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外泌體(exosomes)是由細胞內(nèi)多泡體與細胞膜融合后,釋放到細胞外基質(zhì)中的一種直徑約 30-120nm 的膜性囊泡。幾乎所有種類的細胞都能分泌外泌體,
并存在于人體各種體液之中,包括血液、尿液、唾液、乳汁、腦脊髓液等。外泌體含有細胞特異的蛋白、脂質(zhì)和核酸,能作為信號分子傳遞給其他細胞從而改變其
他細胞的功能,參與免疫反應、抗原提呈、腫瘤轉(zhuǎn)移、心腦血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等生理和病理過程 。
外泌體可運載不同種類的核酸,如 DNA、mRNA 和 miRNA,rRNA,snoRNA 等,其中 miRNA 受到最多的關(guān)注,由于它在基因表達調(diào)控上有著重要作用。
miRNA 是一類 17-24nt 長的小的非編碼 RNAs,是一類重要的 sRNA(small RNA,sRNA)。miRNA 通過與 mRNA 的 3’ UTR 或者開放閱讀框 ORF 區(qū)域結(jié)合,
能介導基因的轉(zhuǎn)錄后沉默,與細胞增殖分化、遷移、疾病發(fā)生和疾病進展都有關(guān)系。外泌體的脂質(zhì)雙層膜結(jié)構(gòu),能很好的保護其包被的 miRNA,使其可作為疾病
診斷和預后的生物標志物[2],影響腫瘤生長、增殖和轉(zhuǎn)移。
外泌體 smallRNA 測序可以得到不同組織、不同發(fā)育階段、不同疾病狀態(tài)下 sRNA 的表達情況,其中 miRNA、siRNA 以及 piRNA 是研究的熱點,也是項目分
析的重點。外泌體 smallRNA 測序可以找到不同樣本間差異表達的 miRNA,也可以鑒定新的 miRNA。通過生信分析得到其靶位點所在基因的 GO 功能注釋以及
KEGG pathway 注釋,最終可以得到外泌體 small RNA 在生物體中參與的生命活動的一個清晰的生物信息圖譜。
1、實驗方案
測序策略:Illumina 平臺 SE50
數(shù)據(jù)量: 10M clean reads/樣
2、技術(shù)優(yōu)勢
通量高:一次測序得到上千萬條序列;
分辨率高:可以檢測小RNA單個堿基的差異;
精準度高:從幾個到幾十萬個拷貝精確計數(shù);
可重復性好:深度測序保證了抽樣隨機性,重復性好,無需重復實驗;
檢測范圍廣:既能鑒定已知小RNA,又能發(fā)現(xiàn)新的小RNA。
3、數(shù)據(jù)分析
3.1 標準信息分析
(1)按標準流程進行數(shù)據(jù)整理及數(shù)據(jù)質(zhì)量評估;
(2)樣品間的公共序列和特異序列分析;
(3)小RNA與參考基因組比對分析;
(4)按照優(yōu)先級將小RNA進行分類注釋
(5)Novel Small RNA預測;
(6)樣本間miRNA差異表達分析;
(7)已知miRNA的家族分析;
(8)已知miRNA差異分析(≥2個樣本)和聚類分析(≥3個樣本);
(9)已知miRNA和novel miRNA的靶基因預測;
(10)已知miRNA和novel miRNA的靶基因GO注釋和KEGG通路分析;
(11)novel miRNA差異分析(≥2個樣本)和聚類分析(≥3個樣本);
(12)差異miRNA靶基因預測;
(13)已知miRNA的堿基編輯分析;
3.2 高級信息分析
(1)snoRNA注釋
(2)piRNA注釋
(3)mir2disease注釋
4、技術(shù)流程
5、參考文獻
案例(1)卵巢癌細胞通過基質(zhì)細胞外泌體傳遞的miR21靶向APAF1獲得紫杉醇抗性
晚期卵巢癌細胞通常會發(fā)生大網(wǎng)膜脂肪組織處的轉(zhuǎn)移,但是網(wǎng)膜基質(zhì)細胞來源的分子對卵巢癌生長的影響還未見太多報道。本文通過二代測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)腫瘤相關(guān)的脂肪細胞和成纖維細胞中miR21的表達量明顯高于卵巢癌細胞。通過功能研究發(fā)現(xiàn),腫瘤相關(guān)的脂肪細胞和成纖維細胞的miR21可以轉(zhuǎn)移到卵巢癌細胞中,從而抑制卵巢癌細胞凋亡并通過結(jié)合一個新發(fā)現(xiàn)的靶mRNA—APAF1賦予其化療抗性。這些數(shù)據(jù)表明,轉(zhuǎn)移性卵巢癌細胞的惡性表型可通過從相鄰網(wǎng)膜基質(zhì)細胞來源的外泌體遞送miR21來獲得,抑制基質(zhì)細胞來源的miR21可能是治療轉(zhuǎn)移性或復發(fā)性卵巢癌的一個新策略。
圖1 腫瘤相關(guān)的脂肪細胞分泌的外泌體中miR21表達上調(diào)
圖2 卵巢腫瘤組織和腫瘤細胞系中miR21的表達差異情況
案例(2)外泌體miRNA可用于非小細胞肺癌的早期診斷
該研究從早期非小細胞肺癌(NSCLC)患者的血漿中分離腫瘤來源的外泌體。利用miRNA-seq對46個I期NSCLC患者和42個健康個體的外泌體miRNA進行分析,以鑒定和驗證腺癌(AC)和鱗狀細胞癌(SCC)的特異性miRNA。與健康個體相比,AC和SCC患者分別有11個和6個miRNA表達水平顯著增高,13個和8個miRNA表達水平顯著降低。不同的腺癌和鱗癌特異性的外泌體miRNA進一步被驗證。與以前研究報道一致,miRNA-seq數(shù)據(jù)證實了可用于診斷NSCLC和其他癌癥的潛在miRNA,如let-7、miR-21、miR-24和miR-486。結(jié)果表明,miR-181-5p、miR-30a-3p、miR-30e-3p和miR-361-5p為AC特異性的,miR-10b-5p、miR-15b-5p和miR-320b為SCC特異性的。采用AUC值為0.899、0.936和0.911,分別檢測NSCLC、AC和SCC,評估三種組合miRNA組的診斷準確度。這些miRNA在用于早期NSCLC診斷并用于高度敏感的非侵入性生物標志物是非常有希望的。
圖1 鑒定和定量健康個體、AC患者和SCC患者腫瘤來源的外泌體
圖2 qPCR驗證miRNA表達的結(jié)果
案例(3)外泌體攜帶的miR-25-3p和miR-92a-3p能夠刺激惡性脂肪肉瘤的發(fā)展
盡管近年來已發(fā)展出針對脂肪肉瘤(LPS)的聯(lián)合治療方案,但大部分患者對這些療法僅有輕微應答,并且可能導致局部或遠端的腫瘤復發(fā)。早期檢測到腫瘤的復發(fā)或轉(zhuǎn)移可以通過早期臨床干預來改善患者的預后。然而,目前還缺乏有效的生物標志物。該研究使用患者血漿和細胞系作為研究對象,證明了miR-25-3p和miR-92a-3p是由LPS細胞通過細胞外囊泡分泌的,可用作潛在的疾病診斷生物標志物。miR-25-3p和miR-92a-3p以TLR7 / 8依賴性方式刺激腫瘤相關(guān)巨噬細胞(TAM)分泌促炎細胞因子IL-6,這反過來促進LPS細胞增殖,侵襲與轉(zhuǎn)移。該研究提供了新的LPS發(fā)展機制,LPS細胞與其微環(huán)境之間的通訊對LPS的發(fā)展具有重要作用。該研究揭示了循環(huán)miRNA可作為疾病診斷以及監(jiān)測治療效果的生物標志物。
圖1 LPS患者樣本中PBV和PB的miRNA表達情況
參考文獻
[1] Au Yeung et al. Exosomal transfer of stroma-derived miR21 confers paclitaxel resistance in ovarian cancer cells through targeting APAF1. Nature Communications, 2016.
[2] Jin et al. Evaluation of tumor-derived exosomal miRNA as potential diagnostic biomarkers for early stage non-small-cell lung cancer using next-generation sequencing. Clinical Cancer Research, 2017.
[3] Casadei et al. Exosome-derived miR-25-3p and miR-92a-3p stimulate liposarcoma progression.Cancer Research, 2017.
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