论文部分内容阅读
研究目的：利用RNA测序(RNA sequencing, RNA-Seq)技术,研究HIV-1转基因大鼠及经过尼古丁处理的F344大鼠在前额叶皮质(prefrontal cortex, PFC)、纹状体(dorsal striatum, STR)和海马体(dorsal hippocampus, HIP)三个大脑区域中的基因表达,并考察尼古丁对HIV-1转基因大鼠三个大脑区域的基因表达的影响。研究方法：1.24只雄性成年HIV-1转基因大鼠和24只雄性成年对照品系F344大鼠分别随机分为处理组和对照组,每组12只,分别注射尼古丁水溶液或生理盐水17天,共分为四组,分别是F344盐水对照组、F344尼古丁处理组、HIV-1Tg盐水对照组和HIV-1Tg尼古丁处理组。2.药物处理结束后,从每只大鼠大脑采集PFC、STR和HIP组织。然后采用RNA-Seq技术对48只大鼠大脑PFC、STR和HIP区域的mRNA进行测序,测出的读段利用Bowtie、Tophat及Cufflinks等生物信息学工具比对到参考基因组上并测量转录子表达水平。3.采用RPKM方法估计基因表达水平,并以FPKM值为对象,利用t检验方面确定在F344尼古丁处理组和F344盐水对照组发生显著变化的基因,另一方面确定在HIV-1Tg盐水对照组和F344盐水对照组发生显著变化的基因。另外利用方差分析考察品系(HIV-1转基因大鼠vs F344大鼠)与处理效应(尼古丁vs盐水)之间的交互作用,并进一步利用t检验考察尼古丁处理对于HIV-1转基因大鼠的基因表达的影响。基于筛选出的差异表达基因,利用Onto-Express确定差异表达基因所富集的Gene Ontology分类,并利用IPA确定差异表达基因所参与的生物学通路。研究结果：1.通过分析每个转录子在F344盐水对照组和F344尼古丁处理组的表达水平,确定了PFC、STR和HIP区域在尼古丁影响下的表达水平显著变化的基因分别有50、50和383个。在这些基因中,与多个GO富集分类如离子传输、转录调控及信号转导等以及IPA通路如蛋白激酶A信号通路、ERK/MAPK信号通路、突触长时程增强及线粒体功能障碍等相关的基因显著富集。2.通过分析每个转录子在F344盐水对照组和HIV-1Tg盐水对照组的表达水平,确定了HIV-1转基因大鼠中在PFC、STR和HIP区域表达水平显著变化的基因分别有245、385和139个。在这些基因中,与多个GO富集分类如免疫反应、转录调控、离子运输、神经递质代谢及DNA损伤应答等以及IPA通路如多巴胺受体信号通路、Wnt/β-连环蛋白信号通路、靶细胞凋亡、干扰素信号通路及LXR/RXR通路等相关的基因均显著富集。3.通过对F344盐水对照组、F344尼古丁处理组、HIV-1Tg盐水对照组和HIV-1Tg尼古丁处理组这四组实验数据进行方差分析,确定了品系和处理效应之间存在交互作用。通过比较每个转录子在F344盐水对照组和HIV-1Tg盐水对照组以及HIV-1Tg盐水对照组和HIV-1Tg尼古丁处理组的表达水平,确定了在HIV-1转基因大鼠的PFC、STR和HIP区域中差异表达同时受到尼古丁修复作用的基因分别有23、13和11个,包括Rps20、Ndufa4以及Fgf9等。研究结论：1.尼古丁通过改变某些基因的表达,可以调节大脑PFC、STR和HIP区域中信号转导、转录调控及离子运输等多个过程,从而引起神经功能障碍。2.HIV-1转基因大鼠中,大脑PFC、STR和HIP区域中某些基因的表达会出现异常,从而导致髓鞘形成、Wnt/β连环蛋白信号通路及信号转导等多个生物学过程发生改变,最终导致神经系统的损伤。3.在同一生物通路中,尼古丁可能与HIV-1病毒蛋白的作用方向相反,在某些情况下尼古丁可以修复在HIV-1转基因动物中异常表达的基因和异常改变的通路,从而起到神经保护的作用。