项目文章 | 三代测序解锁溃疡性结肠炎新机制 -APA驱动的基因表达调控网络

本研究利用牛津纳米孔技术（ONT）的长读长RNA测序（ONT-lrRNA-seq）技术，深入分析了UC患者与健康对照组之间的基因表达差异，并首次探索了可变多聚腺苷酸化（APA）位点选择在UC发病机制中的作用。瑞兴生物为本项目提供专业的三代测序及数据分析支持。

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英文标题：Gene expression regulation and polyadenylation in ulcerative colitis via long-chain RNA sequencing

中文标题：通过长链 RNA 测序分析溃疡性结肠炎的基因表达调控和多聚腺苷酸化

期刊：BMC Genomics

影响因子IF：3.5  Q2

发表时间：2025.2

DOI： 10.1186/s12864-025-11346-x

1. 长链测序揭示溃疡性结肠炎中基因表达的调控

通过ONT-RNA-seq技术，研究发现UC患者与健康对照组之间存在显著的基因表达差异。  

下调基因包括ACSF2、NPY、SLC26A3、BRINP3和PKLPP2，上调基因包括CCL20、CCL21、CD55、IDO1、LCN2、NOS2、CCL11、OLFM4、ANXA1、REG1A、S100A9、SLPI、SPINK1和AGR2。  

功能富集分析显示，差异表达基因（DEGs）主要与免疫和炎症反应相关。

2. 长链测序重现UC中APA位点的选择

UC患者与对照组相比，APA位点的数量和分布存在显著差异。  

较短的APA位点相关基因富集于“蛋白质磷酸化”和“细胞分裂”等过程，而较长的APA位点相关基因则富集于“翻译起始”和“RNA剪接”等过程。  

这些差异表明APA位点的选择可能在UC的发病机制中起重要作用。 

3. APA位点选择与UC中基因表达调控的关系

研究发现APA基因与上调或下调的DEGs存在显著重叠。  

上调DEGs相关的APA基因主要参与“细胞迁移的正调控”和“信号转导”等过程，而下调DEGs相关的APA基因则与“蛋白质磷酸化”和“细胞内信号转导”相关。  

关键APA基因（如GPX7和SWAP70）的表达模式进一步验证了APA位点选择对基因表达的调控作用。  

4.靶向miRNA的预测

研究发现APA基因（如CD38和SWAP70）可能通过靶向miRNA（如miR-140-3p和miR-145-5p）间接调控其他基因的表达。  

Venn图显示，这些miRNA的靶基因与DEGs存在显著重叠，表明APA基因可能通过miRNA调控UC的发病机制。  

5. 靶向RBP的预测

APA基因（如CD38、NCALD、SMIM31、GPX7和SWAP70）与多种RNA结合蛋白（RBPs）存在复杂相互作用。  

研究发现24个DEGs与APA基因调控的RBPs重叠，其中4个转录本下调，20个转录本上调，进一步支持APA基因通过RBP调控基因表达的机制。  

长读长测序的优势在此次研究中得到了充分体现：

全面揭示转录本全长信息： 与短读长测序不同，ONT-lrRNA-seq能够直接读取完整的RNA分子，无需片段化和重新组装，从而避免了在转录本重建过程中可能产生的偏差和错误。这使得研究人员能够准确识别和量化各种转录本异构体，包括那些由于可变剪接和APA事件产生的复杂转录本。在UC这类涉及复杂免疫调控的疾病中，单个基因的不同异构体可能具有截然不同的功能，长读长测序能够精准捕捉这些细节，为疾病机制研究提供了更精细的视角。

深入分析可变多聚腺苷酸化（APA）：

APA是基因表达调控的重要机制，影响mRNA的稳定性、翻译效率和亚细胞定位。传统的短读长测序在分析APA位点时存在挑战，因为其通常只能覆盖部分转录本，难以准确鉴定和量化所有APA位点。本研究利用ONT-RNA-seq能够直接测序到mRNA的3’端，从而首次在UC中系统性地分析了APA位点选择对疾病发生发展的影响。这一突破性发现揭示了UC中APA介导的基因表达调控新机制，为理解UC的复杂病理生理学提供了全新视角。

发现新型生物标志物和潜在靶点：

 通过ONT-RNA-seq分析，研究团队不仅发现了ACSF2、NPY、SLC26A3等基因在UC患者中表达显著降低，而CCL20、CCL21、CD55、IDO1等基因表达升高，更重要的是，长读长测序的优势使其能够识别出那些可能由于APA事件导致的、短读长测序难以检测到的差异表达转录本。这些独特的基因表达模式和APA事件相关的调控变化，为开发UC的诊断生物标志物和设计更精准的治疗策略提供了新的线索和方向。