综合microRNA和基因表达谱分析

microrna研究思路引言：随着生物技术的发展，人们对于微小RNA（microRNA）的研究越来越深入。

微小RNA是一类非编码RNA分子，具有调控基因表达的重要功能。

本文将介绍微小RNA研究的思路和方法，以期更好地理解其在生物学中的作用。

一、鉴定与筛选微小RNA：鉴定和筛选微小RNA是研究的第一步。

目前，常用的方法有基于高通量测序的全基因组鉴定以及生物信息学分析。

首先，通过提取RNA样本，利用高通量测序技术获得大量的RNA序列信息。

然后，利用生物信息学分析工具对测序数据进行处理和比对，筛选出具有典型微小RNA特征的序列。

二、微小RNA的功能研究：微小RNA的功能研究是微小RNA研究的重点之一。

通过实验室内外的功能研究，可以揭示微小RNA在基因调控中的具体作用机制。

常用的研究方法有：靶标预测、基因敲除、转染和转基因动物模型等。

首先，通过生物信息学方法预测出微小RNA的靶标基因。

然后，利用基因敲除技术或转染技术使微小RNA的表达发生变化，观察靶标基因的表达水平变化。

最后，利用转基因动物模型验证微小RNA对于生物体内的调控作用。

三、微小RNA与疾病的关联研究：微小RNA在多种疾病中发挥重要的调控作用，因此，研究微小RNA与疾病的关联关系对于疾病的诊断和治疗具有重要意义。

常用的研究方法有：疾病相关基因的筛选、微小RNA表达谱的分析以及功能研究等。

首先，通过大量的临床样本和生物信息学分析，筛选出与疾病相关的基因。

然后，通过微小RNA表达谱的分析，寻找与疾病相关的微小RNA。

最后，通过功能研究，揭示微小RNA 在疾病发生发展中的作用机制。

四、微小RNA的应用前景：微小RNA的研究不仅可以增进对基因调控的理解，还具有广泛的应用前景。

微小RNA可以作为潜在的生物标志物用于疾病的早期诊断和预后评估。

此外，微小RNA还可以作为潜在的治疗靶点，通过调控微小RNA的表达来治疗相关疾病。

目前，已经有一些微小RNA药物进入了临床试验阶段。

·研究论文·Chinese Journal of Animal Infectious Diseases中国动物传染病学报摘 要：分析经NDV 感染HeLa 细胞分泌外泌体microRNA 表达变化，以期为外泌体microRNA 在NDV 感染中的具体作用机制提供初步的理论基础。

采用经典差速离心法分离提取对照组与NDV 感染组的HeLa 细胞来源外泌体，经miRCURYTM Array 芯片分析两组microRNA 的表达谱后，通过Targetscan 预测表达差异miRNA 的可能靶基因，并利用DAVID 、KEGG 等在线预测工具对差异microRNA 靶基因进行Go 功能分析。

相比于对照组，NDV 感染组HeLa 细胞外泌体中共有234个microRNA 发生了2倍以上的表达差异（P ＜0.01），其中8个外泌体microRNA 呈现出10倍以上的表达差异（P ＜0.01），分别为hsa-miR-3662、hsa-miR-3128、hsa-miR-345-5p 、hsa-miR-376a-3p 、hsa-miR-106b-3p 、hsa-miR-133b 、hsa-miR-410-3p 和hsa-miR-454-3p 。

经Go 功能分析发现，这8个microRNA 主要分布在细胞外膜、高尔基膜、细胞核膜等部位，参与转录过程，负调节RNA 聚合酶Ⅱ启动子转录过程，蛋白质均聚过程，正调节NF-kappaB 转录因子活性过程、细胞缺氧反应过程、神经元分化过程等，并发挥着蛋白结合、金属离子结合、转录因子活性、染色体结合等功能。

NDV 感染会引发HeLa 细胞的外泌体microRNA 显著性差异表达，而其机制仍有待进一步研究。

关键词：外泌体；microRNA ；HeLa ；表达谱；生物信息学中图分类号：S852.659.5文献标志码：A文章编号：1674-6422（2021）06-0042-08Detection of microRNA Expression Profi les in Exosomes Derived from HeLa Cellsand Bioinformatics AnalysisZHOU Changluan, DING Chan, MENG Chunchun, SUN Yingjie, QIU Xusheng, LIAO Ying, LIU Weiwei,SONG Cuiping, TAN Lei(Shanghai Veterinary Research Institute, CAAS, Shanghai 200241, China)收稿日期： 2019-05-17基金项目：国家自然科学基金面上项目（32072868）；上海市自然科学基金面上项目（20ZR1469400）；上海市兽医生物技术重点实验室开放基金（shklab202007）作者简介：周昌娈，女，硕士研究生，预防兽医学专业通信作者：NDV 感染的HeLa 细胞的外泌体microRNA 的表达谱及生物信息学分析周昌娈，丁 铲，孟春春，孙英杰，仇旭升，廖 瑛，刘炜炜，宋翠萍，谭 磊（中国农业科学院上海兽医研究所，上海200241）2021,29(6): 42-49Abstract: The changes of microRNA expression in exosomes of HeLa cells infected with NDV (Newcastle disease virus) were analyzed in the present study in order to provide a preliminary theoretical basis for the specifi c mechanism of exosome microRNA during NDV infection. HeLa cell-derived exosomes were isolated by classical differential centrifugation. The expression profi les of two groups of microRNAs were analyzed by miRCURYTM Array. The possible target genes of differentially expressed microRNAs were predicted by Targetscan. The Go function of differentially expressed microRNAs was analyzed by online prediction tools such as DAVID and KEGG. Compared with the control group, 234 microRNAs in HeLa cell exosomes of NDV infected group had more than twice expression difference (P <0.01). Eight of them showed more than 10 times expression difference (P <0.01). They were hsa-miR-3662, hsa-· 43 ·第29卷第6期周昌娈等：NDV感染HeLa细胞的外泌体microRNA的表达谱及生物信息学分析miR-3128, hsa-miR-345-5p, hsa-miR-376a-3p, hsa-miR-106b-3p, hsa-miR-133b, hsa-miR-410-3p, and hsa-miR-454-3p, respectively. The GO functional analysis showed that the eight mcroRNAs were mainly distributed in the outer membranes, Golgi membranes and nuclear membranes. They participated in the transcription, negative regulation of transcription from RNA polymerase II promoter, protein homooligomerization, positive regulation of NF-kappaB transcription factor activity, cellular response to hypoxia and neuronal differentiation, and played the roles in protein binding, metal ion binding, transcription factor activity, chromosome binding and so on. This study suggested that NDV infection could cause signifi cant differences in the expression of microRNA in exosomes of HeLa cells and the underlying mechanism remains to be further investigated.Key words: Exosome; microRNA; HeLa; expression profi le; bioinformatics外泌体是一种由细胞主动分泌的具有脂质双分子层结构的囊泡，直径为30～150 nm，其形状类似于茶托或一侧凹陷的半球形[1]。

如何使用生物大数据技术分析miRNA表达谱miRNA（microRNA）是一类短小非编码RNA分子，起调控基因表达的重要作用。

miRNA的表达谱分析在生物学研究中具有重要意义，可以帮助我们理解miRNA的功能，发现miRNA与疾病之间的关联，并为疾病的诊断和治疗提供新思路。

生物大数据技术为miRNA表达谱的分析提供了巨大的支持和便利。

本文将介绍如何使用生物大数据技术分析miRNA表达谱。

首先，获取miRNA表达谱数据。

miRNA表达谱数据可以通过多种方法获得，包括实验室测序技术、公共数据库下载等。

实验室测序技术包括高通量测序技术（如RNA-seq）和芯片技术（如miRNA芯片）。

公共数据库，如The Cancer Genome Atlas（TCGA）、Gene Expression Omnibus（GEO）等，收集了大量的miRNA表达谱数据。

根据具体研究需求，选择合适的数据来源并下载相应的数据。

接下来，对miRNA表达谱数据进行预处理。

预处理的目标是去除噪声和干扰，保证数据的质量。

首先，进行数据清洗，去除低质量的读数和低表达miRNA。

其次，进行归一化操作，使不同样本之间的数据可比。

常用的归一化方法包括总读数归一化、RPKM归一化等。

最后，进行差异分析，找出在不同样本之间表达差异显著的miRNA。

差异分析方法包括t检验、方差分析、Wald检验等，根据实际情况选择合适的方法。

然后，进行miRNA的功能注释分析。

miRNA的功能注释可以帮助我们了解miRNA在调控基因表达和信号通路中的具体作用。

常用的功能注释方法包括GO （Gene Ontology）富集分析和KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）富集分析。

GO富集分析可以通过对miRNA靶基因的功能分类，揭示miRNA在生物学过程、分子功能和细胞组成等方面的参与情况。

KEGG富集分析可以帮助我们了解miRNA调控的代谢途径、信号通路以及相关的疾病。

miRNA相关分析网站miRNA数据库及靶基因分析软件1.miRBase: miRBase序列数据库是一个提供包括已发表的miRNA序列数据、注释、预测基因靶标等信息的全方位数据库，是存储miRNA信息最主要的公共数据库之一。

miRBase提供便捷的网上查询服务，允许用户使用关键词或序列在线搜索已知的miRNA和靶标信息。

2.miRecords: /动物mi rna的靶相互作用的数据库, 包括人工收集实验验证的, 预测的miRNA 的靶目标. 靶标预测工具DIANA-microT, MicroInspector, miRanda, MirTarget2, miTarget, NBmiRTar, PicTar, PITA, RNA22, RNAhybrid, and TargetScan/TargertScanS.3.PMRD: /PMRD/PMRD是一个关于植物microRNA数据库，包括了microRNA序列和它们的靶基因、二级结构、表达谱、基因组搜索等等，并且该数据库尝试着整合大量的关于植物microRNA的数据。

4.CoGeMiR: http://cogemir.tigem.it/CoGeMiR数据库总结关于在进化过程中microRNA在不同动物中的保守性。

该数据库搜集已知的和预测的microRNA关于染色体定位、保守性和表达谱方面的信息。

5.MicroRNAdb: /micrornadb/index.php MicroRNAdb是一个关于microRNA的综合性数据库。

相比其他数据库，MicroRNAdb搜集的microRNA更完整且进行了充分的注释。

如今，该数据库有732个microRNA序列的条目和439个详细的注释。

6.miRWalk: http://www.ma.uni-heidelberg.de/apps/zmf/mirwalk/miRWalkis是一个综合性数据库，提供来自人类、小鼠和大鼠的miRNA的预测信息和经过验证的位于其靶基因上的结位点。