髓母细胞瘤中lncRNA表达调控特征解析

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背景:髓母细胞瘤(Medulloblastoma,MB)是最常见的儿童脑部恶性肿瘤,在儿童中的发病率约为每年0.5人/10万人。由于MB恶性程度较高,即便经过标准治疗(手术切除、放疗和辅助化疗)后,总体生存率仍然仅为70%左右。临床上主要将MB分为WNT、SHH、Group 3和Group 4等4种分子分型,不同分型的分子机制存在明显差异。全面解析各分型的分子机制有助于靶向药物的研发以提升治愈率,因而具有重要的临床价值。当前对于不同分型MB分子机制的理解主要集中于蛋白质编码基因,对于lncRNA在MB发生发展中的作用认识有限。鉴于已发现lncRNA在其他肿瘤中通过多种机制参与肿瘤的发生发展,系统深入地探究MB中lncRNA的表达调控特征将有助于加深对MB发病机制的理解。方法:本研究中,我们首先利用Illumina NovaSeq测序平台对63例MB肿瘤组织进行rRNA去除双端150 nt链特异RNA-seq测序。其次,通过lncRNA和circRNA从头注释、功能富集分析等方法对MB中lncRNA的整体表达特征进行了探究。再次,分别利用mRNA、lncRNA和circRNA表达量数据对MB进行分型,并比较不同数据分型的效果和稳定性,从而确定最终的分型结果。继而,通过差异表达分析系统性识别分型特异性lncRNA。随后,使用功能富集分析和基因共表达网络,对分型特异性lncRNA在各分型中的调控作用进行了探究。最后,对16例各分型MB样本进行了 DNA甲基化测序,系统性比较了lncRNA和mRNA基因的DNA甲基化调控特征。结果:(1)基于63例MB的rRNA去除链特异RNA-seq数据,识别出30,101个lncRNA,其中24,648个为未在GENCODE中注释的lncRNA;从头注释出2759个高质量的circRNA,其中82个circRNA为新发现的。(2)通过MB中差异表达lncRNA的功能富集分析不仅发现了已知在MB发生发展中发挥功能的信号通路,如中枢神经系统神经元分化、神经系统发育的正向调节、胞膜粘附分子介导的嗜同性细胞粘附等,还新发现了一些可能参与MB发生发展的信号通路,如跨突触信号的调节、运动行为和轴突发生等。(3)从WNT、SHH、Group 3和Group 4分型MB中各识别出887、818、513、515 个分型特异性 mRNA,2566、2308、1306、1474 个分型特异性lncRNA,178、136、52、62个分型特异性circRNA。Fisher精确检验结果显示,分型特异性lncRNA在绝对数量和比例上均显著高于mRNA和circRNA。(4)通过对分型特异性lncRNA的GO功能富集分析,不仅验证了已知参与了 MB发生发展的信号通路,如Wnt信号通路、血管形态发生、光感知相关通路、小GTP酶介导的信号传导、蛋白激酶的正向调节、质膜细胞粘附分子介导的嗜异性或嗜同性细胞间粘附等;还新发现了一些新的可能参与MB发生发展的信号通路,如靶向膜的SRP依赖性共翻译蛋白、核转录mRNA分解代谢过程及无义介导的mRNA降解、翻译起始和受体内化的正向调节等。(5)通过整合mRNA、lncRNA和circRNA的表达量数据构建基因共表达网络并识别各分型高关联模块,发现与Group4型MB关联度最高的模块中lncRNA的比例显著高于其他模块,提示相关lncRNA可能通过协同调控模块关键基因GRM8从而参与了 MB的发生发展。(6)与mRNA相比,lncRNA的表达具有更高的分型特异性,这种特性可能是由于DNA甲基化对lncRNA具有更强的调控作用所致。结论:本研究通过rRNA去除链特异性测序及从头注释在MB中新发现了 24,648个未在GENCODE中注释的lncRNA。MB中差异表达lncRNA的功能富集分析新发现了跨突触信号的调节、轴突发生等信号通路可能在MB的发生发展中具有重要的功能。分型特异性lncRNA的功能富集分析新发现了靶向膜的SRP依赖性共翻译蛋白、核转录mRNA分解代谢过程及无义介导的mRNA降解等信号通路可能参与了 MB的发生发展。整合mRNA、lncRNA和circRNA表达量数据构建的基因共表达网络,为认识不同分型MB发生发展的机制带来了新的启示,例如揭示GRM8可能在Group 4型MB发生发展中发挥重要作用。而DNA甲基化异常相关的lncRNA表达紊乱是MB发生发展的可能机制之一。
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