【原】miR-125b-2如何調(diào)控腦功能,？

腦聲常談 2023-03-30 發(fā)布于上海

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MicroRNAs（miRNAs）是一類小型非編碼RNA,，通過轉(zhuǎn)錄不穩(wěn)定或翻譯抑制在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控基因表達(dá)。miRNAs在神經(jīng)元中高表達(dá),，在神經(jīng)元分化,、突觸發(fā)生和可塑性過程中發(fā)揮重要作用。此外,，許多研究表明,，miRNAs的功能障礙與各種神經(jīng)和精神疾病有關(guān),。然而,，目前對大腦印跡miRNAs的研究較少，它們在大腦中的功能作用尚不清楚,。

miR-125是一種從線蟲到人類都高度保守的miRNA,，由三個同源物組成：miR-125a、miR-125b-1和miR-125b-214,。miR-125b-2是lin-4的同源物,，最早在秀麗隱桿線蟲（C. elegans）中被發(fā)現(xiàn)，可調(diào)節(jié)發(fā)育時間,。此外,，miR-125b-2是小鼠和人類大腦中最豐富的miRNAs之一。此外,，miR-125b-2可調(diào)節(jié)神經(jīng)元分化,、樹突棘形態(tài)和突觸成熟，其異常表達(dá)可誘發(fā)唐氏綜合征,、急性缺血性中風(fēng)和阿爾茨海默病,。然而， miR-125b-2如何調(diào)控腦功能和相關(guān)的腦疾病目前尚不清楚,。

在此背景下,，2023年3月14日，國立臺灣大學(xué)醫(yī)學(xué)院腦與心理科學(xué)研究所黃憲松課題組在Communications Biology發(fā)文揭示了miR-125b-2結(jié)合Grin2a3'UTR調(diào)節(jié)小鼠行為和海馬功能,。

首先,，為了檢測miR-125b-2在人腦中的印跡狀態(tài)，課題組對不同年齡和疾病狀態(tài)的人死后和手術(shù)切除的大腦,，人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hiPSCs）來源的皮質(zhì)神經(jīng)元和腎上腺及腫瘤組織中進(jìn)行了Sanger測序,，結(jié)果顯示，miR-125b-2主要印跡在人腦和腎上腺中,。

圖1| miR-125b-2的印跡狀態(tài)

隨后,，課題組研究了miR-125b-2在小鼠大腦中的印跡狀態(tài)，q-PCR結(jié)果顯示：miR-125b-2在小鼠大腦富集,；其在小鼠出生后第0天（P0）表達(dá)水平最高,，并在小鼠大腦發(fā)育過程中顯著下降,，且在P28時在皮質(zhì)、紋狀體,、丘腦和下丘腦的表達(dá)水平最高,。接下來，課題組構(gòu)建了miR-125b-2常規(guī)敲除（KO）小鼠,，發(fā)現(xiàn)該鼠腦重量較WT鼠更低,。這些結(jié)果表明：miR-125b-2在小鼠大腦中沒有印跡，但在新生小鼠大腦中高表達(dá),，并調(diào)節(jié)大腦大小,。

圖2|q-PCR結(jié)果

行為學(xué)結(jié)果顯示：與WT組相比，miR-125b-2 m-/p-小鼠在獎勵Y迷宮(rewarded Y-maze test)中表現(xiàn)出獎勵交替率下降,在短期新物體識別測試中對陌生物體的探索時間下降,，表現(xiàn)出短期認(rèn)知記憶障礙,；其在曠場中央和明暗箱穿梭實驗中的亮箱內(nèi)的停留時間減少，表現(xiàn)出焦慮表型,。這些數(shù)據(jù)表明miR-125b-2 m?/p?小鼠表現(xiàn)出與海馬體相關(guān)的行為的缺陷(學(xué)習(xí),、記憶和焦慮)。

圖3|行為學(xué)測試結(jié)果

為了研究miR-125b-2 m?/p?小鼠海馬相關(guān)行為缺陷的神經(jīng)元機(jī)制,，課題組測量了miR-125b-2 m?/p?小鼠海馬顆粒細(xì)胞的神經(jīng)元興奮性,。膜片鉗記錄結(jié)果顯示：與WT小鼠相比，miR-125b-2 m?/p?小鼠的平均誘發(fā)放電率增加,，即miR-125b-2的缺失增加了海馬顆粒細(xì)胞的神經(jīng)元興奮性,。

圖4|膜片鉗-AP記錄結(jié)果

進(jìn)一步的電生理結(jié)果顯示：與WT組相比，miR-125b-2 m?/p?小鼠的海馬顆粒細(xì)胞mEPSCs的頻率和振幅增加,，而mIPSCs的頻率和振幅下降,，這表明miR-125b-2同時調(diào)節(jié)海馬顆粒細(xì)胞的興奮性和抑制性突觸傳遞。

圖5|膜片鉗-mini電流記錄結(jié)果

為了確定miR-125b-2的下游靶基因,，課題組使用三個不同的生物信息學(xué)工具（miRDB, microT-CDS, and TargetScan）結(jié)合RNA-Seq對miR-125b-2 m?/p+小鼠腦進(jìn)行分析,。GO分析表明，miR-125b-2的假定靶基因參與了谷氨酸能突觸,、軸突和神經(jīng)元投射的發(fā)育,。RNA-Seq數(shù)據(jù)顯示Grin2a、Grik2和Grm8三個谷氨酸受體的上調(diào),。

由于谷氨酸離子型2A亞基（Grin2a）是谷氨酸能突觸和突觸可塑性的關(guān)鍵調(diào)控因子,，課題組因此重點研究了miR-125b-2 m?/p?小鼠海馬中Grin2a的表達(dá)水平，并發(fā)現(xiàn)miR-125b-2 m?/p?小鼠海馬中Grin2a的表達(dá)增加,。

為了進(jìn)一步研究miR-125b-2是否與Grin2a 3'UTR區(qū)域物理結(jié)合并導(dǎo)致RNA不穩(wěn)定,，課題組通過將熒光素酶構(gòu)建物轉(zhuǎn)染到含有Grin2a 3’UTR的HEK293T細(xì)胞中進(jìn)行了熒光素酶分析。結(jié)果表明,，過表達(dá)miR-125b-2結(jié)構(gòu)后,，未表達(dá)miR-125b-2結(jié)合位點的Grin2a3'UTR的相對發(fā)光率顯著提高,，與未轉(zhuǎn)染miR-125b-2結(jié)構(gòu)的陽性對照相當(dāng)，表明miR-125b-2與Grin2a3'UTR的物理結(jié)合是導(dǎo)致Grin2a mRNA水平降低的原因,。

最后,，課題組測試了Grin2表達(dá)水平增加的功能后果，電生理結(jié)果顯示,，miR-125b-2 m?/p?小鼠海馬腦區(qū)AMPAR和NMDAR介導(dǎo)的EPSC的峰值振幅均顯著增加,。

圖6| miR-125b-2 m?/p?小鼠海馬中Grin2a表達(dá)上調(diào)

總的來說，本文的研究結(jié)果表明,，miR-125b-2介導(dǎo)了小鼠學(xué)習(xí),、記憶和焦慮，并調(diào)節(jié)海馬顆粒細(xì)胞的興奮性和突觸傳遞,，影響海馬Grin2a的表達(dá),。該研究證明了人特異性印跡和在腦中富集的microRNA在分子,、神經(jīng)元,、回路和行為水平上的功能作用，以及它對相關(guān)腦疾病的病因?qū)W的意義,。

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