EV71感染引起长链非编码RNA的差异表达及其特异性作用

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肠道病毒71型(Enterovirus71,EV71)是重症手足口病(Hand-food-mouth disease,HFMD)的主要病原体,其感染可引起中枢神经系统并发症,严重者可危及生命。重症HFMD的暴发对儿童健康造成了严重威胁,探讨EV71感染的发病机制对HFMD的防治尤为重要。长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)在宿主内参与多种疾病的发生发展,值得注意的是,lncRNA可与病毒相互作用来调节宿主或病毒的基因表达,在病毒感染和抗病毒免疫中发挥重要作用,而lncRNA在EV71感染中的功能尚未得到验证。本研究通过RNA-Seq技术对EV71感染中宿主内lncRNA和mRNA的表达特征进行描述,对差异基因的相关功能进行生物信息学分析和实验验证,探讨lncRNA对EV71感染的影响,这对阐明EV71的发病机制和制定HFMD防治策略有重要意义。  目的:  1.描述EV71感染后lncRNA和mRNA的表达特征,筛选出感染前后显著变化的基因,为阐述lncRNA的功能提供数据支持。  2.分析差异表达基因的功能和相关信号通路,为研究EV71的致病机制指明方向。  3.验证lncRNA与病毒复制及细胞因子水平变化的关系,探讨lncRNA在病毒感染中的免疫调控作用。  方法:  1.构建EV71感染的RD细胞模型(感染组n=3,对照组n=3)和3日龄Balb/c乳鼠模型(感染组n=3,对照组n=3),TRIzol萃取法提取样本总RNA,去除核糖体RNA后构建cDNA文库。采用第二代高通量测序技术检测样本中RNA的表达量,随机挑选基因进行real-time PCR验证测序结果,并预测样本中以前未被注释的新lncRNA。  2.筛选EV71感染前后差异表达的lncRNA和mRNA,构建lncRNA-mRNA共表达网络,并预测lncRNA顺式调控和反式调控的靶基因。  3.对差异表达lncRNA的靶基因和差异表达的mRNA进行GO功能注释和KEGG通路分析,通过mRNA的已知功能来预测lncRNA在EV71感染中的调控作用。  4.结合文献检索及生物信息学分析结果,挑选EV71感染中具有潜在重要作用的lncRNA并设计smart silencer,在RD细胞中进行功能缺失性研究,验证lncRNA对EV71感染中病毒复制和细胞因子表达的影响。  结果:  1.质控分析和real-time PCR验证提示RNA-Seq测序结果可靠。共预测出3801个之前未被注释的新lncRNA,其中RD细胞中鉴定出2216个新lncRNA,小鼠骨骼肌中鉴定出1585个新lncRNA。  2.质谱分析结果显示EV71感染中宿主内大量lncRNA和mRNA表达量发生改变。其中RD细胞感染组与对照组相比,有23个lncRNA和372个mRNA表达量显著改变;小鼠感染组和对照组相比,有104个lncRNA和2647个mRNA表达量显著变化(FC≥2,P<0.05)。  3.GO功能注释提示差异表达的基因与细胞核、细胞质、细胞外外泌体的成分改变有关,与蛋白质结合、ATP结合、转运活性等分子功能相关,主要参与信号转导、转录、免疫反应等生物学过程;KEGG通路分析显示差异基因主要参与病毒感染性疾病、免疫系统反应、代谢过程和神经系统疾病等相关信号通路。  4.EV71感染可显著上调NEAT1的表达,功能分析及文献检索结果提示NEAT1在病毒感染中具有重要调控作用。NEAT1功能缺失性研究表明抑制RD细胞中NEAT1的表达可降低宿主内EV71复制和IL8表达水平。  结论:  1.EV71感染RD细胞和乳鼠均可引起大量lncRNA和mRNA的表达水平发生改变。  2.差异表达的lncRNA与病毒感染性疾病、神经系统疾病高度相关,可能通过调控宿主内免疫系统反应、细胞成分改变、代谢、蛋白质结合、转录等参与EV71感染的致病过程。  3.NEAT1可能在EV71感染后的免疫应答中起重要作用,可影响病毒的复制和细胞因子IL8的表达。
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