肠炎-癌转化中小RNA体内靶基因的鉴定和预测算法的研究

MicroRNAs (miRNAs) regulate gene expressions in a variety of cellular processes such as inflammation and cancer. Although a number of miRNA target prediction algorithms are available, their role in finding miRNA’s in vivo target genes is very limited. This proposal focuses on the problem arising in the previous funding period of our study that we were unable to identify precisely and comprehensively the miRNA’s in vivo target genes in intestine epithelial cells (IECs). To solve this problem, we have identified miR-17～92 family miRNAs’ target genes in an easily obtained primary B cell by combination of several approaches including genomics, quantitative proteomics, and polysome profiling, and will utilize these data to develop a miRNA targets prediction algorithm. We will re-apply above mentioned combination approach to IECs and identify the in vivo target genes of miR-17～92 family miRNAs and study their role in tumorigensis of colitis-related colon cancer. The data obtained from IECs will be used to test and optimize our prediction algorithm, which would be applied to investigate the role of miR-21 in inflammation-induced colon cancer. This work will lead to a better understanding of the function of miRNA in colitis-related colon cancer and provide an effective experimental data-based miRNA in vivo targets prediction algorithm.

小RNA可调控包括炎症、癌症等许多生理进程中的重要基因表达。虽然已有多种小RNA靶基因预测算法，但对寻找小RNA体内靶基因的帮助还很有限。本课题针对上轮课题研究中所遇到的问题无法准确全面地鉴定小RNA在炎症肠上皮中的靶基因，计划基于近期通过结合基因组学、定量蛋白质组学和多核糖体展示等多种方法所鉴定到的miR-17～92族小RNA在原代B细胞中的真实靶向基因的数据，发展一种新的小RNA靶基因预测算法；以肠炎相关的肠癌为模型，运用上述可行的多种技术的结合，鉴定miR-17～92家族小RNA在炎症肠上皮细胞中的靶基因，研究其对炎-癌转化的影响；肠上皮实验所得到的数据还将用来验证和优化我们开发出来的小RNA靶基因预测算法；然后运用此算法于miR-21在肠炎-癌转化中作用的研究中。我们的工作将会促进人们对于小RNA在肠炎诱发的肠癌中作用的理解，同时提供一个有效的小RNA体内靶基因的预测算法。

小RNA是细胞内重要的基因表达调节分子，以往的研究手段通常能够预测几百条靶向基因。但是，特定小RNA对于大部分靶向基因的表达水平影响程度很小，如何将该现象与小RNA的具体调节功能相联系是一个亟待解决的问题。本课题的主要研究目标是阐明为小RNA的调控机制，以及在肠上皮细胞中miR-17~92的靶基因鉴定和功能研究。通过对miR-17~92表达水平不同的小鼠B细胞进行转录组学和翻译组学分析，我们发现靶向基因对于miR-17~92表达水平具有不同的敏感性。并且该调节机制主要是通过mRNA 5’ UTR介导的翻译抑制实现的。在此基础上，利用最新的蛋白质组定量技术（SWATH-MS）和我们最新发展的数据分析方法（Group-DIA）我们对小鼠肠上皮细胞进行了系统的蛋白质组学分析，并鉴定到了两个潜在的靶向基因。免疫印迹实验证实了靶向基因确实是收到miR-17~92的调控，我们目前已经获得相应的基因敲除小鼠，将在后续实验中进一步研究其调控机制和功能影响。我们的工作揭示了小RNA不影响mRNA转录水平的调控机制，并且初步探讨了miR-17~92在肠上皮细胞中的靶向新基因的作用机制，为探讨小RNA在防治肠炎向肠癌转化的可能性上提供理论依据。我们完成大部分申请书所规定的任务，并根据研究实际进展进行调整，增加了肠上皮细胞中miR-17～92 靶向基因的鉴定与功能研究部分。利用该基因资助，我们共发表论文13篇，其中包括Cell、Nature、Science子刊4篇（Natue Cell Biology 2篇、Nature methods 1篇、Cell Host & Microbe 1篇），影响因子大于10的论文1篇（Cell Research 1篇）。本课题共培养博士后3位，博士研究生4位，硕士研究生2位。出色的完成了课题任务书。