人椎间盘退变的非编码RNA、转录组和蛋白质组及其相互作用的整合研究

Accumulating evidence indicates that a variety of coding genes deregulate and play important roles in human intervertebral disc degeneration (IDD). We have clarified the expression profiles of miRNAs, lncRNAs and mRNAs in human IDD and unraveled the regulation of miRNAs and lncRNAs on apoptosis-associated genes, including FADD, CASP3 and FAF1 (J Pathology, 2011 and Arthritis Res Ther, 2014). As newly-repoted noncoding RNAs, circular RNAs (circRNAs) stably express in the body, capable of regulating target genes as miRNA sponges. So far, there have been no studies addressing IDD in terms of circRNAs, transcriptome and proteome. On the basis of our previous studies on noncoding RNAs, the present study proposes to undergo profound analyses of circRNAs, transcriptome and proteomics using circRNA microarray, RNA-sequencing and iTRAQ. Furthermore, the study proposes to analysis the regulatory mechanisms of miRNA-lncRNA-circRNA upon mRNA and their interactions and find novel transcripts, cSNP and alternative splices. The study might clarify novel underlying mechanisms of noncoding RNAs regulatiing mRNA in IDD.

研究表明人椎间盘退变中蛋白编码基因异常表达并发挥重要作用。我们先后阐明了miRNA、lncRNA及mRNA在人椎间盘退变中的表达谱，揭示了miRNA和lncRNA对凋亡基因FADD，CASP3和FAF1的调控(J Pathology, 2011及Arthritis Res Ther, 2014)。circRNA是新近发现、稳定表达于人体的非编码RNA，以miRNA海绵的机制抑制其对靶基因的调控。目前，国内外尚未有椎间盘退变中环状circRNA、转录组和蛋白质组的报道。本研究拟在前期两种非编码RNA研究的基础上，通过circRNA芯片、RNA-Seq、iTRAQ等技术，对人椎间盘退变进行circRNA、转录组和蛋白质组深度研究，解析miRNA-lncRNA-circRNA调控mRNA及相互作用机制，揭示新的转录本、cSNP和可变剪切，为人椎间盘退变非编码RNA调控mRNA提供新的机制与思路。

腰痛为影响公众学习、工作与生活的重要因素，椎间盘退变与腰痛息息相关。随着测序技术对人类基因组的深入研究，新遗传变异、编码与非编码RNA机制为学界揭示。基于课题组于椎间盘退变领域的潜心研究，本项目结合circRNA microarray，编码-非编码RNA之相互调控与作用，全外显子组测序与Sequenom MassArray基因分型等国际前沿技术，实时调整、补充研究内容，在国内外率先开展人椎间盘退变RNA之整合分析，揭示人腰椎间盘退变中RNA全景及相互作用新机制。人腰椎间盘为RNA丰富之组织，其全景为mRNAs 14635条（37.93%）、miRNAs 2059条（5.34%）、LncRNAs 18995条（49.23%）、circRNAs 2894条（7.5%）。人体1号染色体对RNA转录之贡献最大——10%；RNA合成，3’-5’与5’-3’之贡献，无有二致；一个miRNA可与多个circRNA相互作用，且大多数结合位点匹配完美（78.95%）。创建的人椎间盘退变编码-非编码RNA超级数据集GSE67567，成为国内外同仁研究与引用的基础数据。历时5年余，带领36名同仁，创建多中心「中国人群前瞻性腰椎间盘疾病生物样本库」，查新表明国内外首创性。腰椎间盘患者和正常对照（304例）DNA样本库 843例，包括34个腰椎间盘疾病家系先证者与成员127例。并发现了椎间盘退变新的易感基因，研究新发现的验证历经困难与挑战，目前处于冲刺中。应<Curr Stem Cell Res Ther>和<Oncol Lett>之邀，成为两个SCI杂志的编委。应<Pain Res Manag>之邀，为客座总编辑（Lead Guest Editor），与意大利德拉奎拉大学教授、世界疼痛学会（World Institute of Pain）现任主席Giustino Varrassi，上海交通大学金卫林研究员组建客座编辑团队，题名为“肌肉骨骼疼痛与治疗—基础和临床新进展”的特刊。2019年5月至2019年10月截稿，共收到国内外投稿21篇。项目合计发表SCI论文22篇；联合主编专著1部；获得国家授权专利2项。脊柱甘露语林学术科普公益平台，关注公众11724人并于2017年获得商标注册；致力于腰椎/脊柱疾病的学术与疾病科普，目前已发布文章1270篇，阅读量超过163万人次，产生了良好的社会效应。