光感受器661细胞系早期低氧损伤转录组测序的生物信息学分析

作者：杨琪翔; 史平玲; 卢聪; 宋昊; 宋宗明^*

来源：中华眼底病杂志, 2021, 37(03).

• 光感受器细胞
• 缺氧
• 转录组
• 计算生物学

目的观察661W细胞低氧条件下基因表达水平和信号通路的早期改变, 寻找潜在功能性靶基因。方法将培养的小鼠661W细胞分为低氧处理组、常氧对照组。低氧处理组细胞置于37 ℃、体积分数分别为1%、5% CO2的三气培养箱中培养;常氧对照组细胞置于37 ℃、体积分数为5% CO2培养箱中培养。培养4 h后, 采用高通量测序技术对两组661W细胞进行转录组测序, 筛选显著差异表达基因(DEG )。对筛选得到的DEG进行聚类热图分析、基因注释(GO)功能富集分析、京都基因与基因组百科全书(KEGG)的信号通路富集分析和蛋白互作网络(PPI)分析。采用逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)对DEG mRNA表达进行验证。结果共筛选出506个DEG, 其中上调基因459个, 下调基因47个。GO功能富集分析结果显示, DEG主要富集的生物过程是细胞对低氧反应、糖酵解、细胞增生负调控及凋亡等。KEGG信号通路富集分析结果显示, 糖酵解与糖异生、果糖代谢、磷酸戊糖途径以及淀粉和蔗糖代谢等糖代谢途径被显著富集。缺氧诱导因子(HIF)-1α信号通路、糖酵解、FoxO信号通路、胰岛素信号通路和腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信号通路参与了上述过程。PPI分析结果显示, 低氧相关的关键基因是Aldoa、Aldoc、Gpi1、Hk2、Hk1、Pfkl、Pfkp、Vhl、Fbxo10、Fbxo27。RT-PCR检测结果显示, 低氧处理组细胞中15个DEG mRNA表达水平均较常氧对照组升高, 差异有统计学意义(P<0.05)。N-myc下游调控基因-1(Ndrg1)、Mt1及血管内皮生长因子A(VEGFA) mRNA表达水平有低氧时间依赖性。结论低氧下DEG主要为糖代谢相关基因、细胞对缺氧反应相关基因以及调控增生和凋亡相关基因。HIF-1α信号通路、糖酵解、FoxO信号通路和AMPK信号通路参与了低氧下661W细胞的早期改变。Aldoa、Aldoc、Gpi1、Hk2、Hk1、Pfkl、Pfkp、Vhl、Fbxo10、Fbxo27可能在661W细胞应对低氧反应中起到关键作用。Ndrg1、Mt1及VEGFA可作为研究缺血、缺氧相关眼底疾病的潜在功能性靶基因。

• 单位
  河南省眼科研究所; 河南省人民医院; 郑州大学