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MicroRNA(miRNA)是一类广泛存在于动植物基因组中的非编码小RNA。通过与基因3 UTR区的互补结合介导其降解或者抑制翻译,从而在转录后水平发挥重要的调控作用,几乎影响着生命过程的各个方面,例如胚胎发育、细胞分化和肿瘤发生等。研究表明miRNA在小鼠和人的胚胎干细胞自我更新和分化过程中也起着重要作用,然而恒河猴(Rhesus macaca)胚胎干细胞的miRNA表达调控模式之前还没有报道。
本论文通过高通量测序技术首次揭示了恒河猴胚胎干细胞miRNA的表达模式,并发现了新的miRNA分子,为研究miRNA在恒河猴胚胎干细胞中的作用提供了基础数据。研究结果显示,三株恒河猴胚胎干细胞系共享92.4%的miRNA分子。通过四种检验方法对miRNA基因簇和总体miRNA水平的比较均证实三株胚胎干细胞miRNA的表达模式是高度一致的。在miRNA靶基因预测及功能注释中,MAPK、Wnt、TGFβ等对胚胎干细胞维持干细胞特性及分化十分重要的信号通路受到miRNA的显著调控。这进一步提示了miRNA在恒河猴胚胎干细胞的自我更新和分化过程中起到重要的调控作用。对miRNA与靶基因作用网络的分析表明:靶基因受miRNA调控的程度与其进化速率呈负相关。通过与现有人和小鼠胚胎干细胞的miRNA表达谱数据的比较,我们发现大多数miRNA在不同物种间的表达情况比较保守,这也印证了功能重要的miRNA更趋于保守的结论。由于亲缘关系较近,人与恒河猴胚胎干细胞的miRNA表达模式更为相似。但我们发现了三个miRNA基因簇在不同物种中的表达情况存在显著差异,这可能对不同物种胚胎干细胞的特性有一定贡献。
本论文还对快速进化的miR-513家族各成员的序列分歧时间及是否存在功能上的分歧进行了探讨。序列分析表明这一miRNA家族的频繁复制是由重复转座元件MER91C介导的,发生在阔鼻小目(Platyrrhini)和狭鼻小目(Catarrhini)分化之后,但在旧大陆猴与猿及人分化之前。通过对靶基因的实验验证分析,我们证明了不同成员确实存在功能上的分歧。其中,miR-513b特异地抑制靶基因down-regulator of transcription1(DR1)的mRNA和蛋白质水平的表达,而DR1在幼年和成熟恒河猴睾丸中的表达量也正好和miR-513b相反,提示miR-513b通过对DR1表达的负调控作用来影响雄性生殖发育过程。