Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Giải Mã Tính Đa Dạng Isoform Chưa Biết Đến Của Transcriptome Đưa Ra Protein Trong Bệnh Thiếu Máu Não Qua Phân Tích Chuỗi Gen Sâu
Tóm tắt
Biểu hiện gen trong tình trạng thiếu máu não đã là chủ đề nghiên cứu sâu sắc trong nhiều năm qua. Các nghiên cứu sử dụng các phương pháp cao cấp dựa trên đầu dò, chẳng hạn như microarray, đã đóng góp đáng kể vào kiến thức hiện có của chúng ta nhưng không có khả năng phân tích chi tiết transcriptome. Chuỗi RNA toàn bộ bộ gen (RNA-seq) cho phép kiểm tra toàn diện các transcriptome về các thuộc tính như tính độc lập của chuỗi gen, splicing thay thế, các vị trí bắt đầu/kết thúc phiên mã thay thế và thành phần trình tự, do đó cung cấp một cái nhìn rất chi tiết về biểu hiện gen. Tận dụng khả năng này, chúng tôi đã thực hiện một đánh giá sâu sắc, toàn bộ bộ gen về transcriptome mã hóa protein của vỏ não chuột trưởng thành sau tình trạng thiếu máu cục bộ tạm thời tại các thời điểm 6, 12 hoặc 24 giờ tái tưới máu bằng cách sử dụng RNA-seq. Chúng tôi đã xác định tổng cộng 1007 transcript tại 6 giờ, 1878 transcript tại 12 giờ, và 1618 transcript tại 24 giờ tái tưới máu có sự thay đổi đáng kể so với nhóm chứng giả. Với độ phân giải ở cấp độ isoform, chúng tôi đã xác định được 23 biến thể splicing phát sinh từ 23 gen mà là isoform mRNA mới. Đối với một tập hợp con của các gen, chúng tôi nhận thấy sự chuyển đổi isoform splicing phụ thuộc vào thời điểm tái tưới máu, cho thấy một sự chuyển đổi về biểu hiện và/hoặc chức năng cho các gen này. Cuối cùng, cho 286 gen trên ba thời điểm tái tưới máu, chúng tôi phát hiện nhiều isoform khác biệt, được biểu hiện đồng thời và thay đổi khác nhau theo từng gene, được tạo ra thông qua các vị trí bắt đầu/kết thúc phiên mã thay thế. Trong số đó, 165 isoform đến từ 109 gen là mRNA mới. Tổng thể, dữ liệu của chúng tôi đã giải mã transcriptome mã hóa protein của vỏ não ở một độ sâu chưa từng có để cung cấp một số hiểu biết mới về sự linh hoạt và phức tạp của phiên mã gen liên quan đến đột quỵ và tổ chức transcript.
Từ khóa
#gene expression #cerebral ischemia #RNA-sequencing #transcriptome #alternative splicing #isoform diversityTài liệu tham khảo
Hossmann K-A (2006) Pathophysiology and therapy of experimental stroke. Cell Mol Neurobiol 26:1055–1081. https://doi.org/10.1007/s10571-006-9008-1
Dirnagl U, Iadecola C, Moskowitz MA (1999) Pathobiology of ischaemic stroke: an integrated view. Trends Neurosci 22:391–397. https://doi.org/10.1016/S0166-2236(99)01401-0
Lipton P (1999) Ischemic cell death in brain neurons. Physiol Rev 79:1431–1568. https://doi.org/10.1016/j.shpsa.2008.02.001
Hori M, Nakamachi T, Rakwal R, Shibato J, Nakamura K, Wada Y, Tsuchikawa D, Yoshikawa A et al (2012) Unraveling the ischemic brain transcriptome in a permanent middle cerebral artery occlusion mouse model by DNA microarray analysis. Dis Model Mech 5:270–283. https://doi.org/10.1242/dmm.008276
Chen MJ, Wong CHY, Peng ZF, Manikandan J, Melendez AJ, Tan TM, Crack PJ, Cheung NS (2011) A global transcriptomic view of the multifaceted role of glutathione peroxidase-1 in cerebral ischemic-reperfusion injury. Free Radic Biol Med 50:736–748. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2010.12.025
Bhattarai S, Pontarelli F, Prendergast E, Dharap A (2017) Discovery of novel stroke-responsive lncRNAs in the mouse cortex using genome-wide RNA-seq. Neurobiol Dis 108:204–212. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2017.08.016
Dharap A, Nakka VP, Vemuganti R (2012) Effect of focal ischemia on long noncoding RNAs. Stroke 43:2800–2802. https://doi.org/10.1161/STROKEAHA.112.669465
Zhang J, Yuan L, Zhang X, Hamblin MH, Zhu T, Meng F, Li Y, Chen YE et al (2016) Altered long non-coding RNA transcriptomic profiles in brain microvascular endothelium after cerebral ischemia. Exp Neurol 277:162–170. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2015.12.014
Carmichael ST, Archibeque I, Luke L, Nolan T, Momiy J, Li S (2005) Growth-associated gene expression after stroke: evidence for a growth-promoting region in peri-infarct cortex. Exp Neurol 193:291–311. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2005.01.004
Moore DF, Li H, Jeffries N, Wright V, Cooper RA Jr, Elkahloun A, Gelderman MP, Zudaire E et al (2005) Using peripheral blood mononuclear cells to determine a gene expression profile of acute ischemic stroke: a pilot investigation. Circulation 111:212–221. https://doi.org/10.1161/01.CIR.0000152105.79665.C6
Szaflarski J, Burtrum D, Silverstein FS (1995) Cerebral hypoxia-ischemia stimulates cytokine gene expression in perinatal rats. Stroke 26:1093–1100. https://doi.org/10.1161/01.STR.26.6.1093
Tang Y, Xu H, Du XL et al (2006) Gene expression in blood changes rapidly in neutrophils and monocytes after ischemic stroke in humans: a microarray study. J Cereb Blood Flow Metab 26:1089–1102. https://doi.org/10.1038/sj.jcbfm.9600264
Xu Z, Ford GD, Croslan DR et al (2005) Neuroprotection by neuregulin-1 following focal stroke is associated with the attenuation of ischemia-induced pro-inflammatory and stress gene expression. Neurobiol Dis 19:461–470. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2005.01.027
Tang Y, Pacary E, Fréret T, Divoux D, Petit E, Schumann-Bard P, Bernaudin M (2006) Effect of hypoxic preconditioning on brain genomic response before and following ischemia in the adult mouse: identification of potential neuroprotective candidates for stroke. Neurobiol Dis 21:18–28. https://doi.org/10.1016/J.NBD.2005.06.002
Tang Y, Lu A, Aronow BJ, Wagner KR, Sharp FR (2002) Genomic responses of the brain to ischemic stroke, intracerebral haemorrhage, kainate seizures, hypoglycemia, and hypoxia. Eur J Neurosci 15:1937–1952. https://doi.org/10.1046/j.1460-9568.2002.02030.x
Reyes A, Huber W (2017) Alternative start and termination sites of transcription drive most transcript isoform differences across human tissues. Nucleic Acids Res 46:582–592. https://doi.org/10.1093/nar/gkx1165
Wolinski P, Glabinski A (2013) Chemokines and neurodegeneration in the early stage of experimental ischemic stroke. Mediat Inflamm 2013:727189. https://doi.org/10.1155/2013/727189
Rosito M, Deflorio C, Limatola C, Trettel F (2012) CXCL16 orchestrates adenosine A3 receptor and MCP-1/CCL2 activity to protect neurons from excitotoxic cell death in the CNS. J Neurosci 32:3154–3163. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4046-11.2012
Ueland T, Smedbakken LM, Hallén J, Atar D, Januzzi JL, Halvorsen B, Jensen JK, Aukrust P (2012) Soluble CXCL16 and long-term outcome in acute ischemic stroke. Atherosclerosis 220:244–249. https://doi.org/10.1016/j.atherosclerosis.2011.10.004
Stetler RA, Gao Y, Zhang L, Weng Z, Zhang F, Hu X, Wang S, Vosler P et al (2012) Phosphorylation of HSP27 by protein kinase D is essential for mediating neuroprotection against ischemic neuronal injury. J Neurosci 32:2667–2682. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.5169-11.2012
Nimura T, Weinstein PR, Massa SM, Panter S, Sharp FR (1996) Heme oxygenase-1 (HO-1) protein induction in rat brain following focal ischemia. Mol Brain Res 37:201–208
Yeo G, Holste D, Kreiman G, Burge CB (2004) Variation in alternative splicing across human tissues. Genome Biol 5:R74. https://doi.org/10.1186/gb-2004-5-10-r74
Chih B, Gollan L, Scheiffele P (2006) Alternative splicing controls selective trans-synaptic interactions of the neuroligin-neurexin complex. Neuron 51:171–178. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2006.06.005