mirna研究

TFmiR是一个整合分析TF、miRNA、target genes间互作的免费的web server,这三者都与疾病发病机制相关。细胞内在运作依赖于一个极其复杂的激活抑制系统的正确运作，其可能受许多方式的扰动。TFmiR有助于从网络的分子层面更好的阐述细胞机制。 TFmiR提供拓扑性质及功能的分析，使得其在生命科学领域中对研究者而言成为可信的系统生物学工具。service.bioinformatik.uni-saarland.de/tfmirTFmiR揭示TFs与miRNAs间疾病特异的共调控网络，并且对网络中TFs/genes and miRNAs进行over representation analysis (ORA) 。我们的web server也能挖掘miRNA、TF及其共靶向基因的FFL(TF–miRNA co-regulatory motifs)，并对他们共调控的基因进行功能相似性的统计学评估。此外，TFmiR利用7种不同的方法识别key network players，他们可能驱动致癌过程并可能是潜在的药物靶标。特别的，结合实验验证，这些推定的key players以及新的TF–miRNA coregulatory motifs可能为人类疾病治疗方法提出新的见解。具体使用方法：大体上分为四步：1. 输入用户自定义的miRNA和mRNA集合，可以是发生差异表达或者满足其他筛选标准的集合。2. 设定阈值，与哪种疾病相关，相关标准选择exprimental，predicted，both3. 鼠标点击运行即可接下来就可以分析结果了。4. 结果首先展示疾病的特异网络，只含有疾病相关基因的节点和边的关系；另外一个就是全局的大网。接下来按节点之间的互作关系分别研究选择其中的一种互作关系Interaction里边包含了互作的miRNA-gene对；ORA分析显示了显著富集GO term，KEGG等term的结果；最后是通过网络挖掘出的motif分析。想学习更多，请关注云生信学生物信息学微信公众号。

来源：吉凯基因随着二代测序技术的发展，研究人员发现人类基因组中90%的RNA转录本不会转录成蛋白。这些所谓的非编码RNA的功能和多样性都非常复杂，涉及到细胞增殖、分化、凋亡、代谢等多个生物过程。其中，对于不超过400个核苷酸（nt）的非编码RNA，被重新分类为小非编码RNA（small non-coding RNA，sncRNA）。我们经常听到的miRNA即属于小非编码RNA。本文将详细地介绍miRNA和tiRNA（tRF）两类小非编码RNA的生物发生和功能。miRNA的生物发生和功能1993年，Ambros在线虫中克隆了lin-4基因，并通过定点突变发现lin-4并不编码蛋白，而是产生一种小RNA分子。这种小RNA分子能以不完全互补的方式与其靶向mRNA的3‘UTR的特定区域相互作用来抑制lin-14的表达，最终导致lin-14蛋白质合成减少，这种现象叫做抑制。lin-4控制着线虫幼虫由L1期向L2期的转化【1】。从此之后，开始揭开了miRNA的研究序幕。所谓miRNA（microRNA），是一种不编码蛋白质，大小约18-24nt的单链小分子RNA，它具有在翻译水平或者转录水平调控基因表达的功能。目前发现miRNA最主要的功能是结合靶标mRNA的3’UTR，抑制翻译过程的进行。由于miRNA的研究已经非常成熟，所以其合成的途径现在也已经研究得比较清楚。下面为大家作简要介绍。在经典miRNA合成途径中，最开始转录的pri-miRNA在核内被Drosha及其辅助因子Pasha加工，形成60-110nt左右具有颈环结构的pre-miRNA。该pre-miRNA随后被exportin 5转运至细胞质，并被Dicer切除环状序列，形成~22nt双链的RNA，随后形成了RNA诱导的沉默复合物（RISC），这一过程即miRNA的成熟过程（图1）。图1. miRNA合成过程在形成RISC过程中，一个非常重要的蛋白是AGO2。现在一般认为AGO2参与了形成RISC过程中后随链的降解。所谓后随链就是前面提及双链RNA未参与形成RISC的一条链。并且，当miRNA与靶标mRNA完全互补结合之后，AGO2也将参与靶标mRNA的切割。相对的，当miRNA与靶标mRNA不完全互补结合，会抑制靶标mRNA的翻译过程【2】。在了解miRNA的成熟过程之后，我们很容易联想到一个问题，Dicer切割后形成的双链RNA，到底是选择正义链还是选择反义链成为成熟的miRNA呢？如果对miRNA有所了解，那你可能知道，选择不同链的结果是大相径庭的。Schwarz及其同事通过在体外合成不同结构的双链RNA，检测其两条链不同的成熟比例。发现miRNA成熟过程链的选择并不是随机，而是会选择5’ 端不稳定的链作为向导链（miRNA成熟链）（图2），简单来说，RISC复合物更倾向于选择5’端AT含量更高，或者5’端有错配的链作为向导链【3】。图2. miRNA向导链的选择前面有提到miRNA的一个主要功能是结合靶标mRNA的3’UTR，抑制翻译过程。那么这一功能是怎样实现的？目前研究主要有三条通路（图3）。图3. miRNA对mRNA的调节过程第一条通路，通过抑制真核生翻译起始因子4F（eIF4F）对mRNA的5’帽子的识别，抑制40s和60s核糖体亚基的招募，阻止80s核糖体复合物的形成。第二条通路，RISC可能会抑制核糖体复合物在mRNA链上的延伸，导致这些核糖体复合物从mRNA上脱落，最终未成功翻译的多肽将被降解。第三条通路，RISC通过招募mRNA去帽子的酶，降低mRNA的稳定性，影响其翻译起始过程【3】。tiRNA的生物发生和功能tRNA的主要功能是在蛋白合成过程进行氨基酸的转运。成熟的tRNA长度在79nt左右，并在3’端携带一个氨基酸。tRNA的二级结构是个经典的3叶草结构，包含有3个颈环结构（D环、T环和反密码子环）。人类基因组中有多达506个基因编码49个不同的tRNA。tRNA被polymerase III转录。Pre-tRNA具有和成熟tRNA类似的二级结构，还包含有额外的5’端引导序列和3’端拖尾序列。在后续成熟过程中这两段序列均会被切除，并且3‘端还会被额外添加5’-CCA-3‘，该序列对于tRNA转运氨基酸是必需的。并且，在成熟过程中tRNA还会经历一系列的转录后修饰，这些修饰将影响tRNA的构象、稳定性和功能。最终在被20种不同的氨基酰化合成酶催化发生氨基酰化之后，成熟的tRNA被Exportin-T从细胞核转运至胞质，参与蛋白合成过程【4】。高通量测序分析发现了一类新的小非编码RNA。通过比对，该类RNA可以比对到tRNA的基因，这类RNA被命名为tiRNA（tRNA halves）或者tRF（tRNA-related fragment）。根据比对到成熟tRNA转录本的不同位置，tiRNA和tRF被分成了不同的类别（图4）。比如，在反密码子处切割，产生两种tiRNA。从成熟tRNA的5’末端至反密码子结束的片段被称为5‘tiRNA，从反密码子开始至成熟tRNA的3’末端的片段被称为3’tiRNA。这两类分子的大小在29-50nt左右。需要注意的是5‘tiRNA和3’tiRNA的成熟依赖的angiogenin的切割而不是Dicer，其5’端具有羟基而不是磷酸。图4. tRF的分类还有一类来源于tRNA的小RNA，长度在14-30nt左右，含有5’端的磷酸和3‘的羟基。根据他们在tRNA上的比对位置，这些小RNA被分成4类：tRF-5、tRF-3、tRF-2和tRF-1。其中tRF-5和tRF-3分别对应tRNA的5’端和3’端。而另外两个特殊的tRF中，tRF-2是只包含有tRNA反密码子的一个小RNA片段，tRF-1则源于pre-tRNA的3’端拖尾序列【5】。那么，各类tRF和tiRNA是被如何调控和成熟的？又是通过何种方式发挥其功能的呢？这两个问题目前都还覆有阴影，但是从现有的一些研究结果依然可以管中窥豹。比如，虽然目前发现的绝大部分tRF5和tRF3的成熟都被发现与Dicer无关，但是他们之中相当多的一部分却被发现与Ago家族的蛋白，尤其是Ago1、3、4有着很强的关联。通过光活性增强的核糖核苷交联和免疫共沉淀（PAR-CLIP）实验有力地证明tRFs能够进入到Ago复合物，并通过种子序列区域同靶向mRNA结合，这种结合类似于miRNA-AGO-mRNA复合物模式。这暗示了tiRNA可能存在的类似miRNA的调控机制。目前研究发现的tRF涉及的生物学功能非常广泛，包括抑制转录、调控组蛋白修饰、抑制RPA1导致细胞周期抑制、促进或者抑制肿瘤增殖、抑制渗透压力导致的细胞凋亡等等。相对于miRNA的研究成熟，tRF无论是成熟通路还是发挥功能的具体调控机制都还有太多的未知，还需要更多的探索。小 结对于非编码RNA的研究愈来愈有力地证明，对于诸多生物学功能，包括细胞增殖、分化、命运决定、表观遗传修饰改变、肿瘤发生和抑制等，非编码RNA或者可以说小非编码RNA才是那个背后最终调控的神秘之手。越来越多原先被认为是转录副产物的一些非编码RNA被发现具有新的功能，miRNA、circRNA、piRNA、tiRNA等无不如此，均是在近10年或者20年内发现的。可以预见，在不远的将来，必将有更多种类的小非编码RNA被发现，而这将进一步改变我们对基因表达调控的理解。例如，基因组上的大量异染色质区域真的不会发生转录吗？是否存在一种可能，某个异染色区域存在低程度的转录，而由于异染色质上大量的异染色质marker，如H3K27me3，会导致这种转录提前异常中止。而这类提前中止的转录本后续会被剪切成某类小非编码RNA。如果把编码基因看成有限区间内的整数，我们会发现，未被发现的整数已经越来越少了；但是如果将非编码RNA看成这个区间内的小数，其背后隐藏的宝藏或许远超我们的想像。【参考文献】1.The C.elegans heterochronic gene lun-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14.Cell,1993.2.Molation of miRNA activity in human cancer: a new paradigm for cancer gene therapy? Cancer gene ther, 2008.3.Therapeutic targeting of microRNAs: current status and future challenges. Nat Rev Drug Discov, 2014.4.A splice variant of the human CCA-adding enzyme with modified activity, J. Mol. Biol. 366 (2007).

RNA组学研究，即通过对细胞内全部RNA分子进行系统研究，以从整体水平阐明RNA的生物学功能，是多年来后基因组时代生命医学领域的研究热点和重点。目前，利用RNA高通量测序技术（RNA-seq）对RNA进行定量分析，是RNA组学研究，尤其是基因表达和RNA调控领域的重要技术基础和通用手段。然而，现有的RNA-seq技术存在两点不足之处：（1）由于传统建库过程中，RNA分子的捕捉等步骤具有序列偏好性，因此只能相对定量检测不同样品间相同RNA分子的变化倍数，而无法绝对定量分析同一样品中不同RNA分子；（2）RNA分子上的表观遗传修饰或复杂高级结构，可以阻断或影响逆转录反应，导致RNA-seq无法检测或定量分析含有修饰的RNA分子。无法对RNA组进行绝对定量分析，限制了人们对细胞内RNA群体多样性和复杂性的进一步理解；同时，目前越来越多的RNA分子被发现含有化学修饰，发现或定量分析这一特殊RNA群体成为RNA组学研究的挑战。因此，开发一种RNA高通量绝对定量技术，并克服RNA修饰的干扰，是RNA组学研究领域亟待解决的关键技术难题。2021年4月15日，Nature Biotechnology 在线发表了曲阜师范大学曹博课题组与美国麻省理工学院 Peter Dedon课题组等合作，题为Quantitative mapping of the cellular small RNA landscape with AQRNA-seq 的研究论文。该研究开发的AQRNA-seq （Absolute Quantification RNA-seq），克服了现有RNA-seq的不足，首次实现了细胞内RNA分子的高通量测序、绝对定量分析、表观修饰定位、代谢片段鉴定等全面组学分析，尤其是含有表观修饰的RNA分子；利用AQRNA-seq，从绝对定量的角度，成功描绘了结核分枝杆菌和人类癌细胞内RNA组的完整表达和代谢图谱。AQRNA-seq提供了一套不同于传统方法的全新RNA建库策略，并精确定量分析所有关键环节（图1），最终实现了：1）对细胞内全局性RNA分子无偏差、高灵敏度捕捉；2）样品中所有小RNA的测序读数和拷贝数之间呈直接线性相关，从而对RNA分子绝对定量分析；3）克服RNA修饰对定量的干扰；4）精确定位RNA分子上的修饰位点。图1 AQRNA-seq技术流程及RNA测序读数和拷贝数之间的直接线性关系该研究进一步利用AQRNA-seq，针对tRNA因含有高度修饰而无法利用传统方法进行高通量定量分析的难题，完成了国际上第一个完整的tRNA及其衍生片段（tRNA-derived fragments, tRFs）绝对定量分析的代谢图谱：以结核分枝杆菌为研究对象，揭示了其在生长期和潜伏期转变过程中，tRNA表达谱及其表观修饰的动态变化规律；同时，还首次发现了该细菌在应激过程中产生的大量未知新型tRFs（图2）。这一发现暗示tRNA和tRFs在结核分枝杆菌细胞周期中的重要调控功能，对特征性分子进行深入研究，将为肺结核的诊疗提供潜在RNA分子靶标。图2 结核分枝杆菌进入潜伏期过程中tRNA表达谱及其表观修饰变化规律该研究还从绝对定量的角度，解析了人类乳腺细胞在癌变发生不同阶段miRNA的变化规律（图3），发现了多个特征性miRNA分子，这些特征性miRNA分子为癌症诊疗研究提供了新型分子靶标；同时，AQRNA-seq揭示了已有研究中关于miRNA鉴定的误区：目前已知的多数miRNA异构体（isomers，'isomiRs'），即miRNA末端序列多样性并非天然存在，而是传统测序过程中的人为引入。这一发现刷新了人们对miRNA群体的认知，为鉴定miRNA的多样性和复杂性提供了重要参考。图3 人类乳腺细胞癌变过程中特征性miRNA以及人为引入的末端多样性。AQRNA-seq已经通过国际PCT申请，并在美国、中国和欧洲获得专利授权，该技术的商业化试剂盒也在开发过程中，将推动RNA测序进入绝对定量新时期。据悉，近期曹博教授课题组已经成功开发AQRNA-seq 新版本（version 2.0），通过进一步设计并优化多个关键步骤，在绝对定量的基础上，实现了PCR dimer-free的建库技术。该版本可以与现有small RNA-seq技术通用，同时解决了必须通过胶回收除去PCR引物二聚体的繁琐步骤，突破了限制RNA建库全自动化的关键限制因素，有望发展成为RNA测序的新型通用平台。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41587-021-00874-y

今天分享一篇TCGA数据挖掘（miRNA）+细胞功能实验发文思路的文章，这篇于2021年2月21日在World J Surg Oncol上发表。这篇文章的思路大体如下：通过TCGA数据挖掘和利用PCR进行验证miR-378a-5p的表达并且进行相关细胞功能实验分析，探索该miRNA的下游作用机制。参考文章来源：PMID: 33608020 PMCID: PMC7896405 DOI: 10.1186/s12957-021-02166-w。文章题目：miR-378a-5p inhibits the proliferation of colorectal cancer cells by downregulating CDK1研究背景：MicroRNA（miRNA）在肿瘤发生中起重要作用。在这项研究中，研究了miR-378a-5p和CDK1在结直肠癌（CRC）中的作用。研究方法：分别通过TCGA数据库和qRT-PCR大分析miR-378a-5p在结直肠癌病理组织、结直肠癌细胞系中的表达。我们进行了细胞功能实验（CCK-8试验，EdU试验，集落形成试验，伤口愈合试验，transwell试验，细胞凋亡评估和细胞周期评估）和裸鼠肿瘤形成实验，以评估miR-378a-5p在体内和体外的增殖、转移、侵袭的作用。接下来，通过TCGA数据库，病理组织的免疫组织化学染色和细胞功能实验，通过数据库预测验证了miR-378a-5p的靶基因CDK1的作用，并在大肠癌细胞中进行了双重荧光素酶报告基因实验。最后，通过CDK1的过表达研究了CDK1的上调是否能恢复miR-378a-5p的过表达对CRC细胞增殖的抑制作用。研究结果：生物信息学分析表明结直肠癌（CRC）中miR-378a-5p水平显着下调。细胞功能实验和肿瘤异种移植小鼠模型证实了miR-378a-5p在CRC组织中的低表达，这表明miR-378a-5p在CRC中具有抑癌作用。为了更好地探索miR-378a-5p在CRC中的调控，我们预测并验证了细胞周期依赖性蛋白激酶1（CDK1）作为miR-378a-5p靶标基因，并观察到miR-378a-5p通过抑制CRC细胞增殖定位到CDK1。研究结论：这项研究的结果有助于阐明miR-378a-5p可以用作抑制结直肠癌和CDK1生长的肿瘤标志物的机制，这与结直肠癌患者的预后有关。MiR-378a-5p通过抑制CDK1表达来抑制CRC细胞增殖，而CDK1表达可能成为治疗CRC的可能治疗靶标。分析内容：1、通过TCGA数据和qRT-PCR测得的临床样本以及细胞系发现miR-378a-5p在CRC中的表达水平较低2、通过EdU试验，伤口愈合试验，transwell试验发现miR-378a-5p阻碍了CRC的增殖和迁移潜能3、miR-378a-5p在异种移植小鼠模型中促进结直肠细胞凋亡并抑制肿瘤生长4、通过TargetScan预测miR-378a-5p的靶基因，发现CDK1可以作为其靶基因，CDK1在CRC组织中高表达5、利用qRT-PCR测得CDK1在细胞系中高表达，并且通过CCK-8试验发现CDK1促进CRC细胞增殖和迁移6、通过WB、集落形成试验、细胞凋亡评估、细胞周期评估发现CDK1的上调恢复了过表达的miR-378a-5p对CRC细胞增殖的抑制作用

科技日报讯 （通讯员彭楠 赵永欣）近日，北京市农林科学院杨效曾研究员课题组与北京大学生命科学院合作，通过对88种覆盖了从低等水生植物到高等被子植物中小分子RNA数据的深度挖掘，对这些植物中的miRNA进行系统鉴定、注释和分析，构建了迄今为止世界上最为综合全面的植物miRNA数据库——PmiREN。该研究成果于10月1日被生命学科领域数据库顶级期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）接收，北京大学博士研究生郭仲龙、匡正、博士后王颖和北京市农林科学院助理研究员赵永欣为共同第一作者，北京大学李磊教授和北京市农林科学院杨效曾研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金以及北京市农林科学院科技创新基金的资助。miRNA（为microRNA的缩写）是真核生物中广泛存在的一类非编码RNA，成熟的miRNA是仅有20—22个碱基的单链小分子RNA，跟蛋白质等大分子相比，分子量很小，是个“小个子”。从2002年第一批植物中的miRNA被发现以来，miRNA陆续被发现参与了植物中很多重要的功能，如生长、发育和对外界环境的刺激响应等。随着对miRNA功能研究的深入，近年来科学家们围绕miRNA进行作物性状改良的工作多次出现在国际顶级学术期刊上，比如改变一些miRNA的表达可以显著提高作物产量。“目前植物学界普遍认为miRNA参与了几乎所有的植物生命过程，无处不在，是个‘大角色’。”杨效曾介绍。据了解，植物miRNA综合数据库——PmiREN有几大突出特点：一是拥有完整的miRNA信息，涵盖了从水生植物到被子植物共88个物种；二是首次发现了大量作物中特异的miRNA，新构建的数据库中第一次发现的miRNA达16000个，其中不少是主要作物如玉米、水稻、小麦等中第一次发现的，这些小RNA潜在与重要的农艺性状相关，挖掘这些小RNA的功能，对改良作物农艺性状将具有重要的应用价值；三是通过综合的数据挖掘，获得了大量miRNA相关的信息，包括miRNA基因簇信息、表达信息、共线性分析结果、靶基因预测结果等，并进行了全面、详实、直观的信息呈现；四是提供了多种数据库检索和搜索的方式，同时用户可以方便地下载数据库中所有的数据。PmiREN数据库上线后，得到了国内外该研究领域的广泛关注，短短3个月，就接收了全球范围内超过20个国家150多个地区的访问，访问量超过56000次。杨效曾表示，该数据库的出现为系统研究植物miRNA的进化和寻找新miRNA的功能奠定了坚实的基础。此前，杨效曾对于如何从海量NGS数据中准确鉴定植物miRNA进行了系统研究并开发出了效果显著的方法——miRDP系列工具（miRDeep-P和miRDeep-P2），该系列方法已经成为国际上鉴定和分析植物miRNA的标准方法。2018年底，杨效曾又对原有方法进行了系统升级，升级后的新方法在解析大基因组和复杂基因组植物（如小麦）的miRNA鉴定和注释方面得到了全面提升，在提高预测敏感度和精度的同时，极大地降低了运算时间，优势显著，该系列相关成果曾发表在国际生物信息学的顶级杂志《Bioinformatics》上。在杨效曾的带领下，国内外团队还对玉米根虫中的miRNA进行了系统的挖掘和鉴定，并比较了动物中尤其是昆虫中miRNA的演化，该工作为利用miRNA作为RNA干扰的载体开发新抗虫技术奠定了基础，相关成果已经被基因组学的顶级杂志《Genomics, Proteomics & Bioinformatics》接收。

月亮不睡你不睡，争做秃头小宝贝。随着生活压力不断增加，脱发已然变成了中国年轻人无法忽视的痛。由中国健康促进与教育协会发布的《中国脱发人群调查》中的数据显示，我国脱发人群约有2亿，其中男性约1.3亿，女性约0.7亿，这意味着，成年男性中平均每4人就有1名脱发者。更令人担忧的是，脱发人群呈现年龄不断下降的态势，其中以20至40岁男性为主，30岁左右发展最快，比上一代人的脱发年龄提前了20年。根据阿里健康发布的数据显示，80后以38.5%的比例占据脱发人群第一位；90后不甘示弱，占比36.1%，屈居第二；而70前的老人仅为7.6%。80后成为脱发人群中的中流砥柱，随着第一批90后迈入而立之年，90后也正式陷入脱发危机。脱发，对一个正处于事业发展阶段的成年人来说，打击巨大。不少人代购海淘防脱发洗护产品，但车水杯薪；有的人求助于土偏方；有的人则选择植发，不光费用高昂，这种拆了东墙补西墙的行为治标不治本。在脱发日益严重的情况下，人们迫切需要新的疗法来预防脱发和增强头发的再生长。7月27日，Science Advances上发表的一篇论文为脱发患者带来了曙光，美国北卡罗来纳州立大学的研究人员发现了一种microRNA（miR-218-5p），在调控毛囊再生方面发挥着重要作用，可以促进毛发再生[1]。头发生长的取决于发根的毛囊细胞，而毛囊底部的真皮乳头间叶细胞（Dermal Papilla Cell，DP细胞）负责调节毛囊的生长周期，是联系和控制整个毛囊细胞群的核心，负责传输养分从而影响毛母细胞分裂合成新生头发。目前治疗脱发的手段有植发，涂抹米诺地尔，口服非那雄胺等，但这些方法性价比很低，高昂的费用和微薄的效果让人失望不已。最近对脱发的研究显示，在脱发后，毛囊细胞会缩小但并不会消失。这个发现激发了研究人员的灵感，如果将DP细胞人为的补充到脱发位置，是否可以刺激毛囊细胞从而达到修复毛发生长的目的呢？北卡罗莱纳州立大学研究小组立即着手开展了相关的小鼠模型试验，研究人员对小鼠背部进行处理，让其背部毛囊进入静止期并使其背部毛发脱落。研究人员将2D培养环境和3D培养环境下培养DP细胞注射到小鼠模型体内进行观察（一次注射），并将每日涂抹米诺地尔的小鼠作为对照组。结果显示，经过3D-DP细胞处理的小鼠，15天左右整个背部已恢复了90％的毛发覆盖率。而米诺地尔组在给药侧恢复35％的毛发覆盖率，未给药区域毛发覆盖率仅为10％。同时研究人员还发现3D-DP细胞不仅能够恢复给药区域毛发，还可以促进未给药区域毛发的生长。该报告的通讯作者、北卡罗莱纳州立大学教堂山分校生物医学工程系程柯教授表示：“角蛋白支架中3D培养的DP细胞在恢复毛发生长中表现最佳，3D培养环境细胞像是给细胞提供一个更加接近头发生长的生存条件的微环境，而角蛋白支架充当了将其固定在需要的部位的锚点。”为了研究为何不同条件下培养的DP细胞治疗效果却不相同，研究人员对2D-DP细胞和3D-DP细胞的外泌体进行了进一步研究。发现效果差异的关键在于miR-218-5p，这是一种micro RNA分子，可参与转录后基因表达调控。研究人员发现与2D-DP细胞相比，3D-DP细胞的miR-218-5p上调了25倍，在调节卵泡再生途径中起着至关重要的作用。对于该理论发现，研究人员利用小鼠模型进行进一步的验证，结果显示，miR-218-5p模拟物的疗效可与3D-DP细胞治疗效果相当，可显著改善毛发再生情况。对于研究结果，程柯教授表示：“使用3D-DP细胞的细胞疗法或许可能可以成为一种行之有效的脱发治疗的方法，但如何将3D-DP细胞准确注射到相应区，操作上还存在一定难度。或许，我们也可以将思路转向3D-DP细胞的外泌体miRNA上，研制出一种效果相似，方便且副作用小的膏状药物，这可能是我们以后研究的重点。”参考文献：[1].Ke Cheng，Shiqi Hu，Zhenhua Li.Dermal exosomes containing miR-218-5p promote hair regeneration by regulating β-catenin signaling.[J].Science Advances.2020.07.242.https://medicalxpress.com/news/2020-07-microrna-hair-regrowth.html3.https://news.ncsu.e/2020/07/microrna-for-hair-regrowth/

曲阜师范大学曹博团队开发了绝对定量RNA测序技术，克服了现有RNA-seq的不足，首次实现了细胞内RNA分子的高通量测序、绝对定量分析、表观修饰定位、代谢片段鉴定等全面组学分析，将推动RNA测序进入绝对定量新时期。RNA组学研究，即通过对细胞内全部RNA分子进行系统研究，以从整体水平阐明RNA的生物学功能，是多年来后基因组时代生命医学领域的研究热点和重点。目前，利用RNA高通量测序技术（RNA-seq）对RNA进行定量分析，是RNA组学研究，尤其是基因表达和RNA调控领域的重要技术基础和通用手段。然而，现有的RNA-seq技术存在两点不足之处：1）由于传统建库过程中，RNA分子的捕捉等步骤具有序列偏好性，因此只能相对定量检测不同样品间相同RNA分子的变化倍数，而无法绝对定量分析同一样品中不同RNA分子；2）RNA分子上的表观遗传修饰或复杂高级结构，可以阻断或影响逆转录反应，导致RNA-seq无法检测或定量分析含有修饰的RNA分子。无法对RNA组进行绝对定量分析，限制了人们对细胞内RNA群体多样性和复杂性的进一步理解；同时，目前越来越多的RNA分子被发现含有化学修饰，发现或定量分析这一特殊RNA群体成为RNA组学研究的挑战。因此，开发一种RNA高通量绝对定量技术，并克服RNA修饰的干扰，是RNA组学研究领域亟待解决的关键技术难题。2021年4月15日，曲阜师范大学曹博课题组与美国麻省理工学院 Peter Dedon课题组等合作，在Nature Biotechnology 期刊发表了题为：Quantitative mapping of the cellular small RNA landscape with AQRNA-seq 的研究论文。该研究开发的AQRNA-seq（Absolute Quantification RNA-seq），克服了现有RNA-seq的不足，首次实现了细胞内RNA分子的高通量测序、绝对定量分析、表观修饰定位、代谢片段鉴定等全面组学分析，尤其是含有表观修饰的RNA分子；利用AQRNA-seq，从绝对定量的角度，成功描绘了结核分枝杆菌和人类癌细胞内RNA组的完整表达和代谢图谱。AQRNA-seq提供了一套不同于传统方法的全新RNA建库策略，并精确定量分析所有关键环节（图1），最终实现了：1）对细胞内全局性RNA分子无偏差、高灵敏度捕捉；2）样品中所有小RNA的测序读数和拷贝数之间呈直接线性相关，从而对RNA分子绝对定量分析；3）克服RNA修饰对定量的干扰；4）精确定位RNA分子上的修饰位点。图1 AQRNA-seq技术流程及RNA测序读数和拷贝数之间的直接线性关系该研究进一步利用AQRNA-seq，针对tRNA因含有高度修饰而无法利用传统方法进行高通量定量分析的难题，完成了国际上第一个完整的tRNA及其衍生片段（tRNA-derived fragments, tRFs）绝对定量分析的代谢图谱：以结核分枝杆菌为研究对象，揭示了其在生长期和潜伏期转变过程中，tRNA表达谱及其表观修饰的动态变化规律；同时，还首次发现了该细菌在应激过程中产生的大量未知新型tRFs（图2）。这一发现暗示tRNA和tRFs在结核分枝杆菌细胞周期中的重要调控功能，对特征性分子进行深入研究，将为肺结核的诊疗提供潜在RNA分子靶标。图2 结核分枝杆菌进入潜伏期过程中tRNA表达谱及其表观修饰变化规律该研究还从绝对定量的角度，解析了人类乳腺细胞在癌变发生不同阶段miRNA的变化规律（图3），发现了多个特征性miRNA分子，这些特征性miRNA分子为癌症诊疗研究提供了新型分子靶标；同时，AQRNA-seq揭示了已有研究中关于miRNA鉴定的误区：目前已知的多数miRNA异构体（isomers，'isomiRs'），即miRNA末端序列多样性并非天然存在，而是传统测序过程中的人为引入。这一发现刷新了人们对miRNA群体的认知，为鉴定miRNA的多样性和复杂性提供了重要参考。图3 人类乳腺细胞癌变过程中特征性miRNA以及人为引入的末端多样性。AQRNA-seq已经通过国际PCT申请，并在美国、中国和欧洲获得专利授权，该技术的商业化试剂盒也在开发过程中，将推动RNA测序进入绝对定量新时期。据悉，曹博教授课题组近期已经成功开发AQRNA-seq新版本（version 2.0），通过进一步设计并优化多个关键步骤，在绝对定量的基础上，实现了PCR dimer-free的建库技术。该版本可以与现有small RNA-seq技术通用，同时解决了必须通过胶回收除去PCR引物二聚体的繁琐步骤，突破了限制RNA建库全自动化的关键限制因素，有望发展成为RNA测序的新型通用平台。近年来，曹博教授一直围绕表观遗传调控的组学研究这一生命科学前沿热点，通过开发新型分子生物学技术，应用于解决领域内关键科学难题。主要科研成果（第一/通讯作者）发表在 Nature Biotechnology、Nature Communications、Nucleic Acids Research、PNAS、Molecular Microbiology 等国际著名学术期刊上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41587-021-00874-y2020年热文精选1. 杯具了！满满一纸杯热咖啡中，满满的塑料微粒…2. 美英澳科学家《自然医学》再添力证：新冠病毒乃自然进化产物，或有两种起源…3. NEJM：间歇性禁食对健康、衰老和疾病的影响4. 一年内治愈失眠！研究发现：改善睡眠，你或许只需要一条沉重的毯子5. 哈佛新研究：仅12分钟的剧烈运动，能为健康带来巨大的代谢益处6. 第一项人类干预试验：在大自然里“摸爬滚打”28天，足以提高免疫力7. 垃圾食品是“真.垃圾”！它夺走了端粒长度，让人老得更快！8.Cell解谜：不睡觉真的会死！但致死的变化不是发生在大脑，而是肠道…9. 《自然通讯》超大规模研究：血液中铁的水平是健康与衰老的关键！10. 不可思议！科学家一夜之间逆转动物“永久性”脑损伤，还让老年大脑恢复了年轻态…

基因表达程序对于有机体的完整性和功能至关重要。这些程序由调节网络根据反式作用因子与顺式调节元件之间的相互作用进行编码和解码。转录因子（TFs）和miRNA是调节剂的两大主要类别，具有确定的靶标特异性以及对转录组产生实质性影响的能力。鉴于miRNA在基因调控中的关键作用，包括转录和转录后调控的整合网络对于提供基因表达程序的全面视图并阐明其设计原理是必要的。尽管我们对单个植物miRNA的了解越来越多，但它们在基因调控网络中的全局作用仍未得到评估。近日，北京大学生命科学学院李磊研究组基于在本项研究中，基于对公共数据库中的数据进行重新分析和整理文献中已有的相互作用数据，构建了拟南芥中一个miRNA调控网络，其中包括66个核心转录因子、318个miRNA和1712个下游靶基因以及它们之间的调控关系。（重建拟南芥中整合的miRNA网络，图片摘自论文）研究发现，miRNA占据着独特的生态位，并且富集了包含miRNA的前馈环路（feed-forward loops, FFL），在miRNA作为中间节点的前馈环路当中尤甚。进一步的分析表明，含miRNA的FFL协调位于不同层次中的TF，而交织的含miRNA的FFL与约会型枢纽miRNA和集会型枢纽miRNA相关。使用约会型枢纽miRNAMIR858A作为例子，研究人员对三种相互连接的含miRNA的FFL进行了详细的分子和遗传分析。这些分析揭示了所选含miRNA的FFL的个别功能，并阐明了数据中心miRNA如何履行多种调控作用。综上所述，研究团队发现在拟南芥重建的miRNA网络中，miRNA比其他节点占据着独特的生态位。这一发现为miRNA在塑造基因网络的结构和组织方面的全局作用提供了新的思路。虽然还不完整，但将miRNA与其他基因连接起来的“线路图”提供了一个有意义的框架，可用于理解组合的转录和转录后调控机制。再加上对miRNA进行基因操作并评估转录组和表型后果的能力一起，今后研究人员将能够更加详细和清晰地破译基因表达程序的设计原理和控制逻辑。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gpb.2020.02.004

空闲时间，也不要懒惰呀！来和小喵一起看看文献吧！今天这篇文献主要是介绍MiRNA作为阿尔茨海默病生物标志物的系统研究进展论文：Systematic Review of miRNA as Biomarkers in Alzheimer’s Disease（MiRNA作为阿尔茨海默病生物标志物的系统研究进展）背景：目前，英国有85万人患有老年痴呆症，估计到2025年将增加到110万人。阿尔茨海默病的特征是淀粉样β斑块的积累和脑内过度磷酸化的τ，导致认知障碍的逐渐下降。小的非编码微RNA(MiRNA)序列已被发现解除了对阿尔茨海默病患者外周血的管制。一项系统的审查，以提取所有的miRNA，发现明显解除了对外周血的管制。这些解除管制的miRNAs与Braak第三阶段大脑中解除管制的miRNAs进行了交叉参照，结果在阿尔茨海默病早期出现了10组miRNAs(hsa-mir-107、hsa-mir-26b、hsa-mir-30e、hsa-mir-34a、hsa-mir-485、hsa-mir200c、hsa-mir-210、hsa-mir-146 a、hsa-mir-34c和hsa-mir-125 b)。通过对10种miRNAs的网络分析，发现它们与免疫系统、细胞周期、基因表达、细胞对应激的反应、神经元生长因子信号、WNT信号、细胞衰老和Rho GTP酶有关。文章部分图解结论该综述概述了寻找早期miRNA生物标志物用于阿尔茨海默病的另一种方法。它利用晚期阿尔茨海默病时血液中的miRNA解除管制，并与早期阿尔茨海默病时大脑中发现的miRNA相比较。然而，文学却充满了不一致之处。这可能源于技术上的差异，也可能是由于阿尔茨海默病患者的阶段不同而造成的可比性限制。为了提高可比性，阿尔茨海默病患者可分为Brank分期，并可直接比较其病理和外周血miRNA谱。多中心比较也将受益于一个标准化的分析协议，存储时间和量化方法。该综述还强调了在死后脑标本中使用解除管制的miRNA来识别潜在的生物标记靶点的可能性，这是因为miRNA的稳定性高于mRNA。