多次元ハイスループットデータを統合することによるmicroRNA規制ネットワークの発見

マイクロRNA（miRNA）は、メッセンジャーRNA（mRNA）を標的とすることにより、大量の遺伝子の発現を調節する約22 ntの内因性の非コードRNA（ncrNA）です。ただし、miRNAの生物学的に重要なターゲットを決定することは、継続的な課題です。この章では、Starbaseプラットフォームを使用して、ハイスループットディープシーケンス、Clip-Seq（Hits-Clip、Par-Clip）、およびDegradomeシーケンスデータからのmiRNAターゲット相互作用とmiRNA調節ネットワークを特定する方法について説明します。Starbaseでは、Argonaute（Ago）結合および切断部位を発見するためにいくつかのWebベースとスタンドアロンの計算ツールが開発されました。AGOと他のRNA結合タンパク質（RBP）の間の組み合わせ効果を特定します。ヒトクリップセックデータにおけるmiRNAの標的経路を調査すると、多くの癌関連miRNAが癌経路を調節することがわかりました。マウス脳の高度に発現されたmiRNAが標的とする遺伝子の濃縮分析を行うと、多くのmiRNAが癌関連MAPKシグナル伝達と神経膠腫経路、ならびにニューロン関連ニューロトロフィンシグナル伝達と軸索誘導経路に関与していることが示されました。さらに、AgoとRBPの間の数千の組み合わせ結合部位が、RBPとmiRNAがmRNA転写産物を協調的に調節することを示唆するCLIP-seqデータから特定されました。Starbaseプラットフォームは、Clip-seqおよびDegradome-seqデータを包括的に統合する手段として、臨床的に関連するmiRNAターゲット調節関係を特定し、miRNAとRBPを含む多次元転写後調節ネットワークを明らかにすることが期待されています。Starbaseはhttp://starbase.sysu.edu.cn/で入手できます。

MicroRNAs (miRNAs) are endogenous non-coding RNAs (ncRNAs) of approximately 22 nt that regulate the expression of a large fraction of genes by targeting messenger RNAs (mRNAs). However, determining the biologically significant targets of miRNAs is an ongoing challenge. In this chapter, we describe how to identify miRNA-target interactions and miRNA regulatory networks from high-throughput deep sequencing, CLIP-Seq (HITS-CLIP, PAR-CLIP) and degradome sequencing data using starBase platforms. In starBase, several web-based and stand-alone computational tools were developed to discover Argonaute (Ago) binding and cleavage sites, miRNA-target interactions, perform enrichment analysis of miRNA target genes in Gene Ontology (GO) categories and biological pathways, and identify combinatorial effects between Ago and other RNA-binding proteins (RBPs). Investigating target pathways of miRNAs in human CLIP-Seq data, we found that many cancer-associated miRNAs modulate cancer pathways. Performing an enrichment analysis of genes targeted by highly expressed miRNAs in the mouse brain showed that many miRNAs are involved in cancer-associated MAPK signaling and glioma pathways, as well as neuron-associated neurotrophin signaling and axon guidance pathways. Moreover, thousands of combinatorial binding sites between Ago and RBPs were identified from CLIP-Seq data suggesting RBPs and miRNAs coordinately regulate mRNA transcripts. As a means of comprehensively integrating CLIP-Seq and Degradome-Seq data, the starBase platform is expected to identify clinically relevant miRNA-target regulatory relationships, and reveal multi-dimensional post-transcriptional regulatory networks involving miRNAs and RBPs. starBase is available at http://starbase.sysu.edu.cn/ .