基于转录组和microRNA分析中国地鼠口腔黏膜癌发生的表观遗传学机制

Oral mucosa carcinoma animal model is one of precious materials for studying the pathogenesis mechansim and remedy of oral mucosa carcinoma. The number of present animal models for oral mucosa carcinoma is less than 10 in the world. Chinese hamster is one of particular laboratory animal originated from China. None of model of oral mucosa carcinoma in Chinese hamster has been reported. microRNA is an important regulatory factor in the way of gene expression, which is closely related to the occurrence and development of tumor, and it forms a complex regulatory network with many cell signal transduction systems. Using the Chinese hamster as the research object , we establish disease animal model and examine the dynamic changes in the genome of buccal mucosa cancer, carry out the biological information analysis of small RNA group, transcription group and miRNA-mRNA degradation group, the research of miRNA/target gene expression and functional analysis, which are based on the high-throughput sequencing. The purpose is to constructe differential expression profiles of miRNA and transcriptome associated with carcinogenesis, obtain significant difference of miRNA and predict target gene, establish temporal and spatial expression patterns of miRNA and its correlation with the expression of miRNA/ target genes; preliminary clarify the function of miRNA and the regulation of cancer to target genes. This study is expected to provide a theoretical basis for exploring the molecular mechanism of the occurrence and development of oral mucosa carcinoma and searching for the characteristic markers.

口腔黏膜癌动物模型是研究口腔黏膜癌发病机制和治疗药物的珍贵材料，目前世界上口腔黏膜癌动物模型的动物种类较少。中国地鼠是我国特有实验动物，有关其制备口腔黏膜癌模型还未见报道。miRNA是重要的基因表达调控因子，与肿瘤发生发展密切相关，与许多细胞信号转导系统共同构成复杂的调控网络，发挥生物学作用。本研究以中国地鼠为研究对象，建立口腔黏膜癌动物模型，动态检测颊黏膜癌变过程中基因组变化，开展基于高通量测序的小RNA、转录组、miRNA-mRNA降解组的生物信息分析、miRNA/靶基因定量表达和功能分析研究。构建与癌变相关miRNA和转录组差异表达谱，获得差异显著的miRNA及预测靶基因；确立中国地鼠口腔黏膜癌发生发展过程中miRNA的组织时空表达模式及miRNA/靶基因表达的相关性；初步阐明miRNA的功能及对靶基因的癌变调控方式，为探索口腔黏膜癌发生发展的分子机理和寻找其特征标志物提供理论依据。

口腔黏膜癌（OSCC）动物模型是研究口腔黏膜癌发病机制和治疗药物的珍贵材料，目前世界上口腔黏膜癌动物模型的动物种类较少。中国地鼠是我国特有实验动物，有关其制备口腔黏膜癌模型还未见报道。miRNA是重要的基因表达调控因子，与肿瘤发生发展密切相关，与许多细胞信号转导系统共同构成复杂的调控网络，发挥生物学作用。本项目基于前期工作基础，成功建立了OSCC癌变各阶段的中国地鼠模型，检测了相关血清血液因子表达；利用高通量测序平台完成了不同阶段样本的转录组和miRNA测序，在上皮单纯增生、上皮异常增生以及鳞状细胞癌阶段分别筛选出381、539、2336个显著差异的基因和77、76、76个显著差异的miRNA，建立了与癌变相关的转录组和miRNA差异表达谱；利用生物信息学方法进行了miRNA靶基因预测分析及GO与KEGG富集分析，获得差异显著的关键miRNA及靶基因；利用转染技术，对高通量测序筛选出的差异表达的miR-34c、miR-450b、miR-504与miR-181a，在体外细胞水平研究这些miRNA的生物学功能及调控OSCC发生发展的分子生物学机制。进一步研究证实miR-34c、miR-450过表达可促进OSCC细胞的增殖，迁移和侵袭，miR-504、miR-181a-5p过表达可显著抑制OSCC细胞增殖、迁移、侵袭与周期；抑制miR-34c、miR-450、miR-504、miR-181a-5p表达出现相反的结果。miRNA通过调控靶基因表达发挥重要作用，miR-450b通过调节其靶基因SerpinB2的表达，miR-504通过调节其靶基因CDK6的表达，miR-181a-5p通过调节其靶基因Bcl2及TIMP1的表达，影响增殖、迁移、侵袭以及周期凋亡相关基因的表达从而调控口腔癌细胞的生物学行为。在动物及细胞水平阐释癌变关键基因在OSCC癌变进程中的调控机制，鉴定出OSCC早期诊断与预后判断的重要分子标记物，从比较医学的角度为进一步揭示miRNA基因突变致口腔黏膜癌发生发展中表达调控的分子机制及有效治疗药物提供新的思路和科学依据。