基于RNA-Seq技術(shù)的尼古丁影響下大鼠大腦中的基因表達(dá)研究.pdf

1、研究目的:
　　利用RNA測序（RNA sequencing，RNA-Seq）技術(shù)，研究HIV-1轉(zhuǎn)基因大鼠及經(jīng)過尼古丁處理的F344大鼠在前額葉皮質(zhì)(prefrontal cortex，PFC)、紋狀體(dorsal striatum，STR)和海馬體(dorsal hippocampus，HIP)三個大腦區(qū)域中的基因表達(dá)，并考察尼古丁對HIV-1轉(zhuǎn)基因大鼠三個大腦區(qū)域的基因表達(dá)的影響。
　　研究方法:
　　1.24

2、只雄性成年HIV-1轉(zhuǎn)基因大鼠和24只雄性成年對照品系F344大鼠分別隨機(jī)分為處理組和對照組，每組12只，分別注射尼古丁水溶液或生理鹽水17天，共分為四組，分別是F344鹽水對照組、F344尼古丁處理組、HIV-1 Tg鹽水對照組和HIV-1 Tg尼古丁處理組。
　　2.藥物處理結(jié)束后，從每只大鼠大腦采集PFC、STR和HIP組織。然后采用RNA-Seq技術(shù)對48只大鼠大腦PFC、STR和HIP區(qū)域的mRNA進(jìn)行測序，測出的讀段利

3、用Bowtie、Tophat及Cufflinks等生物信息學(xué)工具比對到參考基因組上并測量轉(zhuǎn)錄子表達(dá)水平。
　　3.采用RPKM方法估計基因表達(dá)水平，并以FPKM值為對象，利用t檢驗(yàn)一方面確定在F344尼古丁處理組和F344鹽水對照組發(fā)生顯著變化的基因，另一方面確定在HIV-1 Tg鹽水對照組和F344鹽水對照組發(fā)生顯著變化的基因。另外利用方差分析考察品系（HIV-1轉(zhuǎn)基因大鼠vs F344大鼠）與處理效應(yīng)（尼古丁vs鹽水）之間的交

4、互作用，并進(jìn)一步利用t檢驗(yàn)考察尼古丁處理對于HIV-1轉(zhuǎn)基因大鼠的基因表達(dá)的影響?；诤Y選出的差異表達(dá)基因，利用Onto-Express確定差異表達(dá)基因所富集的Gene Ontology分類，并利用IPA確定差異表達(dá)基因所參與的生物學(xué)通路。
　　研究結(jié)果:
　　1.通過分析每個轉(zhuǎn)錄子在F344鹽水對照組和F344尼古丁處理組的表達(dá)水平，確定了PFC、STR和HIP區(qū)域在尼古丁影響下的表達(dá)水平顯著變化的基因分別有50、50和3

5、83個。在這些基因中，與多個GO富集分類如離子傳輸、轉(zhuǎn)錄調(diào)控及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等以及IPA通路如蛋白激酶A信號通路、ERK/MAPK信號通路、突觸長時程增強(qiáng)及線粒體功能障礙等相關(guān)的基因顯著富集。
　　2.通過分析每個轉(zhuǎn)錄子在F344鹽水對照組和HIV-1 Tg鹽水對照組的表達(dá)水平，確定了HIV-1轉(zhuǎn)基因大鼠中在PFC、STR和HIP區(qū)域表達(dá)水平顯著變化的基因分別有245、385和139個。在這些基因中，與多個GO富集分類如免疫反應(yīng)、轉(zhuǎn)錄調(diào)

6、控、離子運(yùn)輸、神經(jīng)遞質(zhì)代謝及DNA損傷應(yīng)答等以及IPA通路如多巴胺受體信號通路、Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路、靶細(xì)胞凋亡、干擾素信號通路及LXR/RXR通路等相關(guān)的基因均顯著富集。
　　3.通過對F344鹽水對照組、F344尼古丁處理組、HIV-1 Tg鹽水對照組和HIV-1 Tg尼古丁處理組這四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，確定了品系和處理效應(yīng)之間存在交互作用。通過比較每個轉(zhuǎn)錄子在F344鹽水對照組和HIV-1 Tg鹽水對照組以及HI

7、V-1 Tg鹽水對照組和HIV-1 Tg尼古丁處理組的表達(dá)水平，確定了在HIV-1轉(zhuǎn)基因大鼠的PFC、STR和HIP區(qū)域中差異表達(dá)同時受到尼古丁修復(fù)作用的基因分別有23、13和11個，包括Rps20、Ndufa4以及Fgf9等。
　　研究結(jié)論:
　　1.尼古丁通過改變某些基因的表達(dá)，可以調(diào)節(jié)大腦PFC、STR和HIP區(qū)域中信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控及離子運(yùn)輸?shù)榷鄠€過程，從而引起神經(jīng)功能障礙。
　　2.HIV-1轉(zhuǎn)基因大鼠中，大