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NAT NEUROSCI:轉錄組+蛋白組聯合,揭示microRNA調控靶點與功能機制

瀏覽次數:3803 發布日期:2019-4-4 
 基因水平的研究發現miR-137與多種神經精神疾病存在相關性。同時,miR-137在正常的神經發生與神經發育過程中也具有重要作用。但是,miR-137的體內功能與作用機制仍然不清楚。為了揭示miR-137的功能,該研究構建了miR-137 KO動物,并對KO動物的突觸可塑性、學習能力等多種神經功能的損傷進行了評價。借助于轉錄組+蛋白組聯合分析,研究者進一步鑒定出phosphodiesterase 10a(Pde10a)是miR-137的重要調控靶點。

文獻小筆記

中科新生命

Partial loss of psychiatric risk gene Mir137 in mice causes repetitive behavior and impairs sociability and learning via increased Pde10a

Nature Neuroscience  IF=19.912

原文鏈接:https://www.onacademic.com/detail/journal_1000040907544310_8357.html

研究材料與方法

圖1

Mir137-knockout mice

(1)評價miR-137KO后神經功能受到的影響:

● 突觸可塑性:免疫組化,spinedensities,dendritic length,等

● 學習記憶能力:Morriswater maze test,Barnes maze test,long-termpotentiation (LTP),等

● 重復行為與社交能力:marbleburyingtest,social interaction test,thethree-chamber test,等

(2)蛋白組分析:

● 技術:TMT定量

● 樣本:皮層組織

● 組別與重復:Mir137+/+,Mir137+/–, and Mir137–/–,每組兩個生物學重復(來自于兩窩)

(3)轉錄組分析:

樣本同蛋白質組

(4)轉錄組+蛋白組聯合分析尋找miR-137直接調控靶點:

Sylamer算法比對UTR匹配富集結果與蛋白差異表達的相關性,以及進一步比對mRNA差異表達水平

(5)驗證miR-137直接靶點:

luciferase reporter assay,UTR突變

研究內容與結果

1.突觸蛋白免疫組化、樹突長度等分析,揭示miR-137 KO可導致神經可塑性受損。

圖2

Fig. 2 |Loss of miR-137 in the nervous system leads to synaptic overgrowth and impaireddendritic growth in vivo

2.多種行為測試揭示miR-137 KO可導致學習記憶功能失調。

圖3

Fig. 3 | Partial loss of miR-137 leads to the learningand memory deficits.

3.多種行為測試揭示miR-137 KO可導致社交能力改變。

圖4

Fig. 4 | Partial loss of miR-137 causes impaired socialbehaviors in mice

4.轉錄組、蛋白組揭示miR-137調控底物。

蛋白組結果發現:Mir137–/–組versus Mir137+/+組, Mir137+/–組versus Mir137+/+組, and Mir137–/–組versus Mir137+/–組,分別篩選到417、94和76個差異表達蛋白。這些蛋白與DNA replication, nervous system development, and chromatinremodeling,peptidase activity regulation, acute-phaseresponse, and regulation of neurotransmitter secretion等生物過程有關。其中有41個上調蛋白和9個下調蛋白,被預測為miR-137的底物。通過與RNAseq結果的進一步比對,41個上調蛋白中有37個蛋白對應的基因,在mRNA表達水平沒有顯著表達差異,表明上述基因可能是miR-137通過轉錄后調控模式所直接調控得底物。

圖5

Fig. 5 | Systematic identification of in vivo mRNA targetsof miR-137 by integrating proteomic, transcriptomic, and bioinformaticanalyses.

5.確證Pde10a基因是miR-137的直接調控底物

在上述37個基因中,作者挑選了5個表達上調最顯著的蛋白對應的基因,以及5個神經功能相關基因。采用luciferase reporter assay +UTR突變的方法,證實Pde10a基因是miR-137的直接調控底物

圖6

Fig. 6 | Pde10a is akey mRNA target of miR-137.

6.后續研究

抑制Pde10a的表達能夠減緩miR-137 KO引起的神經功能失調。Pde10a KO可逆轉了miR-137 KO引起的神經功能失調。

總結與擴展

該文章思路清晰:圍繞前期基因研究中發現的可能具有重要作用的miRNA展開。基于KO動物模型,首先評價了miRNA的生物功能。然后利用多組學的數據,篩選可能的miRNA底物,再利用經典方法進行直接底物驗證;最后再評價底物被干預后的表型變化。從而實現對目標miRNA功能和作用機制的解析。

其中miRNA底物篩選的方法,值得借鑒。因為,常規通過序列比對預測出的底物,還是存在很多的不準確性。而蛋白質組的分析可以明確告訴我們,到底哪些蛋白產物確實發生了相應的表達變化,蛋白產物的表達水平是miRNA底物判定的最重要依據。同時,如果差異表達蛋白所對應的mRNA并沒有相應改變,則可進一步確定該基因的調控方式并不是因為基因轉錄水平的變化,而是miRNA參與的轉錄后水平的調控(另外還有一種途徑是miRNA的結合,引起了mRNA的降解)。所以,在底物預測的基礎上,蛋白組+轉錄組可以更加準確、有效地篩選miRNA的底物,并提供更全面、更系統的信息。

發布者:上海中科新生命生物科技有限公司
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