ceRNA介紹及分析研究策略
來(lái)源：?查看手機(jī)網(wǎng)址?瀏覽：7686?發(fā)布日期：2017-03-06 15:12:27【大?中?小】
前言
現(xiàn)在生物學(xué)研究中對(duì)RNA的研究與日俱增巾兆，siRNA舶赔，piRNA，miRNA, LncRNA一個(gè)個(gè)明星分子層出不窮蟹漓。更有一些新的名詞不斷產(chǎn)生最蕾，如ceRNA。其實(shí)ceRNA的提出也有一段時(shí)間了老厌，而且它并不是一種新的RNA分子瘟则，而是一種調(diào)控機(jī)制。
在最近的研究中表明基因在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中存在多種模式作用枝秤，microRNA作為其中一種重要的調(diào)控因子醋拧，是長(zhǎng)短約22nt的短鏈RNA，能夠通過(guò)抑制目的基因的翻譯或降解目的基因淀弹，從而反向調(diào)節(jié)目的基因的表達(dá)丹壕。而實(shí)際調(diào)控過(guò)程中不僅僅是簡(jiǎn)單的microRNA-mRNA的沉默機(jī)制，還有更為復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)薇溃，一些非編碼的RNA同樣存在與microRNA的結(jié)合位點(diǎn)菌赖，在細(xì)胞中起到miRNA海綿（miRNA sponge）的作用，進(jìn)而解除miRNA對(duì)其靶基因的抑制作用沐序，升高靶基因的表達(dá)水平琉用，也因此構(gòu)建了龐大的ceRNA網(wǎng)絡(luò)（ceRNETs）堕绩，這一作用機(jī)制被稱(chēng)為競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源RNA（ceRNA）機(jī)制。
研究ceRNA的調(diào)控機(jī)制有重要的生物學(xué)意義邑时，例如癌癥等疾病的分子機(jī)理的解析奴紧，對(duì)后期的疾病診治，藥物開(kāi)發(fā)等意義重大晶丘。
下表是某調(diào)查機(jī)構(gòu)發(fā)出的標(biāo)題含ceRNA的標(biāo)書(shū)增長(zhǎng)情況黍氮。從2013-2015年，標(biāo)題中含有ceRNA的標(biāo)書(shū)數(shù)量基本持平浅浮。而后的統(tǒng)計(jì)中2016年的中標(biāo)數(shù)量比2015年翻了一倍沫浆。資助額度的變化趨勢(shì)接近。我們注意到2014年總資助額度較高脑题，發(fā)現(xiàn)當(dāng)年有一個(gè)200萬(wàn)的大項(xiàng)目件缸，主要研究腫瘤基于ceRNA機(jī)制的長(zhǎng)鏈非編碼RNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。
接下來(lái)進(jìn)入正題
lncRNA和circRNA是常見(jiàn)的參與ceRNA調(diào)控的RNA分子叔遂，
下面以lncRNA（circRNA亦然）為例介紹ceRNA調(diào)控的研究分析策略他炊。
方法概述：首先進(jìn)行miRNA-target（miRNA-mRNA或miRNA-lncRNA）調(diào)控關(guān)系預(yù)測(cè)。然后根據(jù)共有miRNA預(yù)測(cè)lncRNA-mRNA調(diào)控關(guān)系對(duì)已艰。同時(shí)計(jì)算調(diào)控關(guān)系對(duì)表達(dá)值上的相關(guān)性用痊末，用以篩選結(jié)果和提高預(yù)測(cè)的可靠性。
1.首先我們通過(guò)測(cè)序或者芯片實(shí)驗(yàn)可以得到mRNA哩掺、lncRNA凿叠、circRNA以及miRNA在實(shí)驗(yàn)樣本中的表達(dá)信息。接著我們可能通過(guò)差異篩選或者其他方式篩選出了我們關(guān)注的RNA嚼吞。我們需要的就是這些RNA的序列以及表達(dá)量信息盒件。
2.接著根據(jù)序列信息，可以利用Miranda軟件舱禽，分別預(yù)測(cè)miRNA與mRNA炒刁、lncRNA的靶基因，即miRNA-mRNA誊稚、miRNA-lncRNA靶基因關(guān)系對(duì)翔始。同樣的，利用RNA的表達(dá)量情況預(yù)測(cè)miRNA與mRNA里伯、lncRNA構(gòu)成的micorRNA-target關(guān)系對(duì)城瞎，此處可以選擇皮爾森相關(guān)性分析方法，例如python numpy庫(kù)中的corrcoef函數(shù)疾瓮，篩選相關(guān)性高的關(guān)系對(duì)脖镀。
然后我們要綜合兩種預(yù)測(cè)的結(jié)果取交集以提高結(jié)果準(zhǔn)確性。
Miranda 預(yù)測(cè)結(jié)果：
相關(guān)性展示：
3.然后利用ceRNA_score原理（下文中介紹）預(yù)測(cè)ceRNA狼电，形成lncRNA-mRNA調(diào)控關(guān)系對(duì)认然。同時(shí)利用表達(dá)值預(yù)測(cè)lncRNA-mRNA關(guān)系對(duì)补憾。
綜合兩步分析的結(jié)果取交集得到我們最終預(yù)測(cè)的ceRNA調(diào)控關(guān)系對(duì)。
4.lncRNA功能注釋?zhuān)↘EGG卷员、GO）：此處的lncRNA通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)有限的miRNA來(lái)調(diào)節(jié)mRNA的表達(dá)和降解盈匾，即所謂的ceRNA。 lncRNA和mRNA通過(guò)共享的miRNA進(jìn)行交流毕骡，因此也具有相似的功能削饵。用超幾何分布檢驗(yàn)方法，計(jì)算lncRNA調(diào)節(jié)的這些mRNA在GO或KEGG條目的富集顯著性未巫。作為lncRNA的功能注釋窿撬。
5.最后，以網(wǎng)絡(luò)圖的形式（如下圖）展現(xiàn)lncRNA-miRNA-mRNA的三元關(guān)系叙凡。這里采用的是cytoscape（version 3.4.0）軟件繪制的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖劈伴。
PS. 關(guān)于上面提到的ceRNA score原理：
lncRNA對(duì)miRNA有調(diào)控關(guān)系，而該miRNA對(duì)mRNA也有調(diào)控關(guān)系握爷，那么該lncRNA就有可能作為該mRNA的ceRNA產(chǎn)生調(diào)控作用跛璧。lncRNA作為預(yù)測(cè)的ceRNA，我們會(huì)從兩個(gè)方面進(jìn)行約束新啼。lncRNA-mRNA必須有共同的miRNA追城，且相對(duì)高的MRE密度。
ceRNA_score和pvalue的計(jì)算方法如下：其中分子代表lncRNA和mRNA共有的miRNA?MRE數(shù)量燥撞；分母代表lncRNA和miRNA的MRE數(shù)量座柱。
p值計(jì)算公式如下：其中MT表示所有的miRNA的數(shù)量；mp表示與該mRNA有調(diào)控作用的miRNA數(shù)量物舒；mn表示與該lncRNA有調(diào)控作用的miRNA數(shù)量色洞；mc表示共同miRNA的數(shù)量。
所以大致的流程如下：
結(jié)語(yǔ)
需要清楚的是冠胯，我們通過(guò)重重篩選計(jì)算得到的ceRNA調(diào)控關(guān)系對(duì)也只是通過(guò)生物信息學(xué)的分析方法得到的預(yù)測(cè)結(jié)果锋玲，它提供的是一個(gè)研究的方向和范圍，最終還得通過(guò)后續(xù)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證涵叮。
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