重症肌无力风险miRNA-lncRNA协同调控网络的构建及功能研究

The regulatory functions of miRNA and lncRNA with widespread transcription and complex regulation have become the key to pathogenesis of myasthenia gravis (MG). However, the pathogenesis of cooperative regulation of miRNA and lncRNA in MG remains largely unknown. In this work, we develop bioinformatics algorithms for systematically constructing risk miRNA-lncRNA mediated cooperative regulatory network in genome-wide in MG. Then, we analyze the global properties of the network and detect pivotal miRNA, lncRNA and their cooperative functional modules based on multi-omics fusion, such as Gene Ontology database, protein-protein interaction network and biological pathways. Furthermore, we apply biological experiments for validating the miRNA-lncRNA cooperative regulatory mechanisms in the pathogenesis of MG. Finally, a comprehensive bioinformatics platform for storage, identification and analysis of MG-associated miRNA and lncRNA is developed. Our results of this study will have important scientific significance and clinical application value in revealing the cooperative regulatory mechanisms of miRNA and lncRNA in the pathogenesis of MG, which provide new opportunities for molecular diagnosis and individual treatment of MG.

miRNA和lncRNA凭借广泛的转录和复杂的调控已成为重症肌无力(MG)发病机制的重要突破口。然而，miRNA和lncRNA是如何协同调控进而导致MG发病的机制仍不明确。本课题应用二代测序技术，基于多组学数据融合策略，开发高通量生物信息学算法，在全基因组范围内系统识别MG miRNA-lncRNA协同调控关系对，构建miRNA-lncRNA协同调控网络。通过整合基因功能注释数据、蛋白质互作数据、生物通路数据等多组学数据，深入剖析该网络的全局特征，挖掘关键的miRNA、lncRNA节点及协同功能模块，探索miRNA和lncRNA参与的MG相关的生物学通路，利用生物学实验验证miRNA-lncRNA协同调控机制在MG发病中的作用，结合MG临床数据，开发集储存、识别、分析于一体的MG相关的miRNA和lncRNA功能注释平台及生物信息学分析平台，为MG的分子诊断和个体化治疗提供理论和应用基础。

LncRNA通过miRNA反应元件吸附miRNA而影响miRNA对下游靶基因的抑制作用，这种调控模式构成竞争性内源RNA(ceRNA)。重症肌无力(MG)是一种累及神经-肌肉接头突触后膜的获得性自身免疫性疾病，主要是由乙酰胆碱受体(AChR)抗体介导、细胞免疫依赖、补体参与下，引起神经肌肉接头传递障碍而出现骨骼肌收缩无力。重症肌无力(MG)的发病机制十分复杂。识别lncRNA介导的MG相关ceRNA网络及其调控机制将是MG发病机制研究的一个重要突破。 本研究首先整合多个数据资源，系统的识别重症肌无力相关的miRNA-mRNA、miRNA-lncRNA互作关系，构建lncRNA介导的MG相关的ceRNA调控网络(LMGCN)。基于LMGCN，利用生物信息学方法，分析网络的拓扑性质，在全基因组范围内识别lncRNA介导的重症肌无力相关的ceRNA网络的调控规律，并对该网络进行功能注释和生物学解释。基于ceRNA网络，结合qRT-PCR、细胞培养和转染、荧光素报告基因实验、flow cytometry等实验方法识别lncRNA SNHG16在重症肌无力中的调控机制。同时，基于蛋白质互作网络和重启随机游走（RWR）方法，构建lncRNA介导的模块相关的竞争性内源性RNA网络，利用多种实验方法挖掘lncRNA HCG18在重症肌无力发病机制中的作用。最终，课题组开发了ncRNA与免疫功能及免疫疾病相关的生物信息学数据库平台RNA2Immune(网址：http://bio-bigdata.hrbmu.edu.cn/rna2immune/home.jsp.)，用于管理和储存本课题组挖掘的数据，为阐明MG的致病机理及分子诊治和个体化治疗提供重要的依据和支持。