ラット海綿体神経損傷勃起不全モデルにおけるlncRNA発現パターンとlncRNA-miRNA-mRNAネットワークの網羅的解析

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J Sex Med.2020 Jul;S1743-6095(20)30643-3. doi: 10.1016/j.jsxm.2020.05.008.Epub 2020-07-13.

ラット海綿体神経損傷勃起不全モデルにおけるlncRNA発現パターンとlncRNA-miRNA-mRNAネットワークの網羅的解析

Comprehensive Analysis of lncRNA Expression Pattern and lncRNA-miRNA-mRNA Network in a Rat Model With Cavernous Nerve Injury Erectile Dysfunction.

Rong Cong
Yi Wang
Yamin Wang
Qijie Zhang
Xiang Zhou
Chengjian Ji
Liangyu Yao
Ninghong Song
Xianghu Meng

PMID: 32675050 DOI: 10.1016/j.jsxm.2020.05.008.

抄録

背景:

ロングノンコーディングRNA（lncRNA）は、加齢や糖尿病に伴う勃起不全（ED）では異なる発現を示すが、海綿体神経損傷関連ED（CNI-ED）でのlncRNAの発現プロファイルは不明である。

BACKGROUND: Long noncoding RNAs (lncRNAs) are differentially expressed in erectile dysfunction (ED) associated with aging and diabetes mellitus; however, the lncRNA expression profile in cavernous nerve (CN) injury-related ED (CNI-ED) is unknown.

エイム:

CNI-EDにおける制御不能なlncRNA、microRNA（miRNA）、mRNAの発現を調べ、潜在的なlncRNA-miRNA-mRNAネットワークを構築する。

AIM: To investigate the dysregulated lncRNAs, microRNAs (miRNAs), and mRNA expression in CNI-ED and construct a potential lncRNA-miRNA-mRNA network.

方法:

22匹の雄のSprague-Dawley(SD)ラットを両側CNクラッシュ(BCNC)群とSham群に分けた。第二世代ハイスループットシークエンシング技術を用いて、両群のlncRNA、miRNA、mRNAの発現プロファイルを解析した。異なった発現を示す17のlncRNAを選択し、定量的リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応（RT-qPCR）によりさらに検証した。lncRNA-miRNA-mRNAネットワーク、Gene Ontology (GO) term enrichment、Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway解析は、Cytoscapeを用いて行った。

METHODS: 22 male Sprague-Dawley (SD) rats were divided into bilateral CN crush (BCNC) and Sham groups. Using second-generation high-throughput sequencing technology, we analyzed the expression profiles of lncRNA, miRNA, and mRNA of the 2 groups. 17 differentially expressed lncRNAs were selected and further validated by quantitative real-time polymerase chain reaction (RT-qPCR). The lncRNA-miRNA-mRNA network, Gene Ontology (GO) term enrichment, and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway analyses were performed using Cytoscape.

アウトカム:

大血管内圧、平均動脈圧、平滑筋量、miRNA、mRNA、lncRNAの発現量を測定した。

OUTCOMES: Intra-cavernosal pressure, mean arterial pressure, smooth muscle content, and the expression of miRNA, mRNA, and lncRNA were measured.

結果:

BCNC群では、Sham群に比べて管腔内圧/平均動脈圧が低下し、平滑筋/コラーゲン比が低下した。RNAシークエンシングの結果、BCNC群では65個のlncRNA、14個のmiRNA、750個のmRNAの発現異常が認められた。両群の平均カウント数>4に基づいてさらに選択された17のlncRNAのうち、3つのlncRNA（TCONS_00028173、TCONS_00049985、およびTCONS_00058429）は、RT-qPCRによる差動発現の検証をさらに行った。GO解析の結果、これら3つのlncRNAは筋管の分化や筋細胞の分化など様々なプロセスを制御している可能性が示唆されました。さらに、KEGG経路解析により、競合内因性RNA（ceRNA）ネットワークのmRNAが、軸索誘導や血管内皮増殖因子シグナル伝達経路などの経路に関与していることが示されました。

RESULTS: The BCNC group showed decreased intra-cavernosal/mean arterial pressure as well as decreased smooth muscle/collagen ratios compared with the Sham group. The RNA sequencing results revealed dysregulated expressions of 65 lncRNA, 14 miRNA, and 750 mRNA in the BCNC group based on the following criteria: fold change >2 and P < .05. Among the 17 lncRNAs further selected based on mean count number >4 in both groups, 3 lncRNAs (TCONS_00028173, TCONS_00049985, and TCONS_00058429) were further validated for differential expression by RT-qPCR. GO analysis suggests that these 3 lncRNAs could regulate various processes such as myotube differentiation and muscle cell differentiation. Furthermore, the KEGG pathway analysis showed that the mRNAs in the competing endogenous RNA (ceRNA) network are involved in pathways, including axon guidance and vascular endothelial growth factor signaling pathway.

臨床翻訳:

我々の知見は、CNI-EDの分子病態生理に関する新たな情報を提供し、CNI-EDのより効果的な治療法を見つけるための更なる研究を示唆しているかもしれない。

CLINICAL TRANSLATION: Our findings may provide new information on molecular pathophysiology of CNI-ED and suggest further research to find a more effective therapy for CNI-ED.

本研究は、海綿体神経損傷に関連した勃起不全を有するラットモデルにおいて、lncRNAの発現パターンを同定し、ceRNAネットワークを提案した初めての研究である。しかし、これらの知見をヒトで確認するためには、類似の研究が必要です。また、我々はlncRNAのみを確認することでネットワークを構築した。

STRENGTHS & LIMITATIONS: This study is the first to identify the lncRNA expression pattern and propose a ceRNA network in a rat model with cavernous nerve injury-related erectile dysfunction. However, analogous studies are needed to confirm these findings in humans. In addition, we constructed the network by only confirming the lncRNA.

結論:

本研究では、BCNC群とSham群でlncRNA、miRNA、mRNAの発現プロファイルに差があることを明らかにし、これらの差のあるlncRNAがmRNAやmiRNAを標的としたCNI-EDでアポトーシスや線維化を制御することで、CNI-EDに重要な役割を果たしている可能性を示唆しています。Cong R, Wang Y, Wang Y.ラット海綿体神経損傷勃起不全モデルにおけるlncRNAの発現パターンとlncRNA-miRNA-mRNAネットワークの包括的な解析。JSex Med 2020;XX:XXX-XXX.

CONCLUSION: Our study reveals differential expression profiles of lncRNAs, miRNAs, and mRNAs between the BCNC and Sham groups and suggests that these differentially expressed lncRNAs may play critical roles in CNI-ED by regulating apoptosis and fibrosis in the corpus cavernosum via targeting mRNAs or miRNAs. Cong R, Wang Y, Wang Y. Comprehensive Analysis of lncRNA Expression Pattern and lncRNA-miRNA-mRNA Network in a Rat Model With Cavernous Nerve Injury Erectile Dysfunction. J Sex Med 2020;XX:XXX-XXX.