小鼠组织与多能性干细胞中小分子RNA表达谱的系统鉴定与功能分析

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1、密级中国科学院大学博士学位论文尘嚣丝丛生垒能焦王细盥虫尘盆王B奠△塞鲨道趁丞统鉴窒皇麴能坌盘作者姓名：扬缍指导教师：王霞盔班塞虽生国整堂睦监篮皇蕴直生物堂班峦匮学位类别：翌堂蠼±学科专业：生物信皇堂培养单位：圭国型堂睦遗佳皇蕴直生物堂班宜匮二。一三年五月申请博士学位论文小鼠组织与多能性干细胞中小分子RNA表达谱的系统鉴定与功能分析研究生：杨维(2008级)导师：王秀杰(研究员)专业：生物信息学中国科学院遗传与发育生物学研究所二O一三年五月邕Y垒!旦堡垒!i￡亘亟金坠垒!l￡垒堇iQ望垒坠垒垂坚坠￡堕Q坠垒!△坠垒!Y璺垫Q!爸坠璺!!旦丛△墨i望丛Q坚曼皇!i曼璺

2、望皇曼垒望堕￡!坠!i卫Q!皇望!曼主12坐￡皇!!墨WbiYangADissertationSubmittedtoTheUniVersi锣ofChineseAcademyofSciencesInp盯tiaIfumUmentoftherequi代mentForthedegreeOfDoctorofNaturalScienceInstituteofGenetics柚dDeVelopmentalBiologyChineseA心ademyofSciencesMay'2013独创性声明本人郑重声明：所呈交的博士学位论文“4：鼠组终量垒能丝王绁胞史型!坌王RNA麦达谱的系统

3、鉴定与功能分盘”，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经加以标注和致谢的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品／研究成果，也不包含为获得任何教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本论文研究做出重要贡献的其他个人和集体均已在论文中以明确方式标明并表示谢意。申请学位的论文与资料若有不实之处，本人愿承担一切责任。学位论文作者(需亲笔)签名：物难日期：冽多年6月3日小鼠组织与多能性干细胞中小分子RNA表达谱的系统鉴定与功能分析摘要在最近的十年里，新一代高通量测序技术的出现和发展给生命科学领域带来了一场革命，促使越来越多数量和种类

4、的小分子RNA被发现。micro对叮A(mi对叮A)是目前研究最为广泛的一类具有调节功能的小分子RNA。现在已知miRNA通过在转录和转录后水平调节靶基因表达，与靶基因构成庞大而复杂的调控网络，参与到动物发育等多种生命过程中。最近的研究表明miImA不仅在调控胚胎干细胞的多能性维持和分化方向上发挥了重要的作用，还可以代替传统的四因子介导生成诱导多能性干细胞。本文中，我们以小鼠不同组织和多能性干细胞为研究对象，利用新一代高通量测序技术，在全基因组范围系统鉴定mi鼢n的表达模式，以揭示miRNA在哺乳动物发育和体细胞重编程过程中的潜在作用与机制。通过系统分析miRNA

5、在小鼠各组织不同发育时期中的表达模式，我们发现血I瑚A的整体表达模式在胚胎期和成体期小鼠中显著不同，而同一个组织在相近发育阶段的miI矾A表达模式是相似的。其次，我们系统鉴定了小鼠组织特异、发育时期特异和普遍表达mi心n，包括大量新发现的具有组织特异和发育时期特异表达特征的miI泔A。同时，也发现一些之前被认为是组织特异表达的miRNA实际上具有多组织的表达模式，对以前关于miRNA的结果进行了修正。通过预测这三组miRNA的保守靶基因，我们发现组织特异miRNA和发育时期特异miRNA调控的靶基因多具有相应的组织特化或特定发育时期调控的功能。比如，miR-135

6、是一个在胚胎期小鼠脑中特异高表达的miIlNA，被预测可能调控一些在胚胎期小鼠脑中低表达的对脑发育有重要作用的基因。最后，为了方便数据的获取和查询，我们构建了一个包括所有原始数据和上述生物信息学分析结果的数据库。综上所述，我们通过全面分析miRNA在小鼠不同组织和不同发育时期的表达模式以及预测miRNA可能的调控机制，提供了小鼠各组织中miI蝌A表达的准确参考依据，加深了我们对miRNA在哺乳动物发育中作用机制的理解。通过分析具有不同多能性水平的小鼠多能性干细胞小分子RNA表达谱，我们发现了一系列与多能性相关的miRNA。首先，一组在小鼠胚胎干细胞中富集的mi砌q

7、A可能行使与多能性维持相关的功能。其次，我们鉴定了一系列在具有完全发育潜能和不具有完全发育潜能的干细胞间差异表达的miRNA。绝大多数在不具有完全发育潜能的干细胞中低表达的miRNA都来源于小鼠基因组一段保守的印记区。这段区域的激活与干细胞的多能性水平密切相关。另外，发现几个在不具有完全发育潜能的多能性干细胞中显著高表达的mi对叮A，初步分析提示这些miI矾A可能与细胞周期、细胞凋亡和肿瘤发生相关。最后，我们发现两个x染色体来源的mjRNA簇在雌性多能性干细胞中特异高表达。这两个mi砌叮A簇的功能及作用机制值得我们进一步研究。这些发现加深了我们对调控多能性干细胞维

8、持和分化分