LncRNA和circRNA芯片应用于膀胱癌研究

      重庆医科大学基础医学院的陈俊霞教授主要从事肿瘤转移及信号传导方面的基础研究。近期，该课题组和西南医科大学田强教授课题组合作应用美国Arraystar公司的lncRNA芯片和circRNA芯片分析了膀胱癌组织的非编码RNAs表达情况，同时筛选到一批可预测膀胱癌发生和复发的分子标志物，并阐明了lncRNA和circRNA在膀胱癌的发生和发展中可能发挥的作用。该研究成果于2016年发表在国际著名学术期刊Oncotarget(影响因子5.008)上。

（芯片实验由康成生物提供技术服务）

研究背景
      膀胱癌（BC）是泌尿系统常见的恶性肿瘤之一，并且发病率在男性癌症患者中位列第七。每年全球新增44万膀胱癌患者，其中约有13万因患膀胱癌而死去，而较高的复发率是膀胱癌的典型特征。近几年，很多研究表明非编码RNA在肿瘤的发生和发展中发挥着极其重要的作用，比如lncRNA和circRNA。但是，非编码RNAs在膀胱癌的发展过程中具体的作用机制仍是未知，而本文的研究目的就在于筛选在膀胱癌组织中异常表达的lncRNA和circRNA，并通过大量的生信分析（GO/Pathway、CNC、ceRNA）来进一步阐明非编码RNAs（lncRNA和circRNA）在膀胱癌中可能发挥的作用机制。

研究思路
      为了探究lncRNA和circRNA在膀胱癌的发生和发展过程中如何发挥作用，该课题组首先借助美国Arraystar公司的 Human lncRNA array和Human circRNA array分别检测了膀胱癌组织和癌旁组织中的lncRNA、circRNA和mRNA表达情况。芯片筛选到了4155个差异表达的lncRNA、4416个差异表达的mRNA和469个差异表达的circRNA，其中lncRNA RP11-436F21.1的表达上调倍数zei高，至236倍。同时，挑选了部分lncRNA和mRNA通过qPCR验证芯片结果的准确性。
    接着，作者对于差异表达的mRNA进行了GO和Pathway分析。GO分析发现差异表达的mRNA多富集在细胞代谢或者细胞有丝分裂等生物学过程中；而Pathway分析结果显示差异表达的mRNA多富集在p53信号通路和膀胱癌等途径中。同时，作者还对差异表达的circRNA相对应的mRNA进行了GO分析。
    另外，作者构建了lncRNA-mRNA的CNC共表达分析，来预测lncRNA在膀胱癌中可能发挥的功能；比如CNC分析表明上调的lncRNA APLP2和细胞凋亡相关基因的表达负相关，而表达下调的lncRNA RP11-661A12.7和细胞凋亡相关基因的表达正相关。同时，作者还构建了lncRNA和邻近基因（<300kb）的网络图以及lncRNA-TF-mRNA的网络图来进一步探究lncRNA是如何调控相关基因表达的（顺式还是反式）。
    zei后，作者挑取在膀胱癌中异常表达的8个lncRNAs和9个circRNAs构建了ceRNA网络图，发现差异表达的lncRNA和circRNA具有共同的MRE，因此可以竞争性结合同一miRNA，比如说lncRNA H19、circular MYLK和circular CTDP1都可以竞争性结合miR-29a-3p来调控靶基因DNMT3B，ITGB1，VEGFA和HAS3的表达。这种RNA相互作用模式为探究膀胱癌的发病机制提供了新的研究思路。

技术路线

结果展示

图一、用RT-PCR验证芯片结果。
左图是lncRNA的qPCR结果，右图是mRNA的qPCR结果。

图二、对于差异表达的mRNA进行GO分析。
左图表示膀胱癌细胞中表达上调的mRNA的GO分析结果，而右图是表达下调的mRNA的GO分析结果。

图三、膀胱癌中的ceRNA网络分析图。
网络图中包含了lncRNA、circRNA、mRNA和miRNA，并且上调和下调的RNA分别用不同颜色来标识。

研究意义
      本研究借助美国Arraystar公司的human lncRNA array和circRNA arrayfax在膀胱癌中筛选到大量异常表达的lncRNA和circRNA，通过一系列的生信分析发现这些差异表达的非编码RNA不仅有可以作为分子标志物的潜力，还与膀胱癌的发生和发展具有紧密的联系。另外，作者还构建了膀胱癌中的ceRNA网络图（lncRNA-circRNA-miRNA-mRNA），这为研究lncRNA和circRNA如何在膀胱癌中发挥作用提供了极其重要的线索。总之，本研究的芯片数据对膀胱癌的诊断和治疗，以及探究非编码RNA的分子机制奠定了基础。

作者介绍
      陈俊霞教授，生物化学及分子生物学博士，重庆医科大学细胞生物学及遗传学教研室主任，中国细胞生物学学会会员，重庆市学术技术带头人后备人选。学术专长：肿瘤的细胞及分子生物学，主要研究领域：肿瘤转移及信号转导。近年来在国际国内杂志上发表文章20余篇，其中SCI文章8篇，主持国家、重庆市科委及教委课题5项。

原文出处
Comprehensive analysis of differentially expressed profiles of lncRNAs and circRNAs with associated co-expression and ceRNA networks in bladder carcinoma. Oncotarget. 2016.

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