作用，尤其是促卵泡生长激素FSH，能够促进卵泡的发育和成熟。lncRNA在生物学过程中有重要作用，如表观修饰，细胞分化，转录调控，生长发育，抗病等。最近的研究表明，lncRNAs参与垂体肿瘤的发生，这项研究鉴定了在大鼠垂体前叶各发育阶段的lncRNA的情况，并找到了调控FSHb的lncRNAs。
参考文献
BaoY, Zhang J B et al. Identification of long non-coding RNAs in the immature and mature rat anterior pituitary. [J]. Sci Rep, 2017, 7:17780
转录调控 覃 琪丨文案
吴戈宇 | 审核
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