基于生物信息学构建结肠癌内源性RNA网络

目的:结直肠癌(colorectal cancer,CRC)的高发病率和高病死率对人类健康构成了巨大威胁。环状RNA(circRNAs)和微RNA(microRNAs,miRNAs)作为相互竞争的内源性RNA(endogenous RNAs,ceRNAs),已被发现在致癌过程中发挥了重要作用。本文通过构建CRC中的circRNA/miRNA/mRNA调控网络,旨在探讨CRC发生过程中的具体分子机制。方法:从基因表达综合(Gene Expression Omnibus,GEO)数据库获得CRC的circRNA测序数据,筛选差异circRNA并用癌症特异性circRNA数据库(Cancer-specific CircRNA Database,CSCD)鉴定其结构;采用癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)数据库下载miRNAs和mRNAs测序数据并筛选差异基因;应用CircInteractome数据库预测差异circRNA对应的miRNA;采用DIANA、miRanda、PicTar和TargetScan数据库预测差异miRNA对应靶基因;应用R语言进行靶基因的基因本体(Gene Ontology,GO)和京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)的富集分析;采用蛋白质相互作用分析数据库String结合网络可视化分析软件Cytoscape3.7.2构建蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction,PPI)网络图和筛选核心基因;验证前10位核心基因(Top10 hub基因)的mRNA表达量;采用Cytoscape3.7.2构建circRNAs/miRNAs/mRNAs和circRNAs/miRNAs/Top10 hub mRNAs网络图;采用real-time PCR检测hsa_circRNA_0065173、hsa-mir-450b、hsa-mir-582、腺苷酸环化酶5(adenylate cyclase 5,ADCY5)、毒蕈碱型乙酰胆碱受体M2(muscarinic acetylcholine receptor M2,CHRM2)、大麻素I型受体(cannabinoid receptor 1,CNR1)和溶血磷脂酸受体1(lysophosphatidic acid receptor 1,LPAR1)在CRC组织和癌旁组织中的表达水平。结果:共筛选出14个差异circRNAs,在CSCD上可查询到8个;获得circRNAs靶向miRNAs 34个;mRNA在进行PPI和Top10 hub基因筛选时,得到Top10 hub基因分别为CHRM2、黑色素浓集激素受体2(melanin concentrating hormone receptor 2,MCHR2)、G蛋白γ3亚单位(G-protein gamma 3 subunit,GNG3)、神经肽Y受体Y1(neuropeptide Y receptor Y1,NPY1R)、CNR1、LPAR1、ADCY5、腺苷酸环化酶2(adenylate cyclase 2,ADCY2)、G蛋白偶联受体γ7抗体G(gamma 7,GNG7)、趋化因子12(chemokine 12,CXCL12);Top10 hub基因的表达量验证显示:Top10 hub基因在CRC中均下调;构建的网络图表明hsa_circRNA_0065173可能通过调控hsa-mir-450b、hsa-mir-582而调控ADCY5、CHRM2、CNR1、LPAR1基因,这些基因可能可作为治疗CRC的潜在相关靶点。Realtime PCR结果显示:与癌旁正常组织比较,CRC组织中hsa_circRNA_0065173、ADCY5、CHRM2、CNR1和LPAR1的表达水平均显著降低(均P<0.05);hsa-mir-450b、hsa-mir-582的表达水平均显著升高(均P<0.05)。结论:本研究构建了潜在的circRNAs/miRNAs/mRNAs网络,它可为circRNA通过ceRNA机制介导CRC的发生、发展提供新的见解。