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cerna介绍及分析研究策略

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浏览:- 发布日期:2017-03-06 15:12:27【 】

前言

现在生物学研究中对rna的研究与日俱增,sirna,pirna,mirna, lncrna一个个明星分子层出不穷。更有一些新的名词不断产生,如cerna。其实cerna的提出也有一段时间了,而且它并不是一种新的rna分子,而是一种调控机制。

在最近的研究中表明基因在转录调控中存在多种模式作用,microrna作为其中一种重要的调控因子,是长短约22nt的短链rna,能够通过抑制目的基因的翻译或降解目的基因,从而反向调节目的基因的表达。而实际调控过程中不仅仅是简单的microrna-mrna的沉默机制,还有更为复杂的调控网络,一些非编码的rna同样存在与microrna的结合位点,在细胞中起到mirna海绵(mirna sponge)的作用,进而解除mirna对其靶基因的抑制作用,升高靶基因的表达水平,也因此构建了庞大的cerna网络(cernets),这一作用机制被称为竞争性内源rna(cerna)机制。

研究cerna的调控机制有重要的生物学意义,例如癌症等疾病的分子机理的解析,对后期的疾病诊治,药物开发等意义重大。

下表是某调查机构发出的标题含cerna的标书增长情况。从2013-2015年,标题中含有cerna的标书数量基本持平。而后的统计中2016年的中标数量比2015年翻了一倍。资助额度的变化趋势接近。我们注意到2014年总资助额度较高,发现当年有一个200万的大项目,主要研究肿瘤基于cerna机制的长链非编码rna调控网络。

接下来进入正题

lncrna和是常见的参与cerna调控的rna分子,

下面以lncrna(亦然)为例介绍cerna调控的研究分析策略。

方法概述:首先进行mirna-target(mirna-mrna或mirna-lncrna)调控关系预测。然后根据共有mirna预测lncrna-mrna调控关系对。同时计算调控关系对表达值上的相关性用,用以筛选结果和提高预测的可靠性。

1.首先我们通过或者芯片实验可以得到mrna、lncrna、以及mirna在实验样本中的表达信息。接着我们可能通过差异筛选或者其他方式筛选出了我们关注的rna。我们需要的就是这些rna的序列以及表达量信息。

2.接着根据序列信息,可以利用miranda软件,分别预测mirna与mrna、lncrna的靶基因,即mirna-mrna、mirna-lncrna靶基因关系对。同样的,利用rna的表达量情况预测mirna与mrna、lncrna构成的micorrna-target关系对,此处可以选择皮尔森相关性分析方法,例如python numpy库中的corrcoef函数,筛选相关性高的关系对。

然后我们要综合两种预测的结果取交集以提高结果准确性。

miranda 预测结果:

相关性展示:

3.然后利用cerna_score原理(下文中介绍)预测cerna,形成lncrna-mrna调控关系对。同时利用表达值预测lncrna-mrna关系对。

综合两步分析的结果取交集得到我们最终预测的cerna调控关系对。

4.lncrna功能注释(kegg、go):此处的lncrna通过竞争有限的mirna来调节mrna的表达和降解,即所谓的cerna。 lncrna和mrna通过共享的mirna进行交流,因此也具有相似的功能。用超几何分布检验方法,计算lncrna调节的这些mrna在go或kegg条目的富集显著性。作为lncrna的功能注释。

5.最后,以网络图的形式(如下图)展现lncrna-mirna-mrna的三元关系。这里采用的是cytoscape(version 3.4.0)软件绘制的关系网络图。

ps. 关于上面提到的cerna score原理:

lncrna对mirna有调控关系,而该mirna对mrna也有调控关系,那么该lncrna就有可能作为该mrna的cerna产生调控作用。lncrna作为预测的cerna,我们会从两个方面进行约束。lncrna-mrna必须有共同的mirna,且相对高的mre密度。

cerna_score和pvalue的计算方法如下:其中分子代表lncrna和mrna共有的mirna mre数量;分母代表lncrna和mirna的mre数量。

p值计算公式如下:其中mt表示所有的mirna的数量;mp表示与该mrna有调控作用的mirna数量;mn表示与该lncrna有调控作用的mirna数量;mc表示共同mirna的数量。

所以大致的流程如下:

结语

需要清楚的是,我们通过重重筛选计算得到的cerna调控关系对也只是通过生物信息学的分析方法得到的预测结果,它提供的是一个研究的方向和范围,最终还得通过后续的生物学实验来进行验证。

其实cerna分析作为欧易公司的高级分析项目之一,如果您对cerna的研究有兴趣或者需求的话,这儿有专业的分析人员可以为您解决相关的问题,更有各种rna芯片和服务为您的研究数据提供有力保障!

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