miRNA測(cè)序應(yīng)用于阿爾茨海默氏癥新機(jī)制的研究

伯豪客戶miRNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默氏癥新機(jī)制

阿爾茨海默氏癥（Alzheimer's disease，AD）是一種神經(jīng)性疾病。有研究表明，miRNA-Seq和全基因組測(cè)序鑒定到了一些非編碼RNA可能參與了其中的疾病形成。競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA（ceRNA）是非編碼RNA執(zhí)行生物學(xué)功能的一種重要方式。然而，相對(duì)于其重要的生物學(xué)功能，只有部分的非編碼RNA在阿爾茨海默氏癥中被鑒定到。來(lái)自北京大學(xué)深圳校區(qū)的研究人員通過(guò)兩篇文章（兩篇文章miRNA測(cè)序服務(wù)由伯豪生物提供）詳細(xì)描述了非編碼RNA在阿爾茨海默氏癥中的表達(dá)特點(diǎn)，構(gòu)建了基于全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和miRNA-Seq的ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。并且使用了雙熒光酶活系統(tǒng)評(píng)估了ceRNA在AD中可能的分子機(jī)制。其中，4個(gè)lncRNA和5個(gè)miRNA在AD相關(guān)的基因庫(kù)中富集。其中，核酸酶P RNA元件H1（Rpph1）在APPswe/PS1 ∆ E9中表達(dá)量上調(diào)。分子機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，Rpph1結(jié)合miR326-3p/miR-330-5p從而促進(jìn)了CDC42的表達(dá)。對(duì)Rpph1過(guò)表達(dá)的表型觀察研究發(fā)現(xiàn)，在基礎(chǔ)培養(yǎng)條件下，海馬神經(jīng)的樹(shù)狀脊柱的強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。

研究思路

結(jié)果

APPswe/PS1 ∆ E9小鼠的miRNA-Seq

研究人員首先對(duì)攜帶APPswe與PS1 ∆ E9的2個(gè)轉(zhuǎn)基因小鼠與其對(duì)照進(jìn)行了miRNA測(cè)序。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分別有30個(gè)和24個(gè)miRNA表達(dá)量出現(xiàn)變化。其中，9個(gè)已知的miRNA在兩組中均有差異。對(duì)其靶基因進(jìn)行預(yù)測(cè)并且功能標(biāo)注發(fā)現(xiàn)，靶基因主要富集在PI3K/Akt信號(hào)通路（圖1）。

圖1: PIK/AKT通路中，差異miRNA與其靶基因的網(wǎng)絡(luò)圖

APPswe/PS1 ∆ E9小鼠的全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序

除了miRNA測(cè)序之外，研究人員還對(duì)12個(gè)月大的APPswe/PS1 ∆ E9小鼠進(jìn)行了全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。47個(gè)lncRNA和286個(gè)mRNA表達(dá)出現(xiàn)差異（圖2A-D）。由于lncRNA可能純?cè)赾eRNA的潛在生物學(xué)功能，研究人員對(duì)47個(gè)差異lncRNA進(jìn)行了miRNA靶標(biāo)的預(yù)測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，9個(gè)miRNA可能是其中4個(gè)lncRNA的下游靶標(biāo)（圖2E）。

圖2: APPswe/PS1 ∆ E9小鼠與對(duì)照的差異lncRNA和mRNA。

miRNA下游靶標(biāo)的預(yù)測(cè)與功能富集

由于miRNA存在以序列互補(bǔ)的方式對(duì)下游mRNA表達(dá)進(jìn)行調(diào)控，因此研究人員又預(yù)測(cè)了miRNA可能的下游mRNA靶標(biāo)，一共鑒定到了1082個(gè)mRNA，其中173個(gè)mRNA在最相關(guān)的8個(gè)AD信號(hào)通路中富集。

圖3: APPswe/PS1 ∆ E9小鼠的競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA網(wǎng)絡(luò)圖。

Rpph1在APPswe/PS1 ∆ E9小鼠中表達(dá)量升高

為了對(duì)具體的非編碼RNA影響AD的分子機(jī)制有進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，研究人員對(duì)4個(gè)核心lncRNA進(jìn)行了分析。Rpph1與Gm15477表達(dá)量在Rpph1在APPswe/PS1 ∆ E9小鼠中顯著升高。其中Rpph1預(yù)測(cè)到了2個(gè)miRNA靶標(biāo)：miR-326-3p and miR-330-5p（圖4）。

圖4: Rpph1在APPswe/PS1 ∆ E9小鼠中表達(dá)量升高

Rpph1通過(guò)結(jié)合miR-330-5p間接影響CDC42表達(dá)

為了對(duì)Rpph1的具體分子機(jī)制有進(jìn)一步研究，研究人員對(duì)Rpph1與其下游靶標(biāo)進(jìn)行了分子機(jī)制研究。研究發(fā)現(xiàn)，Rpph1通過(guò)結(jié)合miR-330-5p間接影響CDC42表達(dá)（圖5）。

圖5: Rpph1分子機(jī)制研究。

Rpph1促進(jìn)海馬神經(jīng)樹(shù)狀脊椎形成

最后，研究人員對(duì)Rpph1進(jìn)行了過(guò)表達(dá)以及敲除轉(zhuǎn)基因小鼠模型的構(gòu)建，并且對(duì)其進(jìn)行了表型觀察。結(jié)果表明，Rpph1促進(jìn)海馬神經(jīng)樹(shù)狀脊椎形成。

圖6: Rpph1促進(jìn)海馬神經(jīng)樹(shù)狀脊椎形成。

結(jié)論

本工作首次構(gòu)建了阿爾茨海默氏癥的APPswe/PS1 ∆ E9小鼠ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。其中Rpph1/miR-330-5p/CDC42的調(diào)控主線可能對(duì)AD疾病進(jìn)程存在重要關(guān)系。這些研究進(jìn)展為我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)阿爾茨海默氏癥有了更好的支撐。

原文出處：

Cai YF, Sun ZL, Jia HZ, et al.Rpph1 upregulates CDC42 expression and promotes hippocampal neuron dendritic spine formation by competing with miR-330-5p. Front Mol Neurosci.2017.

Luo HX, Wu Q, Ye XY, et al.Genome-Wide Analysis of miRNA Signature in the APPswe/PS1DE9 Mouse Model of Alzheimer’s Disease. Plos One.2014.