追踪人植入前胚胎的circRNA表达量

  摘要：

  环状RNA未在人植入前胚胎发育过程中有报道。本文系统分析了人卵母细胞和植入前胚胎细胞的circRNA和mRNA，使用SUPeP-seq。从2974个亲本基因中鉴定了10032个circRNA。大多数具有发育阶段特异性。其中部分是母系表达，暗示其在卵子发生和受精卵形成的重要调控作用。人类和小鼠胚胎的比较揭示了这两个物种的高保守性。与小鼠相比，人类植入前胚胎的circRNA更多，且人类circRNA跨内含子长度显著增加。还对RNA从头组装，鉴定新的转录单元，其中大部分都是潜在的lncRNAs位点。

  材料：

  卵母细胞和胚胎细胞由女性志愿者捐赠。

  测序策略和分析流程：

  测序：SUPeR-seq（本课题组开发出一种新型的单细胞转录组分析方法，命名为单细胞通用poly(A)-独立的RNA测序，这种方法用具有锚序列的随机引物，取代常用的oligo（dT）引物，用于cDNA合成。SUPeR-seq能够检测到单细胞内的poly(A)+和poly(A)- RNAs）

  环状RNA：CIRCexplorer

  研究结果：

  1、参考基因组植入前胚胎各时期基因的表达

  A、人类成熟卵母细胞和植入前胚胎的显微图像

  B、人类植入前胚胎各时期的主成分分析

  C、皮尔森相关性热图

  A、胚胎各时期中的mRNA拷贝数

  B、差异基因的聚类（母系、受精卵）

  2、人植入前胚胎的circRNA分析

  A、circRNA按不同转录本数目的分布

  B、circRNA主要位于亲本基因的中间外显子

  C、一个示例：潜在的外显子（参与FAT3的环化）位于注释的第一个外显子上游。

  D、反向剪接的外显子数目分布。（50%有2-6个外显子）

  E、反向剪接的外显子长度分布

  F、Alu重复元件可能促进外显子环化。

  3、circRNAs的表达模式

  CLR（circular to linear ratio）环化比线性

  4、人类和小鼠circRNA的比较分析

  A、大多数鼠中有的circRNAs在人中也有

  B、circRNAs亲本基因的GO富集

  这些结果表明，人植入前胚胎中的circRNA比小鼠更复杂，可能由于人类基因组进化过程中内含子长度增加。

  5、新发现的线型转录本分析

  De novo拼接得到2322个新的转录本，89.9%无编码位点，可能是潜在的lncRNAs。

  A、组装新发现的基因表达量低于参考基因组，高于非编码的和前期研究的。

  B、新基因的层次聚类分析，暗示其阶段特异性的表达。基于这个，分为三大类：早期合子基因、母体基因、晚期合子基因。

  C、总的新基因的表达模式（在8-细胞阶段前丰度较高，大部分是母体基因）

  亮点分析：

  1、研究首次用SUPeR-seq分析人植入前胚胎发育中包括circRNAs和mRNA的全转录组。

  2、人类circRNAs与小鼠相比保守型更高、复杂度更高，为研究circRNA在这一过程中的独特功能和复杂的调控机制提供了宝贵资源。

  参考文献：

  Tracing the expression of circular RNAs in human pre-implantation embryos.

  Genome Biology-2016-11.313