2020-03-20
发表期刊：International Journal of Molecular Medicine
影响因子：2.9
文章题目：tRNA‑derived small RNAs: A novel class of small RNAs in human hypertrophic scar fibroblasts
技术手段：small RNA-Seq
派森诺生物与南昌大学第一附属医院携手合作，于近期在《International Journal of Molecular Medicine》上发表了tsRNA在人增生性瘢痕纤维细胞中的差异表达相关研究。
研究背景
增生性瘢痕是一种创伤修复过程中由于细胞外基质过度沉积、纤维细胞过度增殖导致的异常疤痕，它表面突出，潮红充血，质地实韧，有灼痛和瘙痒感，不仅会损害皮肤的外观和功能，更影响患者的心理和生理。然而目前增生性瘢痕形成的分子机制尚无定论。
tsRNA（tRNA‑derived small RNAs）是一类来自tRNA的短片段，它不仅是随机tRNA裂解的副产物，更可作为一种小的非编码RNA在许多特定的生理和病理过程中发挥关键作用。
基于此，本研究通过small RNA测序，分析增生性瘢痕纤维细胞中发生差异表达的tsRNA，并通过功能富集分析、共表达网络分析、ceRNA分析等方法推测tsRNA在增生性瘢痕形成过程中发挥的作用。
研究方法
研究结果
1、差异tsRNA及其功能富集分析
测序结果显示，相较于对照细胞，增生性瘢痕组织的细胞中共检测到67个差异表达的tsRNA，其中27个上调表达，40个下调表达（图1）。
图1 差异表达tsRNA的热图
为探讨这些差异tsRNA在增生性瘢痕中的潜在作用，进一步对其靶基因进行功能富集分析。GO富集分析显示，差异tsRNA的靶基因富集于多种生物学功能相关条目，包括“神经系统发育”、“细胞粘附”、“局灶性粘附”、“蛋白结合”、“血管生成”和“肌动蛋白结合”（图2 A-C），暗示这些基因可能参与细胞分裂和增殖；KEGG富集分析表明，变化显著通路中包括“Ras信号通路”、“Rap1信号通路”和“cGMP-PKG信号通路”（图2 D），说明这些基因可能在细胞增殖、分化、转移和凋亡中发挥重要作用。
图2 差异tsRNA靶基因的GO和KEGG富集分析
2、关键tsRNA的靶基因预测
从上调表达的tsRNA中发现3个关键tsRNA：tsRNAs-23678、tsRNA-23727和tsRNA-23761，它们都属于5’-tsRNA类，而已有研究表明5’-tsRNA可以调节干细胞的分化，并参与翻译抑制，因此重点关注这3个tsRNA的靶基因（表1）。结果显示，tsRNA-23761的靶基因包含COL1A1，该基因可编码胶原蛋白COL1的前体，该蛋白的异常积累导致瘢痕形成，已有研究表明COL1在增生性瘢痕中上调表达。无独有偶，tsRNA-23727和tsRNAs-23678的靶基因均包含SMAD2，而该基因可调控包括增殖、存活、凋亡和休眠在内的多种细胞活动，也被证实在增生性瘢痕纤维细胞中的显著上调表达。这些结果均显示，tsRNA在增生性瘢痕纤维细胞中的功能可能涉及关键mRNA的正向调控。
表1 关键差异tsRNA的靶基因预测
3、tsRNA-miRNA共表达网络分析
由于大多数tsRNAs目前没有注释，其功能多是通过共表达的miRNA的功能进行推测，因此选择3个关键tsRNA：tsRNAs-23678、tsRNA-23727和tsRNA-23761，构建tsRNA-miRNA共表达网络（图3）。结果显示，共有40个miRNA与这三个tsRNA相关，其中包含已被证实与增生性瘢痕相关的miRNA，如miR-29b：共表达网络显示，tsRNA-23678与miR-29b家族成员miR -29b-1-5p互作，且转录组测序结果显示二者表达趋势相反，暗示tsRNA‑23678可能是增生性瘢痕的重要调节因子。
图3 关键tsRNA-miRNA共表达网络分析
4、tsRNA-miRNA-mRNA的ceRNA网络分析
已知miRNA通过与mRNA结合而导致基因沉默，而tsRNA可能通过与miRNA竞争性结合来调节基因表达，基于此构建tsRNA-miRNA-mRNA的ceRNA网络（图4），该网络由3个tsRNA、6个miRNA和40个mRNA组成。其中，tsRNA-23761是miR-3135b的一个ceRNA，它以血管紧张素转换酶（ACE）和PYGO2为靶点，而ACE在创面愈合和胶原生成过程中起着重要的中介作用。因此可推测，tsRNA-23761与miRNA竞争以调控ACE表达，从而影响增生性瘢痕纤维细胞的活性和增殖。
图4 tsRNA-miRNA-mRNA的ceRNA网络图
结 论
本研究通过small RNA测序，首先鉴定出增生性瘢痕组织与正常皮肤组织相比差异表达的tsRNA，并通过靶基因的功能富集分析证实差异tsRNA的功能与增生性瘢痕有关；然后明确差异tsRNA中的tsRNA-23678、tsRNA-23727和tsRNA-23761为关键tsRNA，并以它们为中心构建共表达网络和ceRNA网络。最后提出tsRNA调控增生性瘢痕的机制：tsRNA-23678可能通过与miR29b15p相互作用而发挥关键作用；tsRNA-23761可能作为竞争性的内源RNA与miR-3135b结合，最终调节靶基因ACE的表达。
本研究有助于揭示增生性瘢痕的分子机制，并为其治疗提供理论基础。
文章小结
本研究的测序工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
