转录组Plus | 2020年7月研究进展（一）：黑色素瘤、抑郁症、CNV疾病、植物不定根发生等

原创上海天昊生物

人类医学遗传学领域

1、转录组+代谢组学+ChIP-seq

题目：Dietary Glutamine Supplementation Suppresses Epigenetically-Activated Oncogenic Pathways to Inhibit Melanoma Tumour Growth

通过补充谷氨酰胺抑制表观遗传激活的致癌途径来抑制黑色素瘤的生长

发表期刊：Nat Commun. 发表时间：2020-7-3 影响因子：12.12

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肿瘤细胞可以适应体内营养缺乏，但针对营养不良微环境的策略仍未探索。在黑素瘤中，肿瘤细胞通常经历低水平的谷氨酰胺来促进细胞去分化。本研究发现，补充谷氨酰胺显著抑制黑色素瘤生长，延长转基因黑色素瘤小鼠的存活时间，并增加对BRAF抑制剂的敏感性。代谢组学分析表明，饮食摄入谷氨酰胺有效地增加了肿瘤中谷氨酰胺及其下游代谢产物αKG的浓度，但没有增加细胞增殖所必需的生物合成中间体。从机理上来说，研究者发现补充谷氨酰胺可以改变肿瘤中的转录组。本研究数据进一步证明肿瘤内αKG浓度的增加驱动H3K4me3的低甲基化，从而抑制黑色素瘤中表观遗传激活的致癌途径。因此，本研究提供了补充谷氨酰胺可以作为一种潜在的饮食干预来阻断黑色素瘤肿瘤生长，并通过表观遗传重编程使肿瘤对靶向治疗敏感的证据。

小鼠对照与处理的肿瘤组织转录组分析。

小鼠对照与处理的肿瘤组织代谢组学分析。

2、转录组+ GSA芯片+450k DNA甲基化芯片

题目：meQTL and ncRNA Functional Analyses of 102 GWAS-SNPs Associated With Depression Implicate HACE1 and SHANK2 Genes

102个抑郁症相关GWAS-SNPs的meQTL和ncRNA功能分析涉及HACE1和SHANK2基因

发表期刊：Clin Epigenetics. 发表时间：2020-7-2 影响因子：5.028

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背景：人们对遗传学和表观遗传学在抑郁症中是如何相互作用的知之甚少。有证据表明，基因变异可能通过调节DNA甲基化(DNAm)和非编码RNA(ncRNA)水平来改变抑郁症的易感性。因此，这项研究的目的是研究遗传变异对近端DNAm和ncRNA水平的影响，此前在最大的抑郁症全基因组关联研究中发现了这种遗传变异。结果：研究者对两个独立的队列(共435名健康人)进行了DNAm数量性状位点(meQTL)分析，检测了102个单核苷酸多态性(SNPs)与全血DNAm水平的相关性。实验鉴定了64个SNP-CpG对有meQTL效应。rs1933802的风险等位基因(C等位基因)位于HACE1启动子cg02098413的DNAm较低处，与抑郁症更高风险相关。1202例CD14+细胞中，位于cg02088412的DNAm与HACE1 mRNA表达呈正相关。对成年抑郁症患者死后脑组织的研究表明，抑郁症患者脑神经元cg02098413位点DNAm值比正常对照组高1%，海马HACE1 mRNA表达水平低于正常对照组。74例青少年血液中hsa-miR-3664-5p的表达QTL分析表明，hsa-miR-3664-5p与rs7117514 (SHANK2)相关。对miRNA靶基因的GO分析强调了其在神经元过程中的意义。结论：总体而言，本研究从多组织(血液和脑)和多层次(基因组、表观遗传和转录组)方法的研究结果表明，遗传因素可能通过调节DNAm和miRNA水平来影响抑郁症。HACE1和SHANK2位点的改变暗示了潜在的机制，如大脑中的氧化应激，潜在的抑郁症。本研究结果加深了对抑郁症分子机制的认识，并提出了应进一步评估的新的表观遗传学靶点。

研究流程图。

3、转录组+CNV类疾病影像学

题目：Transcriptomic and Cellular Decoding of Regional Brain Vulnerability to Neurogenetic Disorders

神经遗传性疾病脑区易感性的转录及细胞解码

发表期刊：Nat Commun. 发表时间：2020-7-3 影响因子：12.12

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神经发育障碍有一定的可遗传性，并与大脑解剖学中的区域特异性改变有关。然而，目前还不清楚神经发育障碍的遗传风险是如何转化为空间模式化的大脑脆弱性的。在这里，研究者整合了由基因组拷贝数变异(CNVs)引起的神经发育障碍患者的皮质神经影像数据和来自健康受试者的基因表达数据。对于所调查的六种疾病中的每一种，研究者都表明大脑皮质解剖学变化的空间模式与人的CNV基因的皮质空间表达相关。通过将标准的大块组织皮质表达数据转换成细胞类型表达图，研究者将每个分析紊乱中的解剖变化图与特定的细胞类别以及它们表达的CNV区域基因联系起来。本研究的发现揭示了在神经遗传疾病中调节遗传风险在局部脑变化上的映射的组织原则。本研究的发现将有助于从现成的神经影像数据中筛选候选分子机制。

神经解剖学效应的转录特异性。该图为CNV相关成像-转录富集分析和统计检验示意图。使用偏最小二乘法(PLS)回归，通过与每个CNV效应对脑区形态相似性影响的多变量相关性，对表达谱中约15000个基因进行排序，从而得出每种CNV疾病的一个基因表达排序列表。

4、转录组+CRISPR-Cas9

题目：CASC3 promotes transcriptome-wide activation of nonsense-mediated decay by the exon junction complex

CASC3通过外显子连接复合体促进无义介导的mRNA降解来促进转录组激活

发表期刊：Nucleic Acids Res. 发表时间：2020-7-4 影响因子：11.501

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外显子连接复合体(EJC)是后生动物剪接信使核糖核蛋白颗粒(MRNPs)的重要组成部分和调节因子。作为EJC的核心组成部分，CASC3被认为在EJC依赖的细胞核和细胞质过程中起着关键作用。然而，最近的证据表明，CASC3的功能与其他EJC核心蛋白不同。在这里，研究者建立了人的CASC3基因敲除细胞系来阐明CASC3的细胞作用。在敲除细胞中，总体EJC组成和EJC依赖的剪接没有变化。全转录组分析显示，数百种以无义介导降解(NMD)为靶标的mRNA异构体表达上调。从机制上讲，通过mRNA直接绑定或与EJC结合来招募CASC3，可以刺激终止密码子上的mRNA降解和核酸内切。在现有EJC-NMD模型的基础上，研究者认为CASC3使EJC具有与细胞质中的NMD机制进行持续交流能力。总体而言，本研究的结果将CASC3描述为一种外周EJC蛋白，它通过促进EJC依赖的NMD底物的降解来调整转录组。

注：无义介导的mRNA降解(nonsense-mediated mRNA decay，NMD）作为真核细胞中重要RNA监控机制，识别并降解开放阅读框中含有提前终止密码子（premature termination codon，PTC）的mRNA，以避免因截短的蛋白产物积累对细胞造成毒害。

CASC3耗尽对整个转录组的影响。该图包括(A)RNA测序分析工作流程。(B)CASC3 KO细胞系H和T的差异表达基因韦恩图。(C)差异基因表达火山图。(D)前100个上调基因与小RNA(SRNA)宿主基因匹配及比较图。(E)可变剪接热图比较图。

动植物领域

5、转录组+CRISPR-Cas9+qRT-PCR+UHPLC-MS/MS激素检测

题目：ETHYLENE RESPONSE FACTOR 115 Integrates Jasmonate and Cytokinin Signaling Machineries to Repress Adventitious Rooting in Arabidopsis

乙烯响应因子115整合茉莉酸和细胞分裂素信号机制抑制拟南芥不定根发生

发表期刊：New Phytol. 发表时间：2020-7-7 影响因子：8.512

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不定根发生(ARI)是一个全新的器官发生程序，是植物的一个关键适应性状。几种激素调节ARI，但这一过程的潜在遗传结构在很大程度上仍然难以捉摸。在这项研究中，研究者使用遗传学、基因组编辑、转录组学、激素谱和细胞生物学方法来证明ETHYLENE RESPONSE FACTOR 115 (ERF115)转录因子发挥的关键作用。本研究证明了ERF115是通过激活细胞分裂素(CK)信号机制来抑制ARI的。实验还证明了ERF115被茉莉酸（JA）转录激活，茉莉酸是一种来源于氧化脂质的植物激素，以NINJA依赖性和独立的方式抑制ARI。研究数据表明，中柱鞘细胞细胞中的NINJA依赖性JA信号传导阻断了ARI的早期事件。总之，本研究结果揭示了一个以前没有报道过的分子网络，它涉及到抑制ARI的JA和CK机制之间的互作应答。

RNA-Seq揭示了ninja-1myc2-322B双突变体和野生型拟南芥幼苗之间的几个差异表达基因。

6、转录组+ qRT-PCR

题目：Transcriptome signature of two lactation stages in Ghezel sheep identifies using RNA-Sequencing

使用RNA-Seq鉴定Ghezel绵羊两个泌乳阶段的转录组特征

发表期刊：Anim Biotechnol. 发表时间：2020-7-7 影响因子：1.487

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在Ghezel绵羊品种中泌乳期间基因的表达及其调控尚不清楚。为了探索乳腺泌乳过程的潜在分子机制，研究了Ghezel绵羊种乳在泌乳前（BF）和高峰后（AF）两个阶段的转录组概况。使用基因本体论（GO）和蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析，调查了BF和AF阶段之间差异表达基因（DEG）的功能影响。 BF和AF泌乳阶段之间总共鉴定出75个DEG。 RNA-Seq结果通过qRT-PCR验证。 DEGs的GO主要富集于代谢过程和氧化磷酸化。 PPI网络分析还强调了过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）信号，氧化磷酸化和代谢途径在泌乳过程中的贡献。有趣的是，参与脂肪代谢的基因在AF阶段显着下调。本结果为转录变化提供了新的见识，并增加了对肥尾绵羊品种泌乳过程的认识。