miRNA測序應(yīng)用于阿爾茨海默氏癥新機制的研究

伯豪客戶miRNA測序發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默氏癥新機制

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和全基因組測序鑒定到了一些非編碼RNA可能參與了其中的疾病形成。競爭性內(nèi)源RNA（ceRNA）是非編碼RNA執(zhí)行生物學功能的一種重要方式。然而，相對于其重要的生物學功能，只有部分的非編碼RNA在阿爾茨海默氏癥中被鑒定到。來自北京大學深圳校區(qū)的研究人員通過兩篇文章（兩篇文章miRNA測序服務(wù)由伯豪生物提供）詳細描述了非編碼RNA在阿爾茨海默氏癥中的表達特點，構(gòu)建了基于全轉(zhuǎn)錄組測序和miRNA-Seq的ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。并且使用了雙熒光酶活系統(tǒng)評估了ceRNA在AD中可能的分子機制。其中，4個lncRNA和5個miRNA在AD相關(guān)的基因庫中富集。其中，核酸酶P RNA元件H1（Rpph1）在APPswe/PS1 ∆ E9中表達量上調(diào)。分子機制研究發(fā)現(xiàn)，Rpph1結(jié)合miR326-3p/miR-330-5p從而促進了CDC42的表達。對Rpph1過表達的表型觀察研究發(fā)現(xiàn)，在基礎(chǔ)培養(yǎng)條件下，海馬神經(jīng)的樹狀脊柱的強度顯著增強。

研究思路

結(jié)果

APPswe/PS1 ∆ E9小鼠的miRNA-Seq

研究人員首先對攜帶APPswe與PS1 ∆ E9的2個轉(zhuǎn)基因小鼠與其對照進行了miRNA測序。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分別有30個和24個miRNA表達量出現(xiàn)變化。其中，9個已知的miRNA在兩組中均有差異。對其靶基因進行預(yù)測并且功能標注發(fā)現(xiàn)，靶基因主要富集在PI3K/Akt信號通路（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)錄組測序

除了miRNA測序之外，研究人員還對12個月大的APPswe/PS1 ∆ E9小鼠進行了全轉(zhuǎn)錄組測序。47個lncRNA和286個mRNA表達出現(xiàn)差異（圖2A-D）。由于lncRNA可能純在ceRNA的潛在生物學功能，研究人員對47個差異lncRNA進行了miRNA靶標的預(yù)測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，9個miRNA可能是其中4個lncRNA的下游靶標（圖2E）。

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

miRNA下游靶標的預(yù)測與功能富集

由于miRNA存在以序列互補的方式對下游mRNA表達進行調(diào)控，因此研究人員又預(yù)測了miRNA可能的下游mRNA靶標，一共鑒定到了1082個mRNA，其中173個mRNA在最相關(guān)的8個AD信號通路中富集。

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

Rpph1在APPswe/PS1 ∆ E9小鼠中表達量升高

為了對具體的非編碼RNA影響AD的分子機制有進一步認識，研究人員對4個核心lncRNA進行了分析。Rpph1與Gm15477表達量在Rpph1在APPswe/PS1 ∆ E9小鼠中顯著升高。其中Rpph1預(yù)測到了2個miRNA靶標：miR-326-3p and miR-330-5p（圖4）。

圖4: Rpph1在APPswe/PS1 ∆ E9小鼠中表達量升高

Rpph1通過結(jié)合miR-330-5p間接影響CDC42表達

為了對Rpph1的具體分子機制有進一步研究，研究人員對Rpph1與其下游靶標進行了分子機制研究。研究發(fā)現(xiàn)，Rpph1通過結(jié)合miR-330-5p間接影響CDC42表達（圖5）。

圖5: Rpph1分子機制研究。

Rpph1促進海馬神經(jīng)樹狀脊椎形成

最后，研究人員對Rpph1進行了過表達以及敲除轉(zhuǎn)基因小鼠模型的構(gòu)建，并且對其進行了表型觀察。結(jié)果表明，Rpph1促進海馬神經(jīng)樹狀脊椎形成。

圖6: Rpph1促進海馬神經(jīng)樹狀脊椎形成。

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AD疾病進程存在重要關(guān)系。這些研究進展為我們進一步認識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.