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環狀RNA新視角:環狀RNA數量性狀位點(circQTL)
來源: | 作者:geneseed | 發布時間: 2019-05-24 | 104 次瀏覽 | 分享到:

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6场半全场胜负12137期 www.cwcclu.com.cn 環狀RNA的研究進展的如火如荼,越來越多的證據表明它參與了許多關鍵的信號通路,而它的形成以及調控機制仍迷霧重重。然而,除了作為基因調控網絡中的重要一員,circRNA的表達也是基因突變與表型改變中間的橋梁——對circRNA表達變化的理解將進一步揭露復雜性狀與疾病的分子分子機制。

北京大學健康科學中心的楊恩策研究員領導的團隊在遺傳學著名期刊Genome BiologyIF = 13.214)發表了他們的研究成果,為環狀RNA的研究提供了一個新的研究視角。

 

circQTL定義

數量性狀位點QTL是理解遺傳變異機制的一個有效的工具,例如eQTL通過確定風險SNPs是否與基因表達關聯從而判定該基因是否導致疾病。

circQTL指與circRNA表達變化相關聯的SNPs。文章對589例人背外側前額葉皮質樣品的circRNA進行了系統地分析,通過circRNA的表達與順式調控 SNPs (cis-acting SNPs)關聯分析,識別到了 196,255 circQTL。

 

circQTL 與疾病密切關聯

作者將所發現的circQTL SNPs GWAS Catlog 疾病與性狀 SNP數據進行共定位,發現max-circQTL SNPs(與每個circRNA表達變化最顯著關聯的SNP)顯著富集到了疾病相關的位點。并且與預期的一致,精神分裂癥(SCZ)的關聯位點最顯著;其他比較顯著的疾病還包括炎性腸?。?/span>IBD)和二型糖尿?。?/span>T2DM)。

 

circQTLs的潛在作用機制

作者試圖識別 circQTLs 潛在的機制,發現經典的剪切位點發生變異與更低的circRNA表達相呼應——暗示了經典剪切位點在環化中的必要性;另外還發現internal splicing sites external splicing sites (如圖4a)有利于環狀RNA的表達。同時,circQTLs 還被發現富集到了反向互補序列RCSs(如圖4b,c),之前已有研究[Zhang XO et.al., Cell, 2014]表明了該元件在外顯子環化中具有重要作用。

然而,雖然作者提到了這么多潛在機制,然而仍有大量circQTLs~90%)的功能與作用機制仍需進一步探究。

 

分析circQTL的挑戰

其中一個挑戰是如何區分SNPs所調控的是circRNA表達(circQTL)還是宿主基因的表達(eQTL)。

作者整合了兩種方法來表示circRNA的表達

一種用 circRNA junction的方式

這種方式表示真實的circRNA表達水平,然而卻無法區分SNP影響的是circRNA本身還是宿主基因的表達

一種用circRNA Ratio

這種通過相對線性RNA的表達克服了第一種方式的缺點

 

兩種方式量化策略雖然不同,然而卻達到了一致的檢測效率(~70%

 

CircRNA變化的影響因素

除了受遺傳因素的影響,如circQTL,生物與技術上的因素也會改變circRNA的表達。然而,這種影響相對于線性RNA來說程度更低,這主要得益于環狀RNA比線性RNA更穩定。

作者用limma包中的線性模型評估了技術性因素(Institution,文庫構建批次LIB,死亡事件PMI,RNA完整性RIN值)以及生物因素(死亡年齡AOD,性別,SCZ)對circRNA表達改變的影響。

 

我們可以發現其中library batch即樣本的文庫大小對circRNA表達變化影響最大,達到了39%,說明它是一個關鍵的因子;另外發現了175AOD相關的circRNA,其中有44個表達獨立于宿主基因或位于基因間區,這些基因中包括了在腦中高表達的CDR1as——可能暗示了該circRNA在腦中的累積與衰老密切相關。

然而,雖然有一大堆SCZGWAS風險位點,但最后結果顯示circRNA的表達并不受該因素影響,這種現象在之前一篇研究中[Fromer M et.al., Nat Neurosi, 2016]也被觀察到——SCZ GWAS 風險基因并沒有差異表達。

 

結論

總的來說,這篇文章通過數百個背外側前額葉皮質樣品定量了許多circRNA并集中研究了circRNA表達的改變。與線性RNA不同,環狀RNA很少受到技術或生物學因素的影響。作者檢測到了一些與年齡相關的circRNA并為研究衰老機制提供了有用的信息。最后,通過circQTL的分析,作者將疾病的遺傳框架延伸到了環狀RNA,表明了環狀RNA與疾病風險密切關聯;至于circRNA是如何影響病理過程的,仍需要我們去探索。


 
參考文獻:


Zhang XO, Wang HB, Zhang Y, Lu X, Chen LL, Yang L. Complementary sequence-mediated exon circularization. Cell. 2014;159:134–47.

 

Fromer M, Roussos P, Sieberts SK, Johnson JS, Kavanagh DH, Perumal TM,Ruderfer DM, Oh EC, Topol A, Shah HR, et al. Gene expression elucidates functional impact of polygenic risk for schizophrenia. Nat Neurosci. 2016;19:1442–53