【原】為何有的人不能飲酒,？PCBP1參與酒精使用障礙后海馬功能變化

腦聲常談 2023-08-18 發(fā)布于上海

展開全文

上海欣軟《動(dòng)物行為實(shí)驗(yàn)手冊(cè)》正在免費(fèi)包郵發(fā)放中，《動(dòng)物行為實(shí)驗(yàn)指南》是前者的進(jìn)階篇,，全書預(yù)計(jì)600頁(yè)+,，內(nèi)容更加詳實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)，印書版預(yù)計(jì)9月份完成,，獲取方式請(qǐng)關(guān)注公眾號(hào)：腦聲常談的后續(xù)通知,。

將RNA加工成成熟形式的細(xì)胞機(jī)制中與疾病相關(guān)的變化可能導(dǎo)致RNA的錯(cuò)誤剪接以及隨后產(chǎn)生異常蛋白質(zhì)產(chǎn)物和受損的細(xì)胞功能。之前使用轉(zhuǎn)錄組學(xué)發(fā)現(xiàn),，在長(zhǎng)期乙醇暴露后發(fā)生戒斷的大鼠在海馬體中編碼RNA剪接因子的幾個(gè)基因的表達(dá)增加,。

基于此，2023年8月3日美國(guó)伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校精神病學(xué)系表觀遺傳學(xué)酒精研究中心Amy W. Lasek團(tuán)隊(duì)在Molecular Psychiatry發(fā)表論文“Conserved role for PCBP1 in altered RNA splicing in the hippocampus after chronic alcohol exposure”,。揭示了PCBP1在慢性酒精暴露后海馬體RNA剪接改變中的保守作用,。

該研究中作者檢測(cè)了慢性乙醇暴露期間大鼠海馬和被診斷為酒精使用障礙（AUD）的人類患者死后海馬的RNA剪接。發(fā)現(xiàn)在慢性乙醇暴露后戒斷期間,，編碼剪接因子多聚結(jié)合蛋白1在大鼠海馬中的表達(dá)升高,。接下來(lái)，作者分析了差異表達(dá)外顯子連接的大鼠RNA-Seq數(shù)據(jù),。其中一個(gè)基因Hapln2增加了外顯子中一個(gè)新的3’剪接位點(diǎn)的使用,。該剪接位點(diǎn)在人類HAPLN2中是保守的，為了建立PCBP1在HAPLN2剪接中的功能作用,，在大鼠和人類海馬中使用PCBP1抗體進(jìn)行RNA免疫沉淀,，發(fā)現(xiàn)在乙醇戒斷和AUD實(shí)驗(yàn)期間，大鼠海馬中HAPLN2外顯子4 3’剪接位點(diǎn)附近的PCBP1關(guān)聯(lián)豐富,。作者的結(jié)果表明,，剪接因子PCBP1在慢性乙醇暴露后的HAPLN2的異常剪接中起著保守的作用。由于HAPLN2基因編碼一種參與神經(jīng)傳導(dǎo)速度的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白,，使用這種替代剪接位點(diǎn)可能會(huì)導(dǎo)致蛋白功能的喪失,，這可能對(duì)AUD的海馬功能產(chǎn)生負(fù)面影響。

圖一慢性暴露乙醇提取大鼠和AUD患者海馬中剪接因子編碼基因表達(dá)的改變

剪接體是一種大型的核糖核蛋白復(fù)合物,，它可以檢測(cè)剪接信號(hào)并催化非編碼內(nèi)含子序列的去除,。該通路RNA-Seq數(shù)據(jù)的差異表達(dá)基因包括Pcbp1、Snrpa,、Snrpb,、Eif4a3、Alyref,、Lsm4,、Sf3a2,、Ptbp1和Pcbp2，這些基因在慢性乙醇暴露期間在海馬中增加,，包括核心剪接體成分和輔助剪接因子,。為了驗(yàn)證RNA-Seq數(shù)據(jù)，作者采用qPCR方法檢測(cè)了三個(gè)治療組的雄性和雌性大鼠海馬中這些基因的表達(dá),。發(fā)現(xiàn)與雄性對(duì)照組相比,，停用長(zhǎng)期乙醇暴露的雄性中Pcbp1、Snrpa,、Alyref和Sf3a2的表達(dá)增加,。相比之下，與對(duì)照組相比,，雌性在停藥期間Pcbp1,、Snrpa、Alyref和Sf3a2顯著降低,。此外,，與對(duì)照組相比，在停用期間男性中Snrpb,、Eif4a3,、Ptbp1和Pcbp2沒有變化,，但在停用期間女性中表達(dá)下調(diào),。這些結(jié)果表明，乙醇提取對(duì)RNA剪接具有性別差異效應(yīng),。與對(duì)照組相比,，AUD患者海馬中PCBP1的表達(dá)顯著升高。EIF4A3,、SF3A2,、PCBP2和PTBP1的性別、治療和交互作用均無(wú)顯著影響,。

圖二慢性乙醇暴露和戒斷大鼠海馬連接的差異表達(dá)

作者假設(shè)慢性酒精暴露戒斷過程中剪接因子的變化會(huì)導(dǎo)致RNA剪接的改變,，因此分析了對(duì)照組、慢性乙醇組和戒斷組雄性大鼠海馬RNA-Seq數(shù)據(jù),。結(jié)果表明,，慢性乙醇暴露比非慢性乙醇暴露導(dǎo)致更多的差異表達(dá)外顯子連接，并且這些差異表達(dá)外顯子連接中的大多數(shù)在這些條件之間并不共享,。作者對(duì)這53個(gè)基因進(jìn)行了通路分析,，前兩種富集的反應(yīng)組途徑是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和軸突生長(zhǎng)抑制。對(duì)雄性和雌性對(duì)照和乙醇提取大鼠的海馬RNA樣本進(jìn)行了qPCR,，性別和性別通過治療交互作用有顯著影響,。在雄性中,，乙醇提取大鼠的內(nèi)含子保留率增加，而在雌性中,，乙醇提取大鼠的內(nèi)含子保留率低于對(duì)照組,。雄性乙醇暴露大鼠的內(nèi)含子內(nèi)含量也明顯高于雌性乙醇暴露大鼠。在戒斷組中,，Pcbp1 mRNA水平與連接C’亞型的豐度呈顯著正相關(guān),，而在對(duì)照組中無(wú)顯著正相關(guān)。Pcbp1的表達(dá)與包含內(nèi)含子3或典型連接C的亞型之間沒有觀察到相關(guān)性,?？傊@些結(jié)果表明,，在慢性乙醇暴露后的戒斷期間,，雄性大鼠海馬中Hapln2轉(zhuǎn)錄本的選擇性剪接增加，而在雌性大鼠海馬中減少,。

圖三酒精使用障礙患者在死后海馬中HAPLN2剪接發(fā)生改變

為了評(píng)估人類中的HAPLN2是否因長(zhǎng)期飲酒而經(jīng)歷類似的差異剪接,，作者首先比較了來(lái)自人類和大鼠的HAPLN2序列，序列和剪接位點(diǎn)均為保守性,。此外,，NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)顯示了一個(gè)預(yù)測(cè)的HAPLN2轉(zhuǎn)錄變體，其中包含在大鼠中發(fā)現(xiàn)的相同的替代C’剪接位點(diǎn),。為了進(jìn)一步分析對(duì)照組和AUD海馬之間的C和C'連接水平,，使用跨越C或C’連接的獨(dú)特引物進(jìn)行了qPCR。通過雙向方差分析,，沒有發(fā)現(xiàn)任何性別差異,，連接C的水平在AUD組和對(duì)照組之間沒有差異。然而,，與對(duì)照組相比,，AUD的海馬中連接C'更為豐富。以上結(jié)果表明,，在被診斷為AUD的人類中,，剪接更頻繁地發(fā)生在HAPLN2 C'位點(diǎn)，并表明這可能導(dǎo)致一個(gè)非功能的,、被截?cái)嗟牡鞍踪|(zhì)產(chǎn)物的翻譯增加,。

圖四雄性大鼠和AUD受試者長(zhǎng)期乙醇暴露中戒斷后海馬中的PCBP1結(jié)合在HAPLN2剪接位點(diǎn)處富集

考慮到雄性慢性乙醇暴露大鼠和AUD患者中PCBP1在海馬中的表達(dá)增加，而在這些條件下HAPLN2的剪接也發(fā)生了類似的改變,，作者推測(cè)PCBP1可能參與了HAPLN2的選擇性剪接,。PCBP1通過與剪接位點(diǎn)周圍的富含胞嘧啶的區(qū)域結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)RNA的剪接。在大鼠和人類的HAPLN2中，在連接C的3’剪接位點(diǎn)附近都發(fā)現(xiàn)了一個(gè)PCBP1結(jié)合基序,。在雄性大鼠中,，PCBP1結(jié)合在該區(qū)域富集，表明它參與了Hapln2剪接使用的調(diào)控,。在雌性大鼠海馬中PCBP1 RIP后未檢測(cè)到Hapln2的信號(hào),，雌性大鼠中PCBP1的表達(dá)在戒斷期間顯著降低。接下來(lái),，作者使用PCBP1抗體在死后患者海馬AUD和對(duì)照樣本中進(jìn)行RIP,，結(jié)果為PCBP1調(diào)節(jié)大鼠和人類海馬中HAPLN2選擇性剪接提供了證據(jù)。

PCBP1在整個(gè)大腦的細(xì)胞中廣泛表達(dá),，除了調(diào)節(jié)RNA的剪接,，PCBP1還調(diào)節(jié)少突膠質(zhì)細(xì)胞中RNA的運(yùn)輸和翻譯。在該研究中作者提供了證據(jù)表明,，除了已知的PCBP1在抑制RNA翻譯方面的作用外,，PCBP1可能調(diào)節(jié)少突膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)基因的選擇性剪接。對(duì)PC12細(xì)胞的研究也表明,，PCBP1調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥相關(guān)基因的表達(dá)和RNA剪接,。有證據(jù)表明，慢性乙醇暴露誘導(dǎo)腦免疫應(yīng)答,，因此PCBP1也可以在其他類型的腦細(xì)胞中發(fā)揮作用,，以調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答基因的表達(dá)和剪接。需要更多的研究來(lái)確定PCBP1在乙醇反應(yīng)性RNA加工中的不同功能,，并確定在慢性乙醇暴露期間PCBP1在神經(jīng)系統(tǒng)中的其他全基因組靶點(diǎn),。確定少突膠質(zhì)細(xì)胞或其他腦細(xì)胞類型中的PCBP1是否參與了慢性乙醇暴露戒斷期間觀察到的認(rèn)知和情緒行為的改變將尤為重要。綜上,，PCBP1在慢性乙醇暴露后大鼠和人類大腦的異常RNA剪接中起著重要作用,，并提示髓鞘相關(guān)基因的選擇性剪接可能與慢性酒精暴露引起的缺陷有關(guān),。