中科院神经所《Developmental Cell》发表孤独症新成果

【字体: 时间:2014年03月12日 来源:生物通

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  2014年3月10日,在国际著名学术期刊《发育细胞》(Developmental Cell)发表的一项最新研究中,中科院上海生科院神经科学研究所仇子龙研究组发现,雷特症及孤独症相关蛋白MeCP2,通过直接调控DGCR8/Drosha复合物,影响microRNA加工及靶基因的表达,进而影响大脑发育的新机制。

  

生物通报道:2014年3月10日,在国际著名学术期刊《发育细胞》(Developmental Cell)发表的一项最新研究中,中科院上海生科院神经科学研究所仇子龙研究组发现,雷特症及孤独症相关蛋白MeCP2,通过直接调控DGCR8/Drosha复合物,影响microRNA加工及靶基因的表达,进而影响大脑发育的新机制。

该研究主要由博士生程田林在仇子龙研究员指导下完成,合作者包括美国华盛顿大学Wenqing Xu教授、Zhizhi Wang博士以及研究助理廖秋明、朱莹等。该课题受科技部大973项目、中国科学院脑先导计划和中国科学院****等资助。而在同一时间内,《PNAS》也报道了雷特综合症药物治疗的相关进展:PNAS报道雷特综合症1期临床试验结果

甲基CpG结合蛋白(MECP2)基因的功能缺失突变,是雷特综合症(Rett syndrome,RTT)的主要原因,而MECP2基因的拷贝数增多,可能会导致人类孤独症谱系障碍。因此,MeCP2蛋白的剂量对于中枢神经系统(central nervous system,CNS)的正常发育和功能至关重要。研究人员发现,MeCP2主要结合甲基化CpG岛,通过招募脱乙酰化酶(HDAC)而充当一种转录抑制因子。MeCP2已被证明在转录调节基因表达过程中起着至关重要的作用,这些基因包括脑源性神经营养因子(BDNF)和对CNS适当功能重要的其他基因。此外,有研究人员发现,MeCP2能够通过一种功能依赖方式转录抑制GluA2的表达,调节突触的内稳态。MeCP2翻译后修饰在调节神经发育过程中发挥着重要的作用。例如,MeCP2丝氨酸421(Ser421)的活性依赖磷酸化,是调节MeCP2招募到DNA上和靶基因(例如BDNF)表达的关键,MeCP2和核受体辅阻遏物复合体(NCoR)之间的相互作用,是由MeCP2的Thr308的活性依赖磷酸化调控。

全转录组研究发现,在MeCP2敲除小鼠大脑中,许多基因的表达受到抑制,表明MeCP2对基因调节具有积极的作用。另一种可能性是,MeCP2控制转录后调节因子,例如microRNAs(miRNAs),miRNA已知能够抑制许多蛋白的产生,而这些蛋白对于细胞增殖、发育和肿瘤形成都非常重要。miRNAs的生物合成,以从基因组的初级miRNAs转录开始,其次是通过Drosha/DiGeorge综合症临界区8(DGCR8)包含的核装置和细胞溶质Dicer复合体的加工过程。近日有报道称,由于MeCP2的转录抑制功能,在MeCP2敲除小鼠大脑中,miRNA表达谱发生了改变。MeCP2除了参与转录过程之外,是否可能直接参与miRNA的加工,仍然未知。

在这项研究中,研究人员利用高通量测序技术对MeCP2敲除小鼠海马区的成熟miRNA进行定量分析,发现MeCP2通过直接调节核miRNA加工过程,转录后调节基因的表达。研究结果表明,MeCP2通过其C末端结构域直接与DGCR8(核miRNA加工复合体的关键成分)相互作用。MeCP2第80位的丝氨酸(Ser80)磷酸化,对其与DGCR8的结合至关重要。神经元放电活动引发的神经元钙信号,会使MeCP2的Ser80位点发生去磷酸化,导致MeCP2的C-末端与N-末端结合引发构象改变,从而解除MeCP2对DGCR8的抑制作用。有趣的是,Ser80磷酸化可调节MeCP2的一个分子内相互作用开关,从而导致MeCP2蛋白的“开放”形式,促进其结合DGCR8。

研究还发现,MeCP2表达过量会通过抑制miRNA的剪切加工过程,导致神经元树突发育受阻。研究人员进一步提供证据表明,MeCP2可控制脑富集的miR-134加工,从而调节其三个下游靶基因:cAMP响应要素结合蛋白(CREB),LIM域激酶1(LIMK1)和Pumilio 2。这些结果证明了MeCP2直接参与核miRNA剪切加工的新功能,并指出MeCP2水平的调节异常很可能是导致发育性神经系统疾病的相关致病机制。(生物通:王英)

注:仇子龙,男,1994-1998年就读于上海交通大学生物科学与技术系,获学士学位。1998-2003年就读于中国科学院上海生命科学院生物化学与细胞生物学研究所,获博士学位。2003-2009年在美国加州大学圣迭戈分校神经生物学系从事博士后研究工作。2009年受聘于中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所任研究员,课题组长。

生物通推荐原文摘要:
MeCP2 Suppresses Nuclear MicroRNA Processing and Dendritic Growth by Regulating the DGCR8/Drosha Complex
Summary:Loss- and gain-of-function mutations of the X-linked gene MECP2 (methyl-CpG binding protein 2) lead to severe neurodevelopmental disorders in humans, such as Rett syndrome (RTT) and autism. MeCP2 is previously known as a transcriptional repressor by binding to methylated DNA and recruiting histone deacetylase complex (HDAC). Here, we report that MeCP2 regulates gene expression posttranscriptionally by suppressing nuclear microRNA processing. We found that MeCP2 binds directly to DiGeorge syndrome critical region 8 (DGCR8), a critical component of the nuclear microRNA-processing machinery, and interferes with the assembly of Drosha and DGCR8 complex. Protein targets of MeCP2-suppressed microRNAs include CREB, LIMK1, and Pumilio2, which play critical roles in neural development. Gain of function of MeCP2 strongly inhibits dendritic and spine growth, which depends on the interaction of MeCP2 and DGCR8. Thus, control of microRNA processing via direct interaction with DGCR8 represents a mechanism for MeCP2 regulation of gene expression and neural development.

 

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