بررسی بیوانفورماتیک میکرو RNA های مؤثر بر بیان ژن‌های دخیل در فرآیند ترمیم و بازسازی بافت ماهی گورخری (Danio rerio)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زیست شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان، بهبهان، ایران.

2 گروه شیلات، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان، بهبهان، ایران.

3 پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، تهران، ایران.

چکیده

بازسازی یک فرآیند درون‌زا است که با ترمیم کامل عملکرد بافت و اندام به اوج خود می‌رسد. در حالی که ظرفیت بازسازی در پستانداران محدود به بافت‌های خاصی است، مهره‌داران پست‌تر مانند ماهی گورخری توانایی بازسازی کل اندام‌ها و اکثر بافت‌های بالغ را دارند. میکرو RNA ها، مولکول‌های کوچک غیر کد شونده‌ای هستند که از طریق کنترل بیان ژن‌های هدف، فرآیندهای زیستی مختلف (مانند ترمیم، تمایز و آپوپتوز) را تنظیم می‌کنند. یک چالش مهم در مطالعه میکرو RNA ها، شناسایی و پیش‌بینی ژن‌هایی است که به‌وسیله این مولکول‌های کوچک مورد هدف قرار می‌گیرند. در سال‌های اخیر روش‌های مختلفی مانند ریز آرایه، نورترن بلات و qRT-PCR جهت شناسایی ژن‌های هدف میکرو RNA ها معرفی شده است اما هزینه بسیار زیاد، استفاده از این روش‌ها را محدود کرده است. با پیشرفت روش‌های محاسباتی و الگوریتم‌های بیوانفورماتیک می‌توان ژن‌های هدف میکرو RNA ها را با هزینه کمتری شناسایی و پیش‌بینی نمود. در این مطالعه تلاش بر این بود که با یک رویکرد بیوانفورماتیک، ژن‌ها و میکرو RNA های دخیل در فرآیند ترمیم و بازسازی بافت‌های ماهی گورخری (Danio rerio) را با استفاده از نرم‌ افزارهای پایگاه‌های اطلاعاتی Target Scan و DIANA شناسایی کنیم. نتایج نشان داد که بیان ژن‌های Stat3, Dot1l, Pax6b, Smarca5, Mmp9, Cx43, Tnfb, Sox2, Ascl1a و Hspd1 با بیشترین احتمال ممکن است در فرآیند ترمیم و باز‌سازی بافت‌های ماهی زبرا تحت تأثیر میکرو RNA های مختلف تنظیم شود. بنابراین، ژن‌های یاد شده جهت بررسی آزمایشگاهی ژن‌های دخیل در فرآیند ترمیم و بازسازی بافت گونه مورد نظر می‌توانند کاندیدای مناسبی باشند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Bioinformatics study of microRNAs effect on the expression of genes involved in the process of tissue repair and regeneration of zebrafish (Danio rerio)

نویسندگان [English]

  • Ahmad Ali Badr 1
  • Mahdi Banaee 2
  • Marzieh Heidarieh 3
1 Department of Biology, Faculty of Basic Sciences, Behbahan Khatam Alanbia University of Technology, Behbahan, Iran.
2 Department of Aquaculture, Faculty of Natural Resources, Khatam Al-Anbia University of Technology, Behbehan, Iran.
3 Nuclear Science and Technology Research Institute, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Regeneration is an endogenous process that culminates in restoring tissue and organ function completely. While the regeneration capacity in mammals is limited to specific tissues, lower vertebrates such as zebrafish can regenerate entire organs and most adult tissues. MicroRNAs are small non-coding molecules that regulate various biological processes (such as repair, differentiation, apoptosis, etc.) by controlling the expression of target genes. An important challenge in the study of microRNAs is to identify and predict the genes that are targeted by these small molecules. In recent years, various methods such as microarray, northern blot, and qRT-PCR have been introduced to identify the target genes of microRNAs, but the high cost has limited the use of these methods. With the advancement of computational methods and bioinformatics algorithms, target genes of microRNAs can be identified and predicted at a lower cost. In this study, an attempt was made to identify the genes and microRNAs involved in the repair and regeneration processes of zebrafish (Danio rerio) tissues using the software of Target Scan and DIANA databases with a bioinformatics approach. This research showed that the expression of Stat3, Dot1l, Pax6b, Smarca5, Mmp9, Cx43, Tnfb, Sox2, Ascl1a, and Hspd1 genes is most likely to be regulated in the process of repair and regeneration of zebrafish tissues under the influence of different microRNAs. Therefore, the mentioned genes can be suitable candidates for the laboratory investigation of genes involved in the tissue repair and regeneration process of the desired species.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Regeneration
  • microRNA
  • Zebra fish
  • Target Scan
  • DIANA
Ambros V. 2004. The functions of animal microRNAs. Nature 431(7006), 350-355.
Badr A.A. 2022. Investigation of the role of microRNAs in the regeneration of damaged organs in zebrafish. Aquaculture Sciences 10(18), 67-79. (Persian).
Banaee M., Sagvand S. 2019. Bioinformatics evaluation of the miRNAs effect on expression of genes involved in neurogenesis process in zebrafish (Danio rerio). Aquatics Physiology and Biotechnology 7(3), 73-88.
Bennett R.L., Bele A., Maji S., Licht J.D. 2019. Epigenetic Therapy. In Paolo Boffetta P.H. Encyclopedia of Cancer (3th Ed.). pp: 1-13.
Chowdhury K., Lin S., Lai S.L. 2022. Comparative Study in Zebrafish and Medaka Unravels the Mechanisms of Tissue Regeneration. Frontiers in Ecology and Evolution 10(1), 1-27.
Demirci, Y., Cucun, G., Poyraz, Y. K., Mohammed, S., Heger, G., Papatheodorou, I., Ozhan, G. 2020. Comparative transcriptome analysis of the regenerating zebrafish telencephalon unravels a resource with key pathways during two early stages and activation of wnt/β-catenin signaling at the early wound healing stage. Frontiers in Cell and Developmental Biology 9(8), 1-19.
Elchaninov A., Sukhikh G., Fatkhudinov, T. 2021. Evolution of regeneration in animals: A tangled story. Frontiers in Ecology and Evolution 5(9), 1-14.
Hui S.P., Sengupta D., Lee S.G.P., Sen T., Kundu S., Mathavan S., Ghosh, S. 2014. Genome wide expression profiling during spinal cord regeneration identifies comprehensive cellular responses in zebrafish. PloS One 9(1), 1-23.
Iismaa S.E., Kaidonis X., Nicks A.M., Bogush N., Kikuchi K., Naqvi N., Harvey R.,  Husain A., Graham, R.M. 2018. Comparative regenerative mechanisms across different mammalian tissues. NPJ Regenerative Medicine 3(1), 1-20.
Khyeam S., Lee S., Huang G.N. 2021. Genetic, epigenetic, and post‐transcriptional basis of divergent tissue regenerative capacities among vertebrates. Advanced Genetics 2(2), 1-14.
MacDonald R.B., Pollack J.N., Debiais-Thibaud M., Heude E., Talbot J.C., Ekker M. 2013. The ascl1a and dlx genes have a regulatory role in the development of GABAergic interneurons in the zebrafish diencephalon. Developmental Biology 381(1), 276-285.
Mercer S.E., Cheng C.H., Atkinson D.L., Krcmery J., Guzman C.E., Kent D.T., Zukor K., Marx K.A., Odelberg S.J., Simon, H.G. 2012. Multi-tissue microarray analysis identifies a molecular signature of regeneration. PloS One 7(12), 1-21.
Millimaki B.B., Sweet E.M., Riley B.B. 2010. Sox2 is required for maintenance and regeneration, but not initial development, of hair cells in the zebrafish inner ear. Developmental Biology 338(2), 262-269.
NCBI. (2022, August 4). National Center for Biotechnology Information. Retrieved from PubChem Gene Summary for Gene 6774: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/ gene/STAT3/human
Nguyen-Chi M., Laplace-Builhé B., Travnickova J., Luz-Crawford P., Tejedor G., Lutfalla G., Jorgensen C., Djouad, F. 2017. TNF signaling and macrophages govern fin regeneration in zebrafish larvae. Cell Death and Disease 8(8), 1-12.
Parvini N., Ahmadi S. 2015. Role of MicroRNAs in development of immune cells and nervous system and their relation to multiple sclerosis. The Neuroscience Journal of Shefaye Khatam 3(1), 131-144.
Pogoda H.M., von der Hardt S., Herzog W., Kramer C., Schwarz H., Hammerschmidt M. 2006. The proneural gene ascl1a is required for endocrine differentiation and cell survival in the zebrafish adeno-hypophysis. Development, 133(6), 1079-1089.
Qin Z., Barthel L.K., Raymond P.A. 2009. Genetic evidence for shared mechanisms of epimorphic regeneration in zebrafish. Proceedings of the National Academy of Sciences 106(23), 9310-9315.
Ribeiro A.O., de Oliveira A.C., Costa J.M., Nachtigall P.G., Herkenhoff M.E., Campos V.F., Delella G.K., Pinhal, D. 2022. MicroRNA roles in regeneration: Multiple lessons from zebrafish. Developmental Dynamics 251(4), 556-576.
Riffo-Campos Á.L., Riquelme I., Brebi-Mieville P. 2016. Tools for sequence-based miRNA target prediction: what to choose? International Journal of Molecular Sciences 17(12), 1-18.
Riley S.E., Feng Y., Hansen C.G. 2022. Hippo-Yap/Taz signalling in zebrafish regeneration. NPJ Regenerative Medicine 7(1), 1-16.
Saito Y., Yamaguchi A., Nakamura S., Okuyoshi H., Shimazawa M., Hara H. 2020. Contribution of platelet-derived growth factor signaling to retina regeneration in zebrafish. Neuroscience Letters 14(727), 134930.
Sims Jr K., Eble, D.M., Iovine, M.K. 2009. Connexin43 regulates joint location in zebrafish fins. Developmental Biology 327(2), 410-418.
Thakur S., Cahais V., Turkova T., Zikmund T., Renard C., Stopka T., Zavadil J. 2022. Chromatin Remodeler Smarca5 Is required for cancer-related processes of primary cell fitness and immortalization. Cells 11(5), 1-20.
Yoong S., O’Connell B., Soanes A., Crowhurst M.O., Lieschke G.J., Ward A.C. 2007. Characterization of the zebrafish matrix metalloproteinase 9 gene and its developmental expression pattern. Gene Expression Patterns 7(1-2), 39-46.