脂多糖诱导的急性肺损伤中自噬改变的综合生物信息学分析及潜在竞争性内源RNA调控机制的构建

Comprehensive Bioinformatics Analysis of Lipopolysaccharide-Induced Altered Autophagy in Acute Lung Injury and Construction of Underlying Competing Endogenous RNA Regulatory Mechanism.

作者信息Jian-Yu Liu, Ying-Xiao Jiang, Meng-Yu Zhang, Chen Huo, Yi-Can Yang, Xiu-Li Ji, Yi-Qing Qu
PMID34722769
发布时间2021-10
DOI10.1155/2021/6831770

实验完整度

中

包含细胞实验(Western blot、免疫荧光、电镜)和全转录组测序及生物信息学分析,但缺少功能验证和体内实验。

主要模型

16HBE人支气管上皮细胞系 LPS刺激的16HBE体外模型

重点核对

LPS浓度:0-1600 ng/ml梯度,有效浓度1000 ng/ml LPS刺激时间:12小时 细胞分组:8株16HBE分为阴性对照组(4株)和LPS刺激组(4株) 自噬相关蛋白:LC3B和SQSTM1/p62的表达变化 测序平台:Illumina平台

摘要

背景:急性肺损伤(ALI)是一种常由细菌细胞壁释放的脂多糖(LPS)诱导的致命综合征。LPS也能触发肺支气管上皮细胞的自噬以减轻炎症,而过量的LPS会破坏自噬平衡,从而诱发严重的肺损伤。方法:我们通过Western blot、免疫荧光染色和电子显微镜观察了人支气管上皮细胞16HBE在不同浓度LPS暴露下的自噬变化。将8株16HBE分为两组,分别接受或不接受1000 ng/ml LPS刺激,并进行全转录组测序。随后,我们分析了测序数据,进行了功能富集、通路分析和候选基因筛选,并构建了hsa-miR-663b相关的竞争性内源RNA(ceRNA)网络。结果:我们设置了一系列浓度的LPS刺激16HBE,观察了相关蛋白表达和自噬体数量的变化。我们发现LPS的有效浓度为1000 ng/ml,暴露时间为12小时,并对1000 ng/ml LPS刺激的16HBE进行了测序。结果,共鉴定出750个差异表达基因(DEGs)、449个差异表达lncRNAs(DElncRNAs)、76个差异表达circRNAs(DEcircRNAs)和127个差异表达miRNAs(DEmiRNAs)。我们构建了蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络以可视化DEGs之间的相互作用,并定位了36个基因以理解LPS刺激的16HBE与阴性对照组之间的核心差异。在差异表达RNA(DERNAs)的联合分析中,我们分析了DERNAs中所有ceRNA的靶向关系,发现hsa-miR-663b是ceRNA网络中的核心中介,在LPS诱导16HBE自噬变化中发挥作用。结论:我们的研究表明,hsa-miR-663b相关的ceRNA网络可能参与LPS诱导的自噬变化和ALI的关键调控机制。

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
LPS诱导的ALI中,自噬改变背后的ceRNA调控机制是什么?
核心机制
hsa-miR-663b相关的ceRNA网络可能通过调控自噬相关基因的表达参与LPS诱导的自噬变化和ALI的发病机制。
主要证据
通过Western blot、免疫荧光和电镜观察LPS诱导16HBE自噬变化,并通过全转录组测序和生物信息学分析构建ceRNA网络,发现hsa-miR-663b作为核心调控因子。
研究意义
该研究为理解ALI的发病机制提供了新的视角,可能为ALI的诊断和干预方法提供潜在靶点。

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

LPS诱导自噬模型建立

确定LPS诱导16HBE自噬的有效浓度和时间

使用不同浓度LPS(0-1600 ng/ml)刺激16HBE 12小时,通过Western blot、免疫荧光和电镜检测自噬相关蛋白和自噬体数量。

2

全转录组测序

鉴定LPS刺激后16HBE中差异表达的mRNA、lncRNA、circRNA和miRNA

对8株16HBE(4株对照,4株1000 ng/ml LPS刺激12小时)进行全转录组测序,分析DEGs、DElncRNAs、DEcircRNAs和DEmiRNAs。

3

差异表达基因功能富集分析

探索DEGs及差异ncRNA靶基因的生物学功能和通路

使用clusterProfiler对DEGs进行GO和KEGG富集分析,对差异lncRNA的cis/trans靶基因、circRNA和miRNA靶基因进行富集分析。

4

PPI网络构建和关键基因筛选

识别LPS诱导ALI中的核心基因和功能模块

使用STRING构建DEGs的PPI网络,通过Cytoscape和cytoHubba筛选hub基因,用MCODE分析核心模块。

5

ceRNA网络构建

构建LPS诱导自噬变化相关的ceRNA调控网络,并鉴定核心调控因子

基于全转录组数据,整合DElncRNAs、DEmiRNAs和DEGs,筛选ceRNA对,构建hsa-miR-663b相关网络。

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
16HBE细胞系Procell Technology--
RPMI 1640培养基Gibco--
胎牛血清Biological Industries--
脂多糖Sigma-AldrichL4391
雷帕霉素Sigma-Aldrich553210
抗LC3B抗体Cell Signaling Technology3868
抗SQSTM1/p62抗体Cell Signaling Technology8025
抗GAPDH抗体BeyotimeAF5009
HRP标记二抗Cell Signaling Technology--
RIPA裂解液BeyotimeP0013
PVDF膜Merck MilliporeIPVH00010
DAPISolarbioC0065
Triton X-100SolarbioT8200
牛血清白蛋白BioFroxx4240
日立H-7500透射电子显微镜Hitachi--
奥林巴斯IX81荧光显微镜Olympus--
RNA Nano 6000检测试剂盒Agilent Technologies--
NanoDrop 2000分光光度计Thermo Fisher Scientific--
Ribo-Zero rRNA去除试剂盒Epicentre--
NEBNext Ultra定向RNA文库制备试剂盒NEB--
NEBNext Ultra小RNA样品文库制备试剂盒NEB--
TruSeq PE簇生成试剂盒Illumina--
Illumina测序平台Illumina--
GraphPad Prism 7.00软件GraphPad Software--
R 4.0.5软件R Foundation for Statistical Computing--
Tannon 4800化学发光成像系统Tannon--

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
16HBE细胞系来源(文中未明确说明具体批次),培养基RPMI 1640,10%胎牛血清,37°C,5% CO2
阅读提示:Methods 2.1
LPS刺激
LPS浓度梯度(0-1600 ng/ml),有效浓度1000 ng/ml,刺激时间12小时
阅读提示:Methods 2.1, Results 3.1, Figure 1
测序
样本分组(4株对照,4株LPS刺激),RNA质量检测方法,文库构建试剂盒,测序平台Illumina
阅读提示:Methods 2.2, 2.3
数据分析
差异表达筛选标准(P < 0.05,|logFC| > 1.5),DESeq和limma包,Benjamini-Hochberg校正
阅读提示:Methods 2.3