miRNAとmRNAの統合解析

miRNAとmRNAの関係と統合解析

microRNA(miRNA)は、22塩基前後のnon-coding RNA(タンパク質にならないRNA)の一種であり、mRNA(coding RNA)の3’UTRに配列相補的に結合することにより、その遺伝子の発現を調節することが知られており、全遺伝子の30-50%がこの制御を受けていると言われています。miRNAの制御メカニズムには、転写産物分解と翻訳阻害がありますが、本手法は転写産物分解に焦点をおいた解析手法となります。

miRNAとmRNAの関係と統合解析

miRNAの制御メカニズムは、3’UTR配列に対して約70%の相同性があれば制御が行わると言われており、融通性の高い制御機構です。このため、1つのmiRNAが多数のmRNAを制御しており、逆に言うと、mRNA自体も複数のmiRNAの制御下におかれているため、miRNA-mRNAの制御、非制御の関係は1対1の関係ではなく、多数vs多数の複雑な関係が存在しています。

miRNAとmRNAの関係と統合解析

このため実際の解析には、miRNAとmRNAの網羅的な解析データとバイオインフォマティクス的なターゲット遺伝子の予測データを融合して解析を実施し、その関係性を論理的に効率良く絞り込んで考察をする必要があります。これが統合解析の概念です。

ターゲット遺伝子予測サイトの例

TargetScan
http://www.targetscan.org
PicTar
http://pictar.mdc-berlin.de/
mirDB
http://mirdb.org/miRDB/
microRNA.org
http://www.microrna.org/microrna/home.do
DIANA
http://diana.imis.athena-innovation.gr/DianaTools/

miRNAとmRNAの関係と統合解析

miRNAのデータ解析

通常は実験系の目的にあった変動miRNAの絞込みを行います。
例えば、以下のような手法を用いて目的とする変動miRNAをピックアップします。

  1. (1)発現比
  2. (2)群間での検定
  3. (3)クラスター解析

これらは通常のmiRNAの絞込みの手法です。
また、複数の実験系を実施している場合は、それらを組み合わせてより目的にあったmiRNAの絞込みを行います。

miRNAのデータ解析

〈補足〉
場合によっては、絞り込まれたmiRNAの遺伝子上の位置を確認します。遺伝子上の近傍(例えば<10kb)で変動miRNAが選択されている場合、同じ転写因子、プロモーターの制御下におかれたクラスターとして発現している可能性があります。

Target候補の検索とmRNA解析データとの照合

miRNAデータの解析により選択されたmiRNAについてTargetScan、Pictar、miRDBなどのサイトでターゲット候補となる遺伝子(mRNA)をピックアップします。複数のサイトでターゲットと予測される遺伝子(mRNA)に注目※し、ターゲットと予測される遺伝子についてmRNAアレイデータと照合して、発現関係がmiRNAとmRNAで逆となっている遺伝子候補をピックアップします。

※ 複数の予測サイト(アルゴリズム)でピックアップされている程より確からしいとの考えです。

Target候補の検索とmRNA解析データとの照合

複数のデータ解析を行っている場合、RNAとmiRNAの発現プロファイルから相関を比較、クラスター解析などでそれらの逆相関の関係及びターゲット予測の結果との関係を導きます。

Target候補の検索とmRNA解析データとの照合

Target遺伝子候補のGO情報

さらにmRNAに対してGO(Gene Ontology)の情報を付加し、実験系に関連する機能遺伝子への絞込みを行い、より意味のある関係を抽出します。逆に、先にGO情報から遺伝子をピックアップしておき、遺伝子からmiRNAを逆引きして、解析データーと照合する方法がとられることもあります。

Target遺伝子候補のGO情報

また、DIANA-mirPath、mirGatorなどの複合解析サイトを利用することにより、標的遺伝子のPathway解析やGO情報、PathwayからのmiRNA候補の逆引きなどが出来、より実験系にあったmiRNA-mRNAの関係の絞込みを考察することができます。

DIANA-mirPath
http://diana.imis.athena-innovation.gr/DianaTools/index.php?r=mirpath/index
mirGator
http://genome.ewha.ac.kr/miRGator/miRNAfunction.html

統合解析のまとめ

miRNAとmRNAの統合解析の流れの一例を以下に示します。

統合解析のまとめ

お客様の要望に沿って、様々な形式での統合解析を提案・実施させていただきます。