汪香婷组揭示长链非编码RNA可变剪接异构体介导的神经系统基因转录调控新机制

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关键词：新机制揭示

资讯来源：BioArt

发布时间： 2021-07-05

长链非编码RNA (lncRNA) 是一类长度不小于200个核苷酸、以RNA形式发挥生物学功能的调控分子。可变剪接是指从同一个RNA前体中通过差异的剪接方式产生RNA异构体的过程。研究表明，mRNA的可变剪接现象在中枢神经系统中普遍存在，所产生的剪接异构体可通过特异性作用方式在不同的细胞或亚细胞区域，或者通过特异的分子机制，对神经元的发育、迁移、突触连接和可塑性等方面发挥重要的作用。LncRNA在中枢神经系统的表达十分丰富，亦普遍受到可变剪接调控，然而可变剪接异构体如何参与中枢神经系统lncRNA功能调控的研究尚待深入。

小脑是中枢神经系统中重要的运动调节中枢，也是传统神经生物学研究中关注较多的一个脑区。小脑结构层次分明，富含大量颗粒细胞，颗粒细胞轴突投射的平行纤维与小脑唯一的传出神经元浦肯野细胞的树突建立的突触是小脑功能调控的主要神经环路 【1】 。目前，小脑lncRNA研究尚未受到广泛关注。汪香婷课题组2017年的Genome Research和2019年的Nucleic Acids Research合作工作均发现，与其他的脑区相比，小脑lncRNA在小鼠和非人灵长类动物中表达丰富，并具有显著不同的表达模式 【2,3】 。中山大学杨建华课题组基于人的数据显示，人小脑lncRNA也具有与其他脑区显著的表达差异特征 【4】 。

在课题组前期工作的基础上，2021年6月10日，汪香婷课题组在PLOS Biology上，题为 Long non-coding RNA PM maintains cerebellar synaptic integrity and Cbln1 activation via Pax6/Mll1-mediated H3K4me3 ，并在杂志官网上被重点推荐 【5】 ，将小脑lncRNA研究作为课题组的重点研究方向，并进一步 发现与小脑肽Cbln1形成divergent lncRNA的lncRNA-PM（Promoting Methylation）在小脑突触完整性和运动功能中发挥重要的调控作用。

首先，通过发育时间节点检测，表达水平干扰，FISH实验，免疫荧光和荧光素酶报告等实验，汪香婷课题组发现lncRNA-PM与Cbln1共定位于小鼠小脑颗粒细胞，并显著促进Cbln1的转录。通过在出生后小鼠小脑中特异性敲低lncRNA-PM和后续的免疫荧光、电镜、行为学等多种实验手段，发现lncRNA-PM敲低小鼠小脑的突触连接显著减少，运动能力显著降低。通过分析Cbln1启动子上的组蛋白修饰情况，发现Cbln1启动子富含H3K4me3修饰，并进一步发现了经由lncRNA-PM- Pax6-Mll1-H3K4me3介导的Cbln1转录激活机制。其中Pax6是小脑高表达的转录因子，并于近期被发现是小脑颗粒细胞及其前体细胞群marker 【6】 。

Cbln1于1991年被发现，是小脑颗粒细胞表达的一种分泌蛋白，亦是构建和维持颗粒细胞轴突-浦肯野细胞树突之间突触完整性的关键因子，被称为cerebellar synaptic organizer 【7】 。与Cbln1的重要功能形成鲜明对比的是，Cbln1在小脑颗粒细胞中的表达调控机制尚未解析。汪香婷课题组此项工作首次揭示了Cbln1转录激活的调控机制。有趣的是，lncRNA-PM是lncRNA Gm2694众多剪接异构体之一。2019年，北京大学汪阳明课题组曾报道了Gm2694促进胚胎干细胞自我更新的剪接异构体lncRNA-Trincr1 【8】 。与主要表达在细胞质中的lncRNA-Trincr1不同，此次汪香婷课题组关注的lncRNA-PM （Gm2694-204）主要定位在细胞核。通过与Gm2694其他4种剪接异构体的比较研究，汪香婷课题组发现lncRNA-PM对Cbln1的转录调控具有异构体特异性。在lncRNA研究进一步深入的现状下，深入探讨lncRNA异构体的差异性将有助于进一步揭示lncRNA发挥作用的分子机制和具体生物学功能，为全面揭示人类基因组的奥秘提供重要的实验依据和基础理论。

中国科学技术大学博士生金岩为该工作的第一作者，中国科学技术大学附属第一医院汪香婷研究员为该工作的通讯作者。

原文链接：

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001297

制版人：十一

参考文献

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2. Liu S, Wang Z, Chen D, Zhang B, Tian RR, Wu J, et al. Annotation and cluster analysis of spatiotemporal- and sex-related lncRNA expression in rhesus macaque brain. Genome Res. 2017;27(9):1608-20. Epub 2017/07/09. doi: 10.1101/gr.217463.116. PubMed PMID: 28687705; PubMed Central PMCID: PMCPMC5580719.

3. Wang F, Ren D, Liang X, Ke S, Zhang B, Hu B, et al. A long noncoding RNA cluster-based genomic locus maintains proper development and visual function. Nucleic Acids Res. 2019;47(12):6315-29. Epub 2019/05/28. doi: 10.1093/nar/gkz444. PubMed PMID: 31127312; PubMed Central PMCID: PMCPMC6614851.

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5. Jin Y, Zhang B, Lu J, Song Y, Wang W, Zhang W, et al. Long noncoding RNA PM maintains cerebellar synaptic integrity and Cbln1 activation via Pax6/Mll1-mediated H3K4me3. Plos Biol. 2021;19(6):e3001297. Epub 2021/06/11. doi: 10.1371/journal.pbio.3001297. PubMed PMID: 34111112.

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7. Hirai H, Pang Z, Bao D, Miyazaki T, Li L, Miura E, et al. Cbln1 is essential for synaptic integrity and plasticity in the cerebellum. Nat Neurosci. 2005;8(11):1534-41. Epub 2005/10/20. doi: 10.1038/nn1576. PubMed PMID: 16234806.

8. Li YP, Duan FF, Zhao YT, Gu KL, Liao LQ, Su HB, et al. A TRIM71 binding long noncoding RNA Trincr1 represses FGF/ERK signaling in embryonic stem cells. Nat Commun. 2019;10. doi: ARTN 1368

10.1038/s41467-019-08911-w. PubMed PMID: WOS:000462142300001.

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