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ssc-miR-486靶基因预测及生物信息学分析

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华北农学报・201 6,31(5):62-70 SSC.miR.486靶基因预测及生物信息学分析 张秀秀,黄万龙,郭云涛,苗向阳 (中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京 100193) 摘要:通过对ssc—miR-486进行靶基因预测及生物信息学分析,以探索其影响猪脂肪沉积的作用机制。首先利用 实时荧光定量PCR技术对脂肪沉积能力相差较大的莱芜猪和大白猪皮下脂肪组织中ssc—miR-486表达情况进行比较 研究,然后利用miRBase、Ensembl、 NCBI等数据库及miRanda、PITA、RNAhybrid、Cytoscape、JASPAR、Promoter Scan等软 件对ssc.miR486进行生物信息学分析,包括保守性分析、转录因子结合位点预测、靶基因预测、G0富集分析和KEGG 信号通路富集分析。结果表明,ssc。miR486在脂肪沉积能力较强的莱芜猪皮下脂肪组织中发生显著上调。生物信息 学分析结果发现,miR-486在各物种间非常保守,ssc—miR486启动子区域有SREBP1、SREBP2等多个转录因子结合位 点,获得的229个靶基因显著富集于脂质代谢、脂质生物合成、细胞代谢等生物学过程及类固醇生物合成、磷脂肌醇代 谢、PPAR等信号转导通路中。结果表明,ssc.miR.486参与了猪脂肪沉积或脂肪代谢的,为今后研究脂肪沉积提 供基础理论支撑。 关键词:SSC—miR-486;生物信息学;脂肪沉积;猪 中图分类号:Q78 文献标识码:A 文章编号:1000—7091(2016)05—0062—09 doi.10.7668/hbnxb.2016.05.010 Target Gene Prediction and Bioinformatics Analysis of SSC-miR-486 ZHANG Xiuxiu,HUANG Wanlong,GUO Yuntao,MIAO Xiangyang (Institute of Animal Sciences,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100193,China) Abstract:The target gene prediction and bioinformatics analysis of SSC・miR-486 were performed to explore its effects on the porcine fat deposition.First,the Real—time PCR was applied to detect differential expression of SSC- miR.486 in the subcutaneous adipose tissue of Laiwu pig and Large White pig which were quite different in terms of atf deposition capability.Then we performed bioinformatics analysis of SSC—miR486 including the prediction of the target genes and transcription factor binding sites,the analysis of sequence conservation and involved Gene Ontology and KEGG pathway of its target genes using the databases such as miRBase,Ensembl and NCBI and bioinformatic softwares such as miRanda,PITA,RNAhybrid,Cytoscape,JASPAR and Promoter Scan.sse—miR-486 was significant。 ly upregulated in the subcutaneous adipose tissue of Laiwu pig with easily fat accumulation.The bioinformaties anal‘ ysis showed that miR-486 was very conservative among various species and muhiple transcription factor binding sites such as SREBP1 and SREBP2 were predicted in the promoter area of SSC—miR486.Additionally the obtained 229 target genes of SSC.miR-486 were significantly enriched in many biological processes,for example lipid metabolism, lipid biosynthesis and cell metabolism,et al and signal transduction pathways such as steroid biosynthesis,inositol phospholipid metabolism and PPAR signaling pathway.The results suggest that SSC—miR486 plays a certain role in atf deposition and lipid metabolism of pigs and provide a basis for fat deposition research in the future. Key words:SSC—miR486;Bioinformatics;Fat deposition;Pig 肥胖是一种代谢综合征,是当今全球侵蚀人类 健康的常发病之一。目前,肥胖已经成为重要的世 收稿日期:2016—07—21 界性健康问题,据保守估计,大约有50%人口处于 超重状态,而且,在未来的几年里,肥胖的人数将达 基金项目:转基因生物新品种培育科技重大专项(2009ZX08008 ̄04B;2008ZX08008-003);国家“863”计划项目(2008AA10Z140);国家自 然科学基金项目(30571339);中国农业科学院农业科技创新项目(ASTIP-IAS05);国家重点基础研究发展计划(“973”计划项 目)(2015CB943100);中国农业科学院创新基金项目(2004-院一1);级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目 (2013ywf-yb-5;2013ywf-zd一2) 作者简介:张秀秀(1989一),女,山西大同人,硕士,主要从事分子育种研究。 通讯作者:苗向阳(1963一),男,山东莱州人,研究员,博士,博士生导师,主要从事基因工程和功能基因组学及分子育种研究。 - C T n 5期 张秀秀等:SSC—miR-486靶基因预测及生物信息学分析  ̄6RICULTURAE 63 1到7亿 。此外,肥胖并发症比如心脑血管疾病、 二型糖尿病、胰岛素抵抗、阻塞性睡眠呼吸暂停综合 征等的发病率在逐年升高,明显地增加了全球的发 病率和死亡率 ,因此阐明肥胖发生的机制,制定 有效的治疗方案已迫在眉睫。研究表明,脂肪组织 不仅是能量储存器官,而且是机体重要的调节能量 平衡的内分泌器官,它可以产生和分泌多种生物活 性肽,即脂肪因子,参与葡萄糖和脂质代谢、能量平 衡、成脂分化、血管功能等多个生物学过程的调 控 ,脂肪组织功能紊乱会导致肥胖及其并发症的 发生 ,因此脂肪组织是主要治疗肥胖的靶标。 脂肪组织功能受到pRB—E2F、MAPK、PPAR、 WNT等重要信号通路以及SREBPS、C/EBPS和 PPAR',/等关键转录因子的严格,此外,近年来 越来越多的研究证明microRNA(miRNA)在成脂分 化和脂代谢中也发挥了重要作用。miRNA是一种 长为18~22 nt的内源性非编码RNA,在细胞内由 70~80 nt的单链RNA前体经Dicer酶剪切加工而 来,广泛存在于植物、线虫和哺乳动物细胞中,具有 高度的进化保守性 ,它可通过与靶基因的3 非翻 译区(3 UTR)互补配对,引起靶基因mRNA降解或 转录后翻译抑制,从而对基因表达进行转录后调 控 ,在动物细胞的增殖、分化、凋亡和代谢等许 多生物学过程中发挥重要作用… 。2003年,xu 等¨ 在研究果蝇时发现miR.14参与了三酰基甘油 和二酰基甘油水平的调节,自此miRNA对脂代谢的 作用受到了关注,2004年,Esau等¨ 发现miR一 143可以通过靶基因MAP2K5促进脂肪细胞分化, 自此第1个影响脂肪细胞分化的miRNA被鉴定出 来,随后一系列的脂代谢及成脂分化的miR— NAs陆续被发现,例如miR 103促进了成脂分 化 16],let一7和miR.27家族抑制了成脂分化… , miR一33了脂肪酸、甘油三脂和胆固醇的稳态 等 。。 。本试验利用生物信息学对另外1个在莱 芜猪皮下脂肪组织中发生显著上调的miRNA—SSC- miR-486进行了功能研究,猪是人类疾病研究的医 学模型,在脂肪沉积的很多方面与人类相似 ,故 研究SSC.miR-486在猪脂肪组织中的作用,不仅 有助于猪的肉质改善,更有望为治疗肥胖提供有用 信息。 miR-486是由Fu等 在2005年利用人的胎肝 组织研究miRNA鉴定方法时首次鉴定并注册的5 种新miRNA之一,目前关于miR-486的研究多集中 在肺癌、肝癌、大肠癌、胃癌等癌症的研究中,然而近 来miR486在脂肪组织中的功能也逐渐受到了研究 DOREllLI—SIHICII 者们的关注。Prats—Puig等 对肥胖和正常儿童进 行循环miRNA表达谱比较研究时发现,在肥胖儿童 的血清中miR-486的浓度显著高于对照组,而且其 浓度的指标与体重指数及其他的肥胖指数例如体脂 率、区域性脂肪分布等密切相关,表明血清中miR一 486的表达异常是青春期前肥胖的1个重要生物标 志。此外,Liu等 钊通过荧光素酶报告和转染试验 证明miR-486通过靶向HAT1阻碍了ABCA1介导的 胆固醇外流,从而促进了巨噬细胞中胆固醇的积累, 增加了动脉粥样硬化的发生率。基因与细胞工程实 验室前期对不同脂肪沉积能力的莱芜猪和大白猪的 皮下组织小RNA进行高通量测序,结果发现SSC— miR-486在脂肪沉积能力较强的莱芜猪中发生了显 著上调,qPCR也验证了这一点。基于以上发现,推 测miR-486可能是一个潜在的参与脂肪沉积的 重要miRNA。目前,最权威的miRBase数据库对 SSC—miR-486的功能没有注释,miR-486对猪脂肪沉 积的影响机制尚不清楚,因此,本试验主要利用生物 信息学方法对miR-486在脂肪沉积中的功能进行进 一步探索和挖掘,为SSC.miR486在猪脂肪沉积中的 研究提供理论指导,为治疗人类脂肪疾病提供潜在 的靶点。 1 材料和方法 1.1试验材料 以莱芜市大千农牧有限公司莱芜猪场的莱芜猪 和大白猪作为试验材料,选取在相同条件下饲养的 莱芜猪和大白猪各3头。屠宰后取相同部位的皮下 脂肪组织,迅速放于1.8 mL的冻存管中,并立即投 入液氮速冻,然后一80℃冰箱保存备用。 1.2 qPCR检测两品种猪皮下脂肪组织中SSC- miR-486的表达变化 利用TRIzol试剂盒(Invitrogen)提取皮下脂肪 组织各样本的总RNA,检测总RNA的质量和完整 性,检验合格后用SG One—Step miRNA RT Kit试剂 盒合成cDNA,试验操作按产品说明书进行。以 cDNA为模板,在Step One PLUS荧光定量PCR仪 (ABI,美国)中进行qPCR试验,每个物种3个重复, 反应体系为15 L:2×SG Green qPCR Mix 7.5 IxL, 上下游引物(10 ̄xmol/L)各0.25 p,L,cDNA模板 1 L,ddH:O补至15 L。反应条件:95 qC预变性 10 rain;95 qC变性15 S,60℃退火延伸15 s,45个循 环;PCR产物溶解曲线的反应条件:95 oC 15 s, 60℃30 S,95℃15 S。引物为5 -TCCTGTACT— GAGCTGCCCCGAGTT.3’,由北京信诺金达生物科技 ^ C T ● 80n脏llC札U卜f射UHRIlc1.E 华北农学报 31卷 有限公司合成。以 为内参基因,利用2|△ 计算 SSC.miR-486的相对表达量,GraphPad Prism5统计软 件对SSC—miR-486在不同样本中的相对表达量进行 统计分析(t-test),数据以“平均值土标准误(mean± SE)”表示。 1.3 SSC-miR-486生物信息学分析 1.3.1 SSC.miR-486转录因子结合位点(TFBS)预 测在Ensemble数据库中检索出SSC-miR-486的1 条前体,再利用NCBI数据库检索到其另外1条前 体,取它们上游2 kb的序列,利用JASPAR CORE Vertebrate(http://jaspardev.genereg.net)和Scan Version 1.7 f http://www—bimas.cit.nih.gov/molbio/ proscan/)2个在线预测软件对SSC-miR-486进行 TFBS预测。 1.3.2 miR-486保守性分析从miRBase(Release 21;http://www.mirbase.org/)中检索出猪(Sus scrofa,Ssc)、人(Homo sapiens,Hsa)、牛(Bos taurus, Bta)、大猩猩(Gorilla gorilla,Ggo)、猕猴(Macaca mulatta,Mm1)、黑猩猩(Pan troglodytes,Ptr)、婆罗州 猩猩(Pongo pygmaeus,PPY)、灰仓鼠(Cricetulus gri— seus,Cgr)、大鼠(Rattus norvegicus,Rno)、小鼠(Mus musculus,Mmu)、马(Equus caballus,Eca)的miR-486 序列,分析其保守性。 1.3.3 SSC—miR-486靶基因的预测 为了探索SSC— miR-486的生物学功能,从Ensemble数据库中提取 猪所有基因的3 UTR序列,在Linux系统下利用mi- Randa(http://www.microrna.org/micro rna/get- Downloads.do)、PITA(http://genie.Weizmann.ac. il/pubs/mir07/mir07data.htm1)、RNAhybrid(http:// bibiserv.Tec hfak.uni—bielefeld.de/rnahybrid/)3种 软件对SSC-miR-486进行靶基因的预测,并取三者预 测结果的交集,然后结合文献中报道miR-486的靶 基因,共同组成SSC-miR-486的靶基因集合用于后续 的进一步分析。 1.3.4 Gene Ontology分析采用Cytoscape的插件 BINGO(http://www.cytoscape.org/)对靶基因进行 功能富集分析,Cytoscape是1个开源的生物信息学 处理软件,可用于生物分子、基因等的信息整合,并 实现分子互作网络的可视化,而BINGO可实现 Gene Ontology数据库中很大一部分功能,如基因的 GO注释层次分类及富集分析等。从Gene Ontology 数据库(WWW.geneontology.org)中下载最新的猪的 GO Ontology注释信息,利用BINGO对SSC・miR486 预测的靶基因集合进行基于生物学过程(Biological process,BP)、细胞组分(Cellular component,CC)和 分子功能(Molecular function,MF)3个层面的GO注 释分析,并利用超几何分析检验法进行统计学分析, 利用Benjamini.Hochberg算法进行校正,得到显著 富集的GO Terms(corr P—value<0.05)。 1.3.5 KEGG Pathway分析Cytoscape的另1个插 件ClueGO是Bindea等 开发的1个可以进行基 因功能注释分析,并以图表和网络的形式展现分类 注释条目的生物信息学平台,该插件可以随时更新 数据库,保证基因注释的全面性。利用ClueGO对 8SC—miR-486靶基因集合进行基于KEGG的Pathway 富集分析,通过超几何分析检验法进行统计学分析, 利用Benjamini.Hochberg算法进行校正,得到显著 富集的Pathways(colt P—value<0.05),再基于Kap・ pa值将功能相近的Pathways分为1组,以图表和网 络的形式呈现(Kappa≥0.3)。 2 结果与分析 2.1 qRT-PCR结果 qRT PCR结果如图1所示,产生的扩增曲线 是“s”型,溶解曲线只有单一峰,说明SSC-miR一 486可以进行特异性扩增,数据经GraphPad Prism5统计软件分析后发现,SSC-miR-486在莱芜 猪皮下脂肪组织中的表达量极显著高于在大白 猪中的表达量(P<0.000 1),莱芜猪是脂肪沉积 能力较强的猪种,而大白猪是典型的瘦肉型猪 种,故推测SSC.miR-486可能促进了猪的脂肪沉积。 后续对SSC—miR-486进行生物信息学分析,以进一步 探索和挖掘其功能。 2.2 TFBS预测结果 使用2种在线软件分别对2条SSC—miR-486前 体(表1)的上游2 kb区域TFBS进行预测,发现它 们的启动子区域有增强子激活结合蛋白2(Activa- ting enhancer binding protein 2,AP一2)、转录因子SPI (Spl transcription factor,SP1)、CCAAT/.t ̄强子结合 蛋白 (CCAAT/enhancer—binding protein alpha, CEBPct)、CCAAT/增强子结合蛋白13(CCAAT/en. hancer—binding protein beta,CEBP13)、胆固醇调节元 件结合蛋白1(Sterol—regulatory element binding pro— teinl,SREBPI)、胆固醇调节元件结合蛋白2(Sterol- regulatory element binding protein2,SREBP2)、转录因 子SOX17(SOX17 Transcription factor,SOX17)、成肌 分化因子1(Myogenic differentiation 1,MYOD1)等多 个转录因子结合位点(图2一A),其中SP1、C/EBPot、 C/EBP13、SREBP1、SREBP2均参与了脂肪细胞分化 及脂肪代谢的调节。 n C T n 5期 张秀秀等:SSC miR-486靶基因预测及生物信息学分析 lIIRICULTURAE 65 lBgEllLl-SIHI∞ A 0001 扩增曲线 Amplification plot B 谜霞果 冯 m住 霹∞O0一 {垒坌!墨=:—— —∥ —一  n 5 溶解曲线Melt Ctnwe 37 O0o.0 32 000.0 27 000.O 22 O00.O 17 o()0.O l2 O00.0 7 O00.O 1.司一 一 ^ P/笔 D 2 O0n O 。....... 65.0 70.0 75.0 80.0 85.0 T岫:78.6 0 96.0 0.0 骥米 品种Breed L 温度/℃ Temperature 皇Isua苫 00蠹 ∞ 0nI 0∞jH∞ ∞ 鲁I10 0昌 A.SSC-miR-486的扩增曲线;B.SSC—miR-486的溶解曲线; C.SSC—miR-486在两品种猪皮下脂肪组织中的差异表达;L.莱芜猪,D.大白猪。 A.The amplication plot of SSC-miR-486;B.The melting curve of SSC.miR-486:C.The differential expression of SSC—miR-486 in the subcutaneous adipose tissue from two breeds of pigs;L.Laiwu pig;D.Large White pig. 图1 qRT-PCR结果 Fig.1 The results of qRT—PCR 表1 SSC-miR-486的前体信息 Tab.1 The precursor information of SSC-miR一486 2.3 保守性分析 应用miRBase数据库检索猪在内的共11个物 种的miR-486成熟序列进行分析,结果如表2所示, miR-486序列在各物种中高度保守。 表2不同物种miR-486成熟序列 Tab.2 Mature sequences of miR-486 from different species 2.4靶基因预测结果 面,SSC.miR-486的靶基因主要显著富集于脂质代 谢、脂质生物合成、细胞脂质代谢及磷脂代谢等与脂 类代谢相关的GO条目中(con"P-value<0.05),在 取miRanda、PITA及RNAhybrid 3种软件预测 结果的交集,共得219个基因(图2-B),再结合文献 中已报道的miR-486的10个靶基因,共计获得SSC— 细胞组分(CC)层面,靶基因显著富集于细胞质、胞 内组分、膜性细胞器及脂粒等GO条目中(corr P- miR--486的靶基因为229个,作为后续功能注释的 靶基因集合,如表3所示。 2.5 Go分析结果 value<0.05),在分子功能(MF)层面,靶基因富集 于酰基转移酶活性、类固醇激素受体活性等条目中 (0.05<corr P.value<0.20),由于corr P.value> 针对以上229个靶基因进行GO注释分类和富 集分析,结果显示(表4—6),在生物学过程(BP)层 0.05,富集于MF层面的条目可能具有假阳性。 n C A6RICUL DOREaLI- 3I巷 A ~一一in{II-486 J 转录 n’内作II J关系 : m代是转录 』 ,叫肜代表 B 3种耙Jl 预测软件对一,・inil1486靶基冈的预测 . ,_J{486 、 I’IIP『 l_、、(11k{lt' ^I’一rail{486 and I、}’ : 1、l1t triangle:-,}t’1)lP t 『II I1"0.11 ̄(‘ripthm l cIt’【【I1 h.1he【’ctlt ̄ i ih {。 B 【1l1 lIlt di,’lion l-f suits l】 IH I。一IIIiI/486 lai t f g l1Ps I)y Ih TP kimls I J IfnPIli{ Iion lI}I、 “lt・ 图2 SSC-miR-486转录因子及靶基因的预测结果 Fig.2 The prediction results of TFs and target genes of sse—miR一486 表3 sse—miR-486的部分靶标基因 Tab.3 Part of the target genes of SSC—miR-486 2.6 KEGG富集结果 为l『进一步探索SS(-一IIIi11-486的功能, ( ()注 释的基钏I ,利用Clu ( ()埘229个靶墙【 进j KEGG通路 t: 集分析,结 3所,Jj,靶 凶 著 琏【叫1I) ( 11 ̄・I1) l()0 I 54584 lO0I42664 l()05 I 8049 lO0l0l922 397216 l()()1 42668 l()0739223 397395 445537 397062 符号 (、7PI1( syI|lI’‘Jl f 人,,, tlE、0 1 'll/ 4 7w 1 | 5 3 , II,1 、 EU3 CI)40 S l 3t LI l"b、 f ID ( ㈩1 IJ) l005l 8350 396590 l005237l6 1()05l5777 1(】()13566l l()65 10466 1005 l9389 l()0523730 l()()l 56801 l 00524520 J ;I符 ( f-Ilc VI)11) Ff VDC1 S《 0 M()L M 41'4凡2 , I?P6 SCD5 , I I)OCK3 BCI ,,4 『{Y『{,{ DII、5 寓集丁9个,f 物学通路【If. ・lI_1包括炎…醇中物合 成、磷酸肌 代谢、磷脂眦肌醇信号通路、 磷脂fI’ U-转导通路、 AR信lj‘通路、p53价 通路、 ga--1Ill}l R介 的细胞夼噬作 、非小细胞肺癌、 IllTOR信 转 通路 堪J Kappa价,瞵酸肌醇代 磷脂眦肌崞信号通路傲分为一组,其他7个通 路千年为一纠【(Kappa≥0.3)( 3一B). r}r前4组均 足 j脂质代c[{f卡¨天的通路.敞推测SS(--mil{一486可能 参 了脂J 代c!j}的 表4 SSC-miR-486靶基因在生物学过程(BP)层面富集结果 Tab.4 Enrichment results of SSC・miR-486 target genes in BP level n C T ^ 5期 张秀秀等:一・.afiR--486靶基因预测及生物信息学分析 67 a日RlCULTURAE BOREALI-SHICA 表5 SSC—miR-486靶基因在细胞组分(CC)层面富集结果 Tab.5 Enrichment results of ssc-miR-486 target genes in CC level 表6 SSC—miR-486靶基因在分子功能(MF)层面富集结果 Tab.6 Enrichment results of sse-miR一486 target genes in MF level 基因/条目%6enes/Tem A 0 l 2 3 5 6 7 8 9 10 Il l2 l3 I4 Steroid hiosynthesis 吼R sigaalig npathway lnositol D}l0sDhate mtaboli Phosphatidylinositol signaling syste ̄ spaingolipid signaling pathcay 43 sis ̄aling pathway mTOR signaling path ̄y Fc gama R-mdiated pbagocytosis Non-sallt celllung cancer PI B C VE IN L1 ●.羔 HSHO1 ● LIPA thesiS CYP51 g  ̄thway" ACSBG1 R s 5 A.9个 著富集的KEGG palhways:’.靶基闲娃著富集的Pathways(eorl p-、ralue<O.05).“.靶基冈极显著寓集的Pathways(rorr p-value( 0.01);B.基于Kappa值,根据功能注释进行分组的Pa Lliways:9个通路,共分为了8组(Kappa≥0.3);C.富集通路的网络图:大 点代表通路, 小节点代表富集到泼通路中的靶基冈 A.9 signiifcantly enriched KEGG Pathways: .Signifwant'h,enAcbed pathways of[argel genes(eol’r,】-vaJue<0.05).”.Highly signiifcantly ell!‘iehed .pathways ot target genes(eorr P-value<0.01):B.Aeeoding to the functional annotation of pathways,9 KE( ( pathways were divided into 8 groups based I1n II ̄eir Kappa score level(Kappa≥0.3);C.The nt‘twork of enriched pathways:the big i|odes illeall pathwa) S.and the smaller nodes nleall target genes enriched in these pathways. 图3 SSC.miR-486靶基因的KEGG富集结果 Fig.3 KEGG enrichment results of sse—miR-486 predicted target genes 3 讨论与结论 目前随着对miRNA研究的日益深入,越来越多 的miRNA被鉴定出来,但是仍有很多miRNAs的功 能是未知的,miRNA功能的实现往往比较复杂,比 如上游的转录因子和下游的靶基因与IniRNA共同 组成1个网络参与生物学过程的调节,此外, 1个miRNA可能作用于多个靶基凶,多个miRNA也 华北农学报 31卷 可能作用于1个靶基因,因此面对庞大数量的miR— NAs功能的研究,只是利用试验的方法,已经变得相 当困难,再加上高通量技术的应用和发展,大量的 miRNAs被鉴定出来 驯,为miRNA功能的探索和 挖掘带来了挑战。生物信息学作为新兴起的学科, 可以对海量和复杂的信息进行分析和处理,为下一 步试验提供指导,在miRNA研究中扮演着非常重要 的角色。本试验主要利用生物信息学方法研究和探 索ssc-miR-486在猪脂肪沉积及脂代谢中发挥的作 用,以期为后续的试验提供数据支持。首先利用 qRF—PCR技术对莱芜猪和大白猪皮下脂肪组织中 SSC.miR-486的表达量进行比较,结果发现其在莱芜 猪中显著上调,推测其促进了猪的脂肪沉积,为了进 一步挖掘SSC-miR-486潜在的生物学功能,通过生物 信息学方法对SSC—miR-486进行转录因子结合位点 预测、同源性和进化分析、靶基因预测及对靶基因进 行功能富集分析和信号转导通路富集分析,以了解 SSC-miR-486可能的转录因子位点、进化关系及 其参与的生物学过程和信号通路,进而对其在 猪脂肪沉积中的作用进行探索。MiRanda、RNAhy。 brid、PITA是目前比较常用的3种可以实现本地化操 作的靶基因预测软件,下载猪所有基因的3 UTR区, 利用这3种软件在本地完成了SSC.miR-486靶基因的 预测,再取3种软件预测结果的交集,减少了假阳性, 保证了靶基因预测的准确性。此:外,在进行后续功能 分析之前,综合了近几年来关于miR-486研究中确定 的靶标作为后续分析的靶基因集合,靶基因预测是进 行miRNA功能研究的基础,采用上述策略鉴定出的 靶基因保证了后续功能分析的全面性和可靠性。 为了揭示SSC-miR-486在猪脂肪沉积中的作用, 本试验对预测的靶基因集进行GO注释分析和 KEGG生物通路富集分析,利用的分析软件分别是 Cytoscape的插件BINGO和ClueGO,Cytoscape 是 1款开源的生物信息学软件,可用于高通量表达数 据及其他生物分子交互作用信息的整合及分子交互 网络的可视化,此外可以利用自身以及第三方开发 的大量功能插件,实现差异基因及分子的功能注释。 BINGO与ClueGO分别完成靶基因的GO Ontology 分析和KEGG Pathway分析,这2款插件与其他的功 能注释软件相比,最大的优势在于它们可以随时更 新GO Ontology和KEGG Pathwa Y数据库,保证注释 信息的全面性,这对于注释信息.相对不完善的猪来 说,具有更大的优势。SSC.miR-486靶基因集的GO 注释主要显著富集在了脂质代谢、脂质生物合成、细 胞脂质代谢等生物学过程中,由此推测SSC・miR-486 在猪的脂质代谢中发挥重要作用。KEGG分析结果 显示,SSC—miR-486靶基因显著富集在类固醇生物合 成、磷酸肌醇代谢、鞘磷脂信号转导通路、PPAR信 号通路、非小细胞肺癌信号通路等9个信号转导通 路中。类固醇是广泛分布于生物界的一大类环戊稠 全氢化菲衍生物的总称,包括固醇(如胆固醇、羊毛 固醇、谷甾醇、豆固醇、麦角固醇),胆汁酸和胆汁醇 等,鞘磷脂是机体内两大类磷脂之一,磷酸肌醇是1 种酸性磷脂,大约占细胞磷脂的8%。SSC-miR-486 通过靶向作用于信号通路中的靶基因改变了类固醇 生物合成、磷酸肌醇代谢等通路的信号转导,参与了 这些脂质的生物合成及代谢。 PPAR信号通路也是1条关键的与脂肪酸代 谢、固醇代谢以及成脂分化相关的通路 ,该通路 中的核心元件PPARs是一类由配体激活的核转录 因子,可以被脂肪酸及其派生物激活,属于受体超家 族成员,最早由Isseman和Green从小鼠肝脏中克隆 得到 ,目前已发现有PPARct、PPARI3和PPAR ̄/3 种亚型 ,其中,PPARa在肝脏、心脏、肾脏及大部 分的动脉血管细胞中高水平表达,具有调节脂质和 脂蛋白代谢,缓和动脉粥样硬化及降低血浆中三酰 甘油含量等功能。PPAR ̄几乎在全身所有组织中 都有较高的表达,目前,有关PPARI3的研究报道较 少。而PPAR ̄/在脂肪组织中的表达最丰富,是核心 的脂代谢和脂肪细胞分化的转录因子 ” 。 此外,RXR(视黄醇x受体)也是PPAR信号通路中 的核心元件,当PPARs被上游的脂肪酸等配体激活 后,RXR与其结合形成异二聚体,然后通过与位于 脂代谢或成脂分化相关基因上游的特异性DNA反 应元件(Peroxisome proliferator responsive element, PPRE)结合而基因表达 ,从而完成整个信号 通路的信号转导,实现了对下游脂代谢、脂肪细胞分 化等生物学功能的。 SSC—miR-486通过靶向RXRB、ACSBG1等基因参 与了PPAR通路的信号转导,其中RXRB属于视黄 醇x受体基因,ACSBG1(酰基辅酶A合成酶口胶家 族成员1)属于PPAR通路中PPARs作用的下游靶 基因。Keller等 利用凝胶阻滞和共转染试验证明 PPARcx可以与RXRB形成异二聚体,然后共同激活 乙酰辅酶A氧化酶基因的表达,促进脂肪酸的B一氧 化。ACSBG1是ACSBG家族中的成员,又称长链酰 基辅酶A合成酶,催化脂肪酸转变为相应的脂肪酸 辅酶A派生物,促进脂肪酸氧化分解,Wang等 叫 研究发现,甲福明可以增加小鼠C2C12细胞中脂肪 酸氧化相关基因PPARD、ACSBG1等的表达,从而促 5期 张秀秀等:SSC—miR-486靶基因预测及生物信息学分析 69 进脂肪酸氧化,抑制了C2C12细胞中脂肪的沉积。 因此,RXRB与ACSBG1均是可以促进脂肪酸氧化, [2] [J].Lancet,1998,351(9106):853—856. Cummings D E,Schwartz M W.Genetics and pathophysi 抑制脂肪沉积的基因,推测SSC.miR-486通过靶向抑 制PPAR信号通路中的这2个基因,抑制了脂肪酸 的分解代谢,从而促进了猪的脂肪的沉积,这与SSC— miR-486在脂肪沉积能力较强的莱芜猪中发生显著 上调的现象是一致的。 转录因子结合位点预测发现SSC.miR-486启动 ology of human obesity[J].Annual Review of Medicine, 2003.54(1):453—471.  J,Iriarte J,Silva C,et a1.The obstructive sleep [3] Salvadorapnoea syndrome in obesity:a conspirator in the shadow [J].Revista de Medicina de La Universidad de Navarra. 2004,48(2):55—62. [4] Smitka K,Maresova D.Adipose tissue as an endocrine or— gan:an update on pro—inflammatory and anti・inflammatory microenvironment[J].Prague Medical Report,2015,116 子区域有C/EBPc ̄、C/EBP ̄、SREBP1、SREBP2等转 录因子的结合位点,SREBPs是脂类代谢调节中的 一个关键转录因子,其中SREBP1可以激活参与脂 肪酸、磷脂和甘油三酯合成的基因FASN、SCD、ACC 的表达 ,SREBP2了参与胆固醇合成和摄 取的基因如HMGCR、LDLR和HMGCS的表达 。 C/EBPa是脂肪细胞分化的关键基因 , C/EBP ̄在脂肪细胞分化的早期表达,通过作用于 C/EBP ̄和PPAR ̄/启动子上的C/EBP调节元件激 活它们的表达,从而调节下游成脂分化标记基因例 如FABP4、LPL、FAS、GLUT4等的表达,使脂肪细胞 进入终末分化阶段 。由此可知C/EBPa、 C/EBP ̄、SREBP1、SREBP2是调节脂肪细胞分化和 脂代谢的关键转录因子,它们作用于SSC.miR-486编 码基因的启动子,可能会对SSC—miR-486猪脂代 谢或脂肪细胞分化产生影响。 ,本试验预测得到的靶基因还需要进一步的试验 验证。此外,与人、大鼠、小鼠、牛等物种相比,数据 库中猪的注释信息相对较少,对SSC.miR-486靶基因 的功能注释相对局限,故随着对猪研究的不断深入, 猪的注释信息会不断完善,那么SSC.miR-486的功能 就有待进一步分析和阐明。总之,本试验主要利用 生物信息学的方法,对SSC—miR-486进行转录因子、 GO、KEGG Pathway等方面的分析,探索了SSC—miR- 486在猪脂肪沉积、成脂分化、脂代谢等方面的 功能,挖掘出了SREBPs等多种转录因子,RXRB、 ACSBG1等关键靶基因以及PPAR等重要信号通路。 为今后有关SSC.miR-486的后续研究提供一定的数 据支持和理论指导。 SSC-miR-486受到SREBPs、C/EBPs等多个转录 因子的,它可能通过靶向类固醇生物合成、鞘磷 脂信号转导通路、磷酸肌醇代谢、PPAR信号通路中 的靶基因影响这些通路的信号转导,进而参与了猪 的脂肪沉积及成脂分化的。 参考文献: [1]Lean M E,Han T S,Seidell J C.Impairment of health and quality of life in people with large waist circumference (2):87—111. 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