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在探究环状 RNA（circRNAs）于哺乳动物突触形成中的功能时，研究人员利用 RNA 干扰技术，对大鼠海马神经元兴奋性突触形成过程中 circRNAs 的作用展开系统研究。结果发现多个 circRNAs 可抑制兴奋性突触形成，其中 circRERE 通过稳定 miR-128-3p 发挥作用。这为深入理解突触发育调控机制提供了新视角。
在神秘的大脑世界里，非编码 RNA（ncRNAs）正逐渐成为科学家们关注的焦点，它们在大脑的基因调控中发挥着越来越重要的作用。环状 RNA（circRNAs）作为 ncRNAs 的一种，以其独特的稳定性和封闭结构，在哺乳动物大脑中大量富集。然而，尽管 circRNAs 在神经系统中的转录组丰富多样，但绝大多数在哺乳动物神经元中表达的保守 circRNAs 的功能仍是未知的，就像隐藏在黑暗中的宝藏等待被发掘。
为了揭开这些神秘 circRNAs 的功能面纱，来自瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zürich）的研究人员勇挑重担，开展了一项意义非凡的研究。他们将研究重点聚焦于 circRNAs 在哺乳动物突触形成中的作用，旨在系统地探究其调控机制。研究成果发表在《Nature Communications》上，为该领域的发展带来了新的曙光。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是 RNA 干扰（RNAi）技术，通过它来实现对特定 circRNAs 的靶向敲低，从而观察其对突触形成的影响。其次，RNA 测序（RNA-seq）技术也发挥了重要作用，帮助研究人员全面分析 circRNAs 的表达谱和基因调控网络。此外，荧光原位杂交（FISH）技术用于精准确定 circRNAs 在细胞内的定位，为深入了解其功能提供了有力支持。
下面让我们详细了解一下研究结果：
- 海马神经元中 circRNA 景观的特征：研究人员利用之前建立的分区培养系统，对大鼠海马神经元进行研究。通过重新分析已发表的核糖体缺失转录组数据集，并进行 circRNA 重建，他们发现神经元 circRNAs 倾向于定位于神经元突起（轴突和树突）。进一步分析表明，这些 circRNAs 大多来源于突触基因，且部分含有较多的 miRNA 结合位点，这暗示着它们在突触发生和相关疾病中可能扮演重要角色。
- RNAi 筛选揭示具有特定功能的 circRNAs：基于 RNA 测序结果，研究人员筛选出 30 个候选 circRNAs，并添加了已报道的具有 miRNA 调控功能的 circRNAs 进行研究。通过 RNAi 介导的敲低实验和免疫细胞化学分析，他们发现 7 种 circRNAs 可作为内源性抑制因子，抑制兴奋性突触的形成和维持。其中，circRERE2和 circPhf21a 对兴奋性突触共簇和树突棘的形成影响尤为显著，成为后续深入研究的重点对象。
- circRERE 对兴奋性突触的双重调控作用：circRERE 基因位点可产生多种异构体，研究人员对其中最丰富的 circRERE2进行深入研究。敲低 circRERE 会导致突触共簇和树突棘密度增加，但同时会使微小兴奋性突触后电流（mEPSC）频率降低，这表明新形成的突触可能是无功能的 “沉默突触”。进一步研究发现，circRERE 抑制 GluA1 表达，但促进其膜定位，揭示了 circRERE 在兴奋性突触发育中的双重作用。
- circRERE 通过稳定 miR-128-3p 发挥作用的机制：对敲低 circRERE 后的神经元进行转录组分析，研究人员发现 miR-128-3p 的靶基因显著上调。进一步实验表明，circRERE 能够稳定 miR-128-3p，敲低 circRERE 会导致 miR-128-3p 表达和活性降低。而过表达 miR-128-3p 可挽救 circRERE 敲低引起的突触表型，证明了 circRERE 对 miR-128-3p 的调控在突触形成中的关键作用。
- circRERE 功能依赖于 miR-128-3p 结合位点：生物信息学分析预测 circRERE 含有两个高亲和力的 miR-128-3p 结合位点。研究人员构建了野生型和突变型 circRERE 过表达载体进行实验，结果表明 circRERE 对 miR-128-3p 的稳定作用及其对突触形成的调控依赖于这些结合位点，为揭示 circRERE 的作用机制提供了关键证据。
研究结论和讨论部分进一步强调了这些发现的重要意义。该研究首次系统地揭示了 circRNAs 在哺乳动物突触发生中的重要作用，尤其是 circRERE 通过稳定 miR-128-3p 来调控兴奋性突触形成的机制。这不仅为理解突触发育和功能的调控网络增添了新的重要信息，也为后续研究 circRNAs 在神经发育和精神疾病中的病理生理作用奠定了坚实基础。例如，研究发现 circRERE 与亨廷顿病（HD）、自闭症等神经发育障碍存在潜在关联，这为探索这些疾病的发病机制和治疗靶点提供了新的方向。
总的来说，这项研究为生命科学和医学领域关于 circRNAs 的研究开辟了新的道路，让我们对大脑中复杂的基因调控机制有了更深入的认识，有望为未来神经疾病的治疗带来新的希望和突破。
