中科院學(xué)者受邀發(fā)表綜述:總結(jié)miRNAs的研究進展與實驗方法
日期:2016-12-20 09:06:37
中科院生化細胞所課題組長鮑嵐研究員課題組近年來致力于初級感覺神經(jīng)元軸突中非編碼RNA 的功能和調(diào)控機制研究,近期她與王斌博士受邀發(fā)表題為“Axonal miRNAs: Localization, Function and Regulatory Mechanisms During Axon Development”的綜述,該論文對如何獲取軸突中定位的microRNAs(miRNAs)的實驗方法以及miRNA在神經(jīng)元軸突發(fā)育中的功能和調(diào)控機制進行了系統(tǒng)性地總結(jié)和展望。
這一綜述發(fā)表在國際期刊Journal of Molecular Cell Biology上,神經(jīng)元是一類高度特化的細胞,形成樹突和軸突的結(jié)構(gòu)。在神經(jīng)元軸突發(fā)育過程中,為了響應(yīng)外界信號刺激并快速合成軸突發(fā)育需要的蛋白,部分messenger RNA (mRNA) 從神經(jīng)元胞體運輸至軸突中進行局部翻譯來參與神經(jīng)元分化、軸突延伸以及突觸形成等重要功能。近年來的研究表明,作為翻譯后調(diào)控的重要因子,大量的miRNAs已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)會選擇性地定位于神經(jīng)元的軸突中,并通過調(diào)控軸突中其靶蛋白mRNA的局部翻譯來參與神經(jīng)元軸突發(fā)育和功能。
去年鮑嵐研究組發(fā)現(xiàn)RNA結(jié)合蛋白FMRP能夠負(fù)責(zé)軸突中miR-181d的運輸并通過調(diào)控靶基因Map1b以及Calm1的軸突局部翻譯,進而調(diào)控軸突發(fā)育的過程。研究人員通過建立胚胎時期初級感覺神經(jīng)元微流小室分隔培養(yǎng)系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)miR-181d選擇性地富集于初級感覺神經(jīng)元軸突中,并通過調(diào)控其下游靶分子Map1b和Calm1在軸突側(cè)的局部翻譯來參與神經(jīng)元軸突的延伸。進一步通過RNA免疫共沉淀、原位雜交和活細胞成像實驗,發(fā)現(xiàn)FMRP能夠結(jié)合miR-181d、Map1b和Calm1,并負(fù)責(zé)他們在軸突中的定位和運輸。Fmr1I304N小鼠和培養(yǎng)的初級感覺神經(jīng)元胞體中FMRP下降均使軸突miR-181d、Map1b和Calm1下調(diào),從而導(dǎo)致軸突中MAP1B和calmodulin蛋白水平下降。神經(jīng)生長因子(NGF)能夠通過促進Map1b和Calm1從FMRP和miR-181的抑制顆粒中釋放,發(fā)生局部翻譯以促進神經(jīng)元軸突的延伸。該工作揭示了FMRP介導(dǎo)的miR-181d和其結(jié)合mRNAs軸突運輸和局部蛋白合成調(diào)控的軸突延伸機制,為進一步理解miRNA在軸突發(fā)育中的功能提供了新的研究思路。
此前這一研究組還發(fā)現(xiàn)ATP可以促進P2X3受體的內(nèi)吞,進而形成信號內(nèi)吞體,在初級感覺神經(jīng)元軸突中逆向轉(zhuǎn)運到胞體,活化轉(zhuǎn)錄因子CREB,調(diào)節(jié)神經(jīng)元的興奮性。然而,ATP對P2X3受體上膜轉(zhuǎn)運的調(diào)節(jié)及機制并不十分清楚。
為此研究人員通過多項研究發(fā)現(xiàn)ATP時程依賴性地促進了重組的以及背根節(jié)神經(jīng)元內(nèi)源性的P2X3受體的上膜轉(zhuǎn)運,而同家族的P2X1和P2X2受體則沒有此效應(yīng)。ATP激活P2X3受體引起的鈣離子內(nèi)流,可以激活鈣/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶IIα (CaMKIIα),CaMKIIα通過一種三級結(jié)構(gòu)依賴的模式,調(diào)節(jié)P2X3受體的上膜轉(zhuǎn)運。P2X3受體的N端負(fù)責(zé)與CaMKIIα相互作用,而位于其C端的第388位蘇氨酸(Thr388)可被CaMKIIα磷酸化。將Thr388突變成Val氨基酸模擬去磷酸化效應(yīng),消除了ATP依賴的P2X3受體的上膜轉(zhuǎn)運。
研究人員進一步研究發(fā)現(xiàn),脂筏結(jié)構(gòu)的組成蛋白caveolin-1能與P2X3受體相互作用,通過基因沉默抑制caveolin-1的表達或者消除P2X3受體結(jié)合caveolin-1的能力均可抑制ATP依賴的P2X3受體的上膜轉(zhuǎn)運。CaMKIIα介導(dǎo)的Thr388磷酸化可以促進P2X3受體和caveolin-1的相互作用,增強P2X3受體上膜轉(zhuǎn)運。此外,我們也發(fā)現(xiàn)ATP依賴的P2X3受體上膜運輸可以促進與其組成異源三聚體的P2X2受體向細胞膜的轉(zhuǎn)運,此過程同樣依賴于P2X3受體Thr388的磷酸化。最終,細胞膜上由于Thr388磷酸化增加的P2X3受體促進了其介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)效應(yīng)。該研究表明,P2X3受體的上膜運輸受其配體的調(diào)控,需要 CaMKIIα和caveolin-1的協(xié)同作用,并可帶動與其形成多聚體的P2X2受體的共轉(zhuǎn)運。此項研究為痛覺傳遞中P2X3受體的功能調(diào)控提供了一種可能的機制。