中科院学者受邀发表综述:总结miRNAs的研究进展与实验方法

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2016年12月20日 来源:生物通

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  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。

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生物通报道: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。

生物通:万纹)

作者简介:

鲍岚
1985年毕业于第四军医大学空军医学系,1988年在该校获硕士学位。1993年在瑞典卡罗琳斯卡医学院神经科学系进修一年。1996年任第四军医大学空军医学系副教授,1999年获医学博士学位。1999年11月在中国科学院神经科学研究所感觉系统研究组任副研究员,2002年10月获中科院上海生命科学研究院“优秀青年人才计划”,同年任该组合作课题组长。获2003年度国家自然科学杰出青年基金资助。现任中科院生化细胞所课题组长、研究员、博士生导师。 在生理和病理条件下神经肽受体(G蛋白偶连受体超家族成员)和离子通道在初级感觉神经元兴奋性的调控中起重要作用,因此了解调控细胞表面神经肽受体和离子通道转运的分子和细胞机制至关重要。 主要将应用分子、细胞生物学和电生理技术研究初级感觉神经元中表达的神经肽受体(G蛋白偶连受体)和离子通道的分泌和运输途径,包括神经肽Y和胆囊收缩素受体各亚型、钠通道等,以及在外周神经损伤或外周炎症刺激后离子通道亚基表达改变对其转运、分布及功能的影响。用分子克隆、抗体制备、免疫荧光双标记、共聚焦显微镜和免疫电子显微镜等技术系统地分析不同神经肽受体亚型和离子通道在细胞和亚细胞水平的分布特征;用免疫共沉淀、细胞表面生物素化、Western Blot和基因突变等技术,寻找对其包装和运输途径产生决定性作用的分子和受体、离子通道本身的氨基酸序列;用电生理膜片钳和膜电容记录技术对其功能进行分析。通过研究明确不同神经肽受体亚型和离子通道的细胞与亚细胞水平分布特征;建立G蛋白偶连受体和离子通道包装运输途径和调控的分子和细胞生物学模型;确认一些在病理条件下调控神经肽受体(G蛋白受体)和离子通道分泌和运输的分子和细胞生物学模型。 曾获军队科技进步一等奖一项、二等奖一项,国家科技进步三等奖一项,上海市科技进步二等奖一项。

原文摘要:

Axonal miRNAs: Localization, Function and Regulatory Mechanisms During Axon Development

Subcellular localization and translation of messenger RNAs are essential for the regulation of neuronal development and synaptic function. As post-transcriptional regulators, microRNAs (miRNAs) have been emerging as central players in the development and maturation of the nervous system. Recent discoveries reveal the critical functions of miRNAs in the axon of neurons via multiple pathways of molecular regulation. Here, we introduce methods for isolating axonal miRNAs and review recent findings on the localization and function as well as regulatory mechanism of axonal miRNAs during axon development.

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