人胚胎干细胞定向中胚层细胞分化的miRNA-mRNA网络调控

胚胎来源的中胚层细胞可以分化为心血管、血液和肌肉组织等多种类型细胞, 而应用人胚胎干细胞分化为中胚层细胞的体外模型可为研究中胚层及其衍生的细胞谱系的分子调控机制提供重要手段。miRNA调控基因的表达通过多条信号通路参与中胚层细胞分化, 但其调控机制虽有相关研究却并未完全阐明, 特别是从整体水平上探索基因与非编码RNA表达变化及其相互作用的网络调控。该研究根据生物信息学分析, 构建通过调节多条信号通路参与人胚胎干细胞向中胚层分化的潜在miRNA-mRNA调控网络, 以便更全面地阐明人胚胎干细胞的分化机制。通过基因芯片和二代测序(RNAseq)技术检测筛选人胚胎干细胞诱导分化为中胚层细胞过程差异表达的miRNA和基因, 并应用生物信息学分析预测差异表达miRNA的靶基因, 将靶基因与差异表达基因取交集获得目标基因。同时, 对差异表达基因和目标基因进行GSEA富集、GO注释及KEGG富集分析。最后, 构建miRNA-mRNA的调控网络和筛选出关键基因并检测关键基因的表达。该研究共筛选出287个差异表达的miRNA和739个差异表达基因, 预测差异表达miRNA的靶基因为13 064个, 13 064个靶基因与739个差异表达基因取交集共获得目标基因401个。GSEA和KEGG富集分析发现, 多条参与中胚层分化的信号通路, 主要涉及Wnt/β-catenin、TGF-β和Hippo三条重要的信号通路。通过构建miRNA-mRNA调控网络, 结果显示100个miRNA靶向Wnt/β-catenin通路中的11个基因,59个miRNA靶向TGF-β通路中的7个基因, 有106个miRNA靶向Hippo通路中的10个基因。通过RTqPCR验证三条通路中关键基因的表达。因此, 该研究揭示了在中胚层分化过程中, Wnt/β-catenin、TGF-β和Hippo信号通路起了重要的调控作用, 可能通过与各种miRNA-mRNA相互作用形成复杂的网络调控系统, 精确调控人胚胎干细胞定向分化为中胚层细胞。