系统绘制人类胚胎脑组织lncRNA-蛋白相互作用二元网络图谱

There are nearly 16000 long non-coding RNAs found in human, and their biological functions have aroused much attention among scientists. Based on lncRNAs with known functions, it can be concluded that lncRNA may carry out their functions mostly through interactions with proteins. Current studies on protein-lncRNA interactions involves UV-cross linking of RNA-protein complexes, immunoprecipitation of RNA-binding proteins (RBPs) and identification of the captured RNAs by next generation sequencing (CLIPseq). The CLIPseq technique has two major shortcomings: first, immunoprecipitation of known RBPs can not be done at proteome scale; second, it suffers from very high false positive rate because of the non-specific binding of some RBP antibodies. In this proposal we plan to systematically screen lncRNA-protein interactions using lncRNA-specific probes to capture lncRNA-protein complexes followed by mass-spectrometry, and thus construct lncRNA-interaction network. We are to illustrate the functions of lncRNAs by computational analysis of their interacting proteins, and to study the role of lncRNAs in regulating molecular networks in human brain development by integrating protein-protein interactions data. This study will also provide new approach to the functions of lncRNA.

已知人类长链非编码RNA(lncRNA) 约有16000个，近年lncRNA受到广泛关注而成为研究热点。但绝大部分lncRNA的功能尚不明确，从已知功能的lncRNA来看，它主要通过与蛋白质作用发挥功能。目前主要通过CLIPseq技术进行关于RNA-蛋白相互作用的研究，但该技术有两大缺陷：一是通过对已知的RNA结合蛋白免疫沉淀捕获并鉴定与其相结合的RNA分子，不能在全蛋白质组筛查；二是受RNA结合蛋白的抗体质量影响大，导致假阳性高。故本项目拟采用lncRNA特异性探针捕获胚胎脑组织的lncRNA-蛋白复合体，用质谱鉴别捕获蛋白，从而构建lncRNA-蛋白互作二元网络，并分析该网络的功能模块来系统研究lncRNA功能；进一步整合蛋白相互作用和基因功能等公共数据，阐明lncRNA在脑发育过程中的调控作用，同时为系统研究lncRNA功能提供新思路。

人类长链非编码RNA(lncRNA) 有近两万个，然而绝大部分lncRNA的功能尚不明确。我们系统研究了自闭症相关的237个lncRNAs及子痫前期发病相关的383个lncRNAs与蛋白相互作用，阐明lncRNA的功能及其参与发病的分子机制。首先，系统分析237自闭症自闭症lncRNAs与蛋白质相互作用，阐明lncRNAs功能及其参与自闭症发病的分子机制：（1）收集了文献中的自闭症患者多组学数据，并整理获得自闭症候选基因，其中包括237个lncRNAs；（2）整合lncRNA-蛋白质相互作用数据，构建“自闭症lncRNA-蛋白质相互作用网络”，识别lncRNA功能；（3）通过自闭症lncRNA二级结构和功能的聚类分析，寻找其二级结构包含的功能信息；（4）整合自闭症lncRNA-蛋白质相互作用网络和蛋白质-蛋白质相互作用网络，分析lncRNA作为蛋白支架参与转录调控、表观修饰、染色质结构和翻译等生物过程，研究其在自闭症分子网络和信号通路中的调控作用；（5）通过功能实验和动物实验阐明一些lncRNAs参与自闭症发病的分子机制（撰稿中）。 第二，系统分析子痫前期lncRNAs与蛋白质相互作用，阐明lncRNAs功能及其参与子痫前期发病的分子机制：（1）通过子痫前期胎盘转录组测序分析发现383个差异表达lncRNAs；（2）通过整合lncRNA-蛋白质相互作用数据和预测转录因子的靶基因，构建“lncRNA-转录因子-靶基因层级调控网络”，系统研究lncRNA在子痫前期发病中的作用；（3）针对关键lncRNA设计探针，捕获相互作用蛋白并用质谱检测；（4）结合细胞实验研究lncRNA在子痫前期发病的作用。第三，开发新的方法，并大规模检测lncRNA-蛋白质相互作用：（1）开发“克隆并表达全长lncRNA捕获相互作用蛋白”的实验方法；（2）针对自闭症发病相关的237个lncRNAs，成功从人类胚胎脑组织克隆了128个lncRNAs的转录本；（3）系统检测237个自闭症相关lncRNAs的蛋白质相互作用，构建一个高质量“自闭症lncRNA-蛋白互作二元网络”；（4）研究自闭症lncRNA的功能、网络模块及相关分子通路。总之，本项目成功地通过 “lncRNA-蛋白相互作用二元网络”研究，阐明lncRNA功能及其参与疾病发生的分子机制，为大规模研究lncRNA的功能提供新的途径和思路。