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中科院学者发表综述:总结miRNAs的研究进展与实验方法

2016/12/21 来源:生物通
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导读
中科院生化细胞所课题组长鲍岚研究员课题组近年来致力于初级感觉神经元轴突中非编码RNA 的功能和调控机制研究,近期她与王斌博士受邀发表综述,对如何获取轴突中定位的microRNAs(miRNAs)的实验方法以及miRNA在神经元轴突发育中的功能和调控机制进行了系统性地总结和展望。


中科院生化细胞所课题组长鲍岚研究员课题组近年来致力于初级感觉神经元轴突中非编码RNA 的功能和调控机制研究,近期她与王斌博士受邀发表题为“Axonal miRNAs: Localization, Function and Regulatory Mechanisms During Axon Development”的综述,该论文对如何获取轴突中定位的microRNAs(miRNAs)的实验方法以及miRNA在神经元轴突发育中的功能和调控机制进行了系统性地总结和展望。

这一综述发表在国际期刊Journal of Molecular Cell Biology上,神经元是一类高度特化的细胞,形成树突和轴突的结构。在神经元轴突发育过程中,为了响应外界信号刺激并快速合成轴突发育需要的蛋白,部分messenger RNA (mRNA) 从神经元胞体运输至轴突中进行局部翻译来参与神经元分化、轴突延伸以及突触形成等重要功能。近年来的研究表明,作为翻译后调控的重要因子,大量的miRNAs已经被发现会选择性地定位于神经元的轴突中,并通过调控轴突中其靶蛋白mRNA的局部翻译来参与神经元轴突发育和功能。

去年鲍岚研究组发现RNA结合蛋白FMRP能够负责轴突中miR-181d的运输并通过调控靶基因Map1b以及Calm1的轴突局部翻译,进而调控轴突发育的过程。研究人员通过建立胚胎时期初级感觉神经元微流小室分隔培养系统,发现miR-181d选择性地富集于初级感觉神经元轴突中,并通过调控其下游靶分子Map1b和Calm1在轴突侧的局部翻译来参与神经元轴突的延伸。进一步通过RNA免疫共沉淀、原位杂交和活细胞成像实验,发现FMRP能够结合miR-181d、Map1b和Calm1,并负责他们在轴突中的定位和运输。Fmr1I304N小鼠和培养的初级感觉神经元胞体中FMRP下降均使轴突miR-181d、Map1b和Calm1下调,从而导致轴突中MAP1B和calmodulin蛋白水平下降。神经生长因子(NGF)能够通过促进Map1b和Calm1从FMRP和miR-181的抑制颗粒中释放,发生局部翻译以促进神经元轴突的延伸。该工作揭示了FMRP介导的miR-181d和其结合mRNAs轴突运输和局部蛋白合成调控的轴突延伸机制,为进一步理解miRNA在轴突发育中的功能提供了新的研究思路。

此前这一研究组还发现ATP可以促进P2X3受体的内吞,进而形成信号内吞体,在初级感觉神经元轴突中逆向转运到胞体,活化转录因子CREB,调节神经元的兴奋性。然而,ATP对P2X3受体上膜转运的调节及机制并不十分清楚。

为此研究人员通过多项研究发现ATP时程依赖性地促进了重组的以及背根节神经元内源性的P2X3受体的上膜转运,而同家族的P2X1和P2X2受体则没有此效应。ATP激活P2X3受体引起的钙离子内流,可以激活钙/钙调素依赖性蛋白激酶IIα (CaMKIIα),CaMKIIα通过一种三级结构依赖的模式,调节P2X3受体的上膜转运。P2X3受体的N端负责与CaMKIIα相互作用,而位于其C端的第388位苏氨酸(Thr388)可被CaMKIIα磷酸化。将Thr388突变成Val氨基酸模拟去磷酸化效应,消除了ATP依赖的P2X3受体的上膜转运。

研究人员进一步研究发现,脂筏结构的组成蛋白caveolin-1能与P2X3受体相互作用,通过基因沉默抑制caveolin-1的表达或者消除P2X3受体结合caveolin-1的能力均可抑制ATP依赖的P2X3受体的上膜转运。CaMKIIα介导的Thr388磷酸化可以促进P2X3受体和caveolin-1的相互作用,增强P2X3受体上膜转运。此外,我们也发现ATP依赖的P2X3受体上膜运输可以促进与其组成异源三聚体的P2X2受体向细胞膜的转运,此过程同样依赖于P2X3受体Thr388的磷酸化。最终,细胞膜上由于Thr388磷酸化增加的P2X3受体促进了其介导的信号转导效应。该研究表明,P2X3受体的上膜运输受其配体的调控,需要 CaMKIIα和caveolin-1的协同作用,并可带动与其形成多聚体的P2X2受体的共转运。此项研究为痛觉传递中P2X3受体的功能调控提供了一种可能的机制。

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