近期，云序生物客戶天津醫科大學總醫院張建寧教授帶領的神經創傷團隊針對大腦創傷的研究。該課題組集合了外泌體和環狀RNA兩大科研熱點，應用云序生物提供的全轉錄組測序服務，僅通過大腦創傷外泌體中環狀RNA表達譜研究就成功地于今年年初在《Journal of Neurotrauma》（影響因子5.19）上發表了世界首個小鼠腦創傷模型外泌體環狀RNA研究的一篇文章。
研究背景：
大腦創傷（TBI）具有極高的發病率和致死率，會不同程度地危害身體健康，目前對其致病機理，尤其是對神經系統造成傷害的分子機理尚不知曉。已知外泌體中富含環狀RNA，這是一種新發現的環狀非編碼RNA，大多以miRNA海綿發揮調控下游功能基因的表達。而本研究作者正是集合了外泌體和環狀RNA兩大科研熱點，利用高通量測序揭示大腦創傷外泌體中環狀RNA的變化及其潛在的生物學功能。
研究思路：
作者首先分離了小鼠腦組織，提取腦周質外泌體，通過外泌體全轉錄組測序檢測TBI腦周組織外泌體中環狀RNA的表達變化。結果發現231個差異表達的環狀RNA，其中155個上調，76個下調。接下來通過生信分析如GO及KEGG分析對外泌體差異表達的環狀RNA進行了功能預測。GO分析表明這些RNA分子主要參與神經損傷修復，神經系統發育及神經信號傳導相關，這些分子同時主要富集在cGMP-PKG信號通路。CircRNA-miRNA互作網絡圖揭示了環狀RNA作用靶miRNA及可能的功能。本文首次研究了大腦創傷外泌體中環狀RNA變化，為后續分子機理詳細研究提供諸多靶分子，也為大腦創傷的干預治療提供潛在的靶點。
研究路線圖：
結果展示：
通過透射電鏡TEM和Western Blot鑒定提取的外泌體。TEM顯示提取的外泌體符合粒徑30-100nm的不規則球形特點。WB結果也顯示外泌體marker蛋白如CD63，TSG101和HSP70均有表達，星形膠質細胞marker蛋白GFAP也有表達。上述結果證實來自大腦組織的外泌體提取成功。
圖示：外泌體電鏡鑒定和WB檢測
通過環狀RNA測序檢測TBI vs正常(3v3)外泌體中環狀RNA的表達，結果發現有231個環狀RNA顯著差異表達，其中155個上調，76個下調。
圖示：外泌體差異表達的環狀RNA聚類分析和散點圖
通過對差異表達的環狀RNA來源基因進行GO分析，發現從生物學過程角度，差異表達環狀RNA更顯著富集在突觸發育，運輸等生物學過程。從細胞組分角度，差異表達環狀RNA更顯著富集在細胞質，細胞器，神經元，突觸等部分。從分子功能角度，差異表達環狀RNA更顯著富集在結合那些特殊基質如蛋白，酶，激酶等。
KEGG信號通路分析結果顯示差異表達的環狀RNA更顯著富集在cGMP-PKG信號通路。
圖示：外泌體差異表達的環狀RNA來源基因GO分析
圖示：外泌體差異表達的環狀RNA來源基因KEGG分析
圖示：Top10 顯著上下調circRNA相關的KEGG通路關系網絡圖
2013年兩篇Nature文章揭示環狀RNA具有miRNA海綿的功能，它可以吸附miRNA來調節相關基因的表達。此后，環狀RNA的ceRNA功能機制正被人們廣泛研究。研究人員通過生物信息學預測，發現環狀RNA有多個miRNA結合位點，挑選33個環狀RNA和35個miRNA，構建circRNA-miRNA網絡圖，結果表明mmu-miR-883a-3p，mmu-miR-3057-5p，mmu-miR-6980-3p， mmu-miR-6968-5p 和mum-miR-9768-3p比其他miRNA受到更多環狀RNA調控。
圖示：circRNA-miRNA網絡圖
作者介紹：
張建寧，男，博士，博士生導師。現任天津醫科大學總醫院院長，神經外科主任，天津市神經病學研究所所長，加拿大蒙特利爾神經病學研究所高級顧問，神經外科學科帶頭人。已發表學術論文100多篇，參編專著多部，是"十一"高教部教材《外科學》副主編。先后被評為衛生部和天津市衛生局優秀青年專業技術人員、天津市和醫科大學跨世紀人才、新世紀人才、天津市"十五"重點建設學科資助人選、天津市"131"工程第一層次人才。近年來承擔國家科技部(973課題)、國家自然科學基金委、衛生部、天津市科委、教委的多項科研課題。
參考文獻：Circular RNA expression alteration in exosomes from the brain extracellular space after traumatic brain injury in mice
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