转录组学揭示NTRK1对人神经元细胞系内质网应激反应相关基因的影响

Transcriptomics reveals the effects of NTRK1 on endoplasmic reticulum stress response-associated genes in human neuronal cell lines.

作者信息Bo Jiao, Mi Zhang, Caixia Zhang, Xueqin Cao, Baowen Liu, Ningbo Li, Jiaoli Sun, Xianwei Zhang
PMID37070091
期刊PeerJ
发布时间2023-04-12
DOI10.7717/peerj.15219

实验完整度

包含明确实验方法(RNA-seq、RT-qPCR、Western blot)和结果,但缺少动物模型及机制验证,属于中等完整度。

主要模型

SH-SY5Y细胞 NTRK1过表达SH-SY5Y细胞

重点核对

NTRK1过表达慢病毒载体(LV5,EF-1a/GFP/Puro/Amp,NM_002529.4) SH-SY5Y细胞感染MOI=35 RT-qPCR验证19个基因的表达 Western blot检测GRP78、p-IRE1、XBP1s、ATF6蛋白水平

摘要

背景:NTRK1基因编码TrkA,对神经系统至关重要,并驱动包括疼痛在内的多种生物过程。鉴于一些靶向NTRK1的新药在临床上的镇痛效果不尽如人意,深入了解NTRK1在神经元中的作用机制至关重要。方法:我们利用生物信息学分析评估了NTRK1过表达的SH-SY5Y细胞中的转录反应。进行了GO和KEGG分析,构建了PPI网络,并筛选了功能模块和前十基因。随后,通过RT-qPCR验证了枢纽基因。结果:共鉴定出419个差异表达基因,包括193个上调基因和226个下调基因。GO分析显示,上调基因主要富集于对内质网应激的反应、内质网中的蛋白质折叠等,下调基因则高度富集于一系列细胞组分和细胞过程。KEGG分析显示差异表达基因富集于内质网中的蛋白质加工以及与细胞增殖和迁移相关的通路。最显著的模块显著富集于内质网应激反应相关的生物过程。验证的七个枢纽基因包括五个上调基因(COL1A1、P4HB、HSPA5、THBS1和XBP1)和两个下调基因(CCND1和COL3A1),几乎所有这些基因都与内质网应激反应相关。结论:我们的数据表明,NTRK1显著影响SH-SY5Y细胞中内质网应激反应的基因转录。这提示内质网应激反应可能有助于NTRK1依赖性神经元的各种功能,因此,内质网应激反应相关基因需要进一步研究以阐明NTRK1相关的神经功能障碍。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
NTRK1在神经元中的具体作用机制尚不清楚,本研究旨在探索NTRK1过表达对神经元细胞转录组的影响。
核心机制
NTRK1过表达显著影响内质网应激反应相关基因的转录,其中IRE1α-XBP1和PERK信号通路可能发挥关键作用。
主要证据
RNA-seq鉴定出419个差异表达基因,GO/KEGG富集分析显示内质网应激相关通路显著富集;RT-qPCR验证了七个枢纽基因(包括HSPA5、XBP1等);Western blot显示GRP78、p-IRE1、XBP1s、ATF6表达升高。
研究意义
研究结果提示内质网应激反应相关基因可能成为NTRK1相关神经功能障碍(包括CIPA和慢性疼痛)的潜在治疗靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

构建NTRK1过表达模型

在SH-SY5Y细胞中过表达NTRK1,为研究其信号通路提供模型。

使用慢病毒载体感染SH-SY5Y细胞,MOI=35,通过RT-qPCR和Western blot验证过表达效果。

2

RNA-seq转录组分析

检测NTRK1过表达对基因表达谱的影响。

提取总RNA,构建链特异性文库,在Illumina NovaSeq 6000上测序,分析差异表达基因。

3

功能富集分析

确定差异表达基因参与的生物学过程和通路。

使用KOBAS 2.0进行GO和KEGG富集分析。

4

PPI网络分析及模块筛选

识别差异表达基因编码蛋白的相互作用网络及关键模块。

利用STRING构建PPI网络,Cytoscape插件MCODE识别模块,cytoHubba鉴定top 10基因。

5

RT-qPCR验证枢纽基因

验证RNA-seq中差异表达基因的准确性。

对top 10基因进行RT-qPCR验证,以GAPDH为内参,使用2-ΔΔCt法计算相对表达量。

6

Western blot验证ER应激标记物

验证NTRK1过表达对ER应激通路蛋白表达的影响。

检测GRP78、p-IRE1、XBP1s和ATF6蛋白的表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
MEM/F12培养基Procell Life Science & Technology Co., Ltd.--
胎牛血清Gibco--
青霉素----
链霉素----
LV5慢病毒载体GenePharma Co., Ltd.--
Hieff® qPCR SYBR® Green Master MixYEASEN--
Bio-Rad S1000热循环仪Bio-Rad--
蛋白酶抑制剂混合物Roche--
FLAG抗体Cell Signaling Technology2368S
GAPDH抗体Proteintech60004-1-Ig
GRP78抗体Proteintech11587-1-AP
p-IRE1抗体AffinityAF7150
XBP1s抗体Proteintech24868-1-AP
ATF6抗体AffinityDF6009
增强化学发光试剂Bio-Rad170506
TRIzol试剂Invitrogen15596026
DNA酶I----
Nanodrop™ One C分光光度计Thermo Fisher Scientific--
Qubit™ RNA宽范围检测试剂盒Life TechnologiesQ10210
KCTM链特异性mRNA文库制备试剂盒Wuhan Seqhealth Co., Ltd.DR08402
Novaseq 6000测序仪Illumina--
CCK-8试剂盒MCE Co., Ltd.--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养
培养基:MEM/F12;血清:10% FBS;抗生素:100 μg/mL链霉素和100 U/mL青霉素;培养条件:37°C,5% CO2;细胞系来源:Procell Life Science & Technology Co., Ltd.;感染MOI=35
阅读提示:Materials and Methods, Cell culture and transfection
基因过表达验证
RT-qPCR引物序列(Table S1);内参基因GAPDH;使用2-ΔΔCT方法;Western blot抗体信息(FLAG, GAPDH等)
阅读提示:Materials and Methods, Assessment of gene overexpression; Western blotting
RNA-seq
测序平台:Illumina NovaSeq 6000 (PE150);文库制备试剂盒(KCTM Stranded mRNA Library Prep kit);比对参数:HISAT2,允许4个错配;DEGs筛选:P<0.05,FC≥1.5或≤0.67;三生物学重复
阅读提示:Materials and Methods, RNA extraction and sequencing; RNA-seq data processing; Analysis of DEGs
RT-qPCR验证
引物序列(Table S1);扩增程序:95°C 30s;40个循环(95°C 10s, 60°C 30s);95°C 15s, 60°C 60s, 95°C 15s;三次重复
阅读提示:Materials and Methods, RT-qPCR for validation of the hub genes
Western blot
一抗及稀释比例:GRP78 (1:3000)、p-IRE1 (1:500)、XBP1s (1:2000)、ATF6 (1:1000);二抗;显影液;内参GAPDH
阅读提示:Materials and Methods, Western blotting; Results, Identification of top 10 genes..., Fig. S2
数据分析
GO/KEGG富集工具:KOBAS 2.0;PPI网络构建:STRING;MCODE参数;cytoHubba;统计方法:未配对双尾t检验,P<0.05
阅读提示:Materials and Methods, Functional enrichment analysis; PPI network construction...; Statistical analysis