Bioinformatics analysis of HPV associated host microRNA functions and identification of viral microRNA

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-9283-1
Title: Bioinformatics analysis of HPV associated host microRNA functions and identification of viral microRNA
Author: Qian, Kui
Contributor organization: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Biosciences
University of Helsinki, Institute of Biotechnology
Helsingin yliopisto, bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta, biotieteiden laitos
Helsingfors universitet, bio- och miljövetenskapliga fakulteten, biovetenskapliga institutionen
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2013-10-25
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-9283-1
http://hdl.handle.net/10138/40831
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Human papillomaviruses (HPVs) form a large family among double stranded DNA (dsDNA) viruses, some types of which are the major causes of cervical cancer. HPV 16 is widely distributed and the most common high-risk HPV type and approximately half of the cervical cancers are associated with HPV type 16. Of the three HPV 16 encoded oncogenes, the function of E5 in regulating viral replication and pathogenesis is less well understood than E6 and E7. The microRNAs (miRNAs) are important small noncoding RNA molecules that regulate wide range of cellular functions. Some dsDNA viruses, such as SV40 and human polyomaviruses, have functional viral miRNAs. The functional and molecular similarities among dsDNA viruses suggest that HPV could encode viral miRNAs, which have not been validated thus far. The aim of this thesis was to study the functions of the host miRNAs in HPV 16 oncogene induction and identify novel HPV encoded viral miRNAs. We utilized microarray technology to investigate the effect of E5 on host miRNAs and mRNAs expression in 0 96 hours after E5 induction in a cell line model. Among the differentially expressed cellular miRNAs, we further validated the expression of hsa-mir-146a, hsa-mir-203, and hsa-mir-324-5p and some of their target genes in a time series of 96 hours of E5 induction. Our results indicate that HPV E5 expression has an impact through complex regulatory patterns of gene expression in the host cells, and part of those genes is regulated by the E5 protein. Second, high throughput sequencing was used to identify virus-encoded miRNAs. We prepared small RNA sequencing libraries from ten HPV-associated cervical lesions, including cancer and two HPV-harboring cell lines. For more flexible analysis of the sequencing data we developed miRSeqNovel, an R based workflow for miRNA sequencing data analysis, and applied it to the sequencing data to predict putative viral miRNAs and discovered nine putative papillomavirus encoded miRNAs. Viral miRNA validation was performed for five candidates, four of which were successfully validated by qPCR from cervical tissue samples and cell lines: two were encoded by HPV 16, one by HPV 38, and one by HPV 68. The expression of two HPV 16 miRNAs was further supported by in situ hybridization, and colocalization with p16INK4A staining, a marker of cervical neoplasia. Prediction of cellular target genes of HPV 16 encoded miRNAs suggests that they may play a role in cell cycle, immune functions, cell adhesion and migration, development and cancer, which were also among the functions targeted by the E5 regulated host cell mRNA and miRNAs. Two putative viral target sites for the two validated HPV 16 miRNAs were mapped to the E5 gene, one in the E1 gene, two in the L1 gene, and one in the long control region (LCR).Ihmisen papilloomavirukset (HPV) muodostavat suuren heimon kaksijuosteisen DNA-virusten (dsDNA) joukossa, ja niistä jotkin virustyypit ovat kohdunkaulasyövän pääasiallisia aiheuttajia. HPV 16 on laajalle levinnyt ja yleisin suuren riskin HPV-tyyppi, joka aiheuttaa noin puolet kohdunkaulasyövistä. Kolmesta HPV 16:n koodittamasta onkogeenistä E5:n toiminta viruksen replikaation ja patogeneesin säätelyssä tunnetaan huonommin kuin E6:n ja E7:n. Mikro-RNA:t (miRNA) ovat pieniä ei-koodittaavia RNA-molekyylejä, joilla on tärkeä merkitys solun toimintojen säätelyssä. Jotkin dsDNA-virukset, kuten SV40 ja ihmisen polyoomavirukset, koodittavat omia toiminnallisia mikro-RNA:ita. HPV:n koodittamia mRNAita ei ole aiemmin validoitu, mutta dsDNA-virusten toiminnalliset ja molekulaariset samankaltaisuudet viittaavat siihen, että myös HPV voisi koodittaa omia mikro-RNA:ita. Väitöskirjan tavoitteena oli tutkia isäntäsolun mikro-RNA:iden toimintaa HPV 16 onkogeeni-induktiossa ja löytää uusia, HPV:n koodittamia miRNA:ita. Tutkimme sirutekniikan avulla E5:n vaikutusta isännän miRNA- ja mRNA-ekspressioon solulinjamallissa 0-96 tunnin kuluessa E5:n induktiosta. Eri tavoin ekpressoituneista miRNA tutkimme tarkemmin hsa-mir-146, hsa-mir-203 ja hsa-mir-324-5p sekä muutamien näiden kohdegeenien ekspressiota 96 tunnin aikasarjana E5 induktiosta. Tulokset osoittavat HPV E5 ekspression vaikuttavan isäntäsolun geenien ilmentymiseen monimutkaisen säätelymallin välityksellä ja E5-proteiinin myös säätelevän osaa näistä geeneistä. Next generation sekvensointia käytettiin tunnistamaan virusten koodaamia miRNA:ita. Joustavampaa miRNA sekvenssidatan analysointia varten kehitimme miRSeqNovel-nimisen R-pohjaisen työkalun ja käytimme sitä ennustamaan mahdollisia virusten koodaamia miRNA:ita. Löysimme yhdeksän mahdollisesti HPV:n koodaamaa miRNA:ta, joista viisi otettiin mukaan miRNAn validointiin. Neljä viidestä HPV:n koodaamasta miRNAsta pystyttiin validoimaan qPCR:n avulla kohdunkaulan kudosnäytteistä ja solulonjoista. Näistä kaksi miRNA:ta on HPV 16 koodaamaa ja yhdet HPV38 ja HPV68 koodaamia. Kahden HPV16 koodaaman miRNA:n ekspressiota osoitettiin myös in-situ-hybridisaatiossa kolokalisoituneena värjäyksessä kohdunkaulan neoplasiasta kertovan P16INK4a kanssa. HPV16 mikro-RNA:n kohdegeenien ennusteet viittaavat miRNA:iden mahdolliseen rooliin solusyklissä, immuunijärjestelmän toiminnoissa, soluadheesiossa ja migraatiossa, yksilönkehityksessä ja syövässä. Nämä kohteet löytyvät myös E5:n säätelemien mRNA:iden ja miRNA:iden kohteista. Kaksi HPV16 miRNA:n mahdollista kohdetta löytyvät viruksen E5-geenistä, yksi kohden E1 geenistä, kaksi L1 geenistä ja yksi pitkästä kontrollialueesta (LCR).
Subject: bioinformatics
Rights: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
qian_dissertation.pdf 2.026Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record