IPA案例十四——使用IPA分析心肌细胞在不同时间拉伸处理后的转录组变化

2018-04-24 11:58:58 来源:源资科技市场部

新闻摘要:本文采用机械拉伸处理大鼠心肌细胞,并且从1h,4h,12h,24h,48h分别取样进行基因表达的分析。数据处理部位主要由IPA完成。获得了潜在的能够调控机械拉伸刺激心肌细胞基因表达的因子。


摘要:机械力能激活超负荷心肌细胞的肥大生长。然而,机械拉伸处理后的心肌细胞的转录组变化机制没有完全被理解。本文中,对新生大鼠的心室心机细胞分别进行了1h、4h、12h、24h和48h的机械拉伸,并且对其转录组进行研究,获得了全基因组时间序列的表达结果。结果显示,采用不同的时间点的样本,做了全基因组时间序列的基因研究。结果显示,在以上5个循环机械拉伸时间点,得到在拉伸培养新生大鼠心肌细胞中,分别有205个,579个, 737个, 621个、1542个差异表达基因(>2倍,p<0.05)。得到的结果采用IPA进行差异表达基因的通路和上游调控因子,以确定能够调控可能导致机械牵张引起心肌细胞肥大的网络。同时,本文还用同样的样品做了miRNA表达谱,对比1 - 12和24 - 48小时分别得到了在机械拉伸时发生变化的8和87个显著差异的miRNAs(p<0.05)。 本文还采用IPA来整合miRNA和mRNA数据,我们预测了miRNA-mRNA可能导致机械牵张引起的肥厚性生长的因子。结论:通过以上分析发现(Nrf2)和干扰素调节因子以及let-7miRNA家族有可能调控心肌细胞对于拉伸刺激的基因。


实验方法:

 



实验结果:

 


图一:新生大鼠心肌细胞的拉伸处理差异表达基因。(A,B)1-48小时差异基因表达个数。A是2倍变化的基因,B是1.5倍变化的基因。黑框代表上调基因。白框代表下调基因。C-J代表不同时间点之间的Venn diagram。 C和G是2倍变化上调基因,D和H是2倍变化的下调基因,E和I是1.5倍变化的上调基因,F和J是1.5倍变化的下调基因。

 

图二:1-48小时差异基因分别上调和下调表达前十的基因列表。

 

图三:拉伸处理的大鼠心肌细胞不同时间点的差异基因(1.5倍变化的上调及下调基因)的功能分析。使用IPA进行相关的功能分析,计算出正负的Z-Score分别代表预测上调的功能(A)和预测下调(B)的功能。以灰色的柱形表示,红色的点表示p值。图中所示的均是Z-Score大于2的功能聚类。

 

图四:分别对比1-12h,24-48小时的经典通路。使用IPA进行5个时间点的经典通路分析,并且使用对比分析得到的经典通路对比。图中,橙色代表预测该实验条件下的经典通路被激活,蓝色代表预测该实验条件下的经典通路被抑制。

 

图五:NRF2-mediated oxidative stress response信号通路核内部分。图四显示,该经典通路随着拉伸时间变化,在12小时被显著的激活。本图中。红色的分子代表在数据中上调表达的基因,绿色的分析代表下调表达的基因。颜色的申请代表的差异表的强弱。

 

图六:使用IPA对差异基因进行的上游调控因子进行分析。图中采用了在5个时间点预测对差异基因有激活或抑制的显著的5个上游因子。以Z-Score(柱形)的值分别代表在各时间点的激活(正值)和抑制(负值)的作用。红的的点代表p值。

 

图七:miRNA聚类结果。热图显示差异表达的miRNA在不同时间点样品的聚类表达结果。每一行代表着一个miRNA,每列代表一个样品。红色代表miRNA表达值大于平均表达值,蓝色代表miRNA表达值小于平均值。灰色代表该miRNA的表达值低于背景值。

 

图八:使用IPA进行miRNA-mRNA配对分析,得到let-7miRNA家族在不同时间点的潜在靶基因。


结论: 本文主体使用IPA对5个时间样本中得到的差异基因进行核心分析。能够得到经典通路的结果,基因功能聚类结果,以及上游调控因子的分析结果。并且通过miRNA Target filter功能获得潜在的mRNA靶基因。展示了在不同时间长度的机械拉伸处理的大鼠心肌细胞的基因表达谱。


原文文献:
Jaana Rysä, Heikki Tokola, & Heikki Ruskoaho. (2018). Mechanical stretch induced transcriptomic profiles in cardiac myocytes. Scientific Reports, 8(1).

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