长读长RNA测序揭示海马CA1区域细胞体与神经毡转录组的性别特异性异构体使用及区室分布差异

《Biology of Sex Differences》：Long-read RNA sequencing reveals sex-associated isoform distribution in soma and neuropil of the rat hippocampal CA1

摘要

背景

海马功能存在性别相关差异已得到广泛认可，但导致这些差异的分子机制尚未被完全阐明。在CA1区域，细胞体与神经毡之间的转录组空间组织支持局部mRNA翻译，这是突触可塑性所必需的机制。利用长读长直接RNA测序，我们对雄性大鼠和发情期雌性大鼠的CA1细胞体及神经毡转录组进行了有针对性的比较。我们研究了在基础条件下，区分CA1分子景观的异构体使用差异和转录本组成差异，包括UTR延伸和poly(A)尾长度。

方法

对从背侧CA1区域显微解剖获取的细胞体和神经毡富集组分进行了长读长直接RNA测序（Oxford Nanopore）。该方法能够实现对全长转录本的鉴定、异构体水平解析，以及对先前未注释的RNA物种的检测。

结果

雄性与发情期雌性的总体基因数和异构体数相当。约80%的检测到的转录本被归类为蛋白编码型，约8%对应于未注释物种。与性别相关的差异在细胞体区室中更为显著，而神经毡中的转录本图谱则表现出有限的差异。差异转录本表达分析鉴定出发情期雌性中有892个神经毡富集转录本和467个细胞体富集转录本，而雄性中则有973个神经毡富集转录本和541个细胞体富集转录本。无论性别如何，细胞体和神经毡富集转录本均表现出更长的5' UTR。此外，细胞体转录本具有更长的3' UTR，而较短的poly(A)尾是神经毡分组的特征。一个显著的性别特异性特征是，雌性神经毡富集转录本中观察到的编码区（CDS）显著缩短。功能富集分析显示，雌性富集的神经毡转录本中涉及脂质代谢和翻译相关过程。相反，雄性富集的细胞体转录本与记忆、细胞活动调节和神经投射发育相关。异构体水平分析进一步揭示了编码受体、支架蛋白、核糖体组分和转录调控因子的RNA在性别和层次特异性上的富集。

结论

在基础条件下，雄性和发情期雌性的CA1区域表现出不同的异构体使用模式以及区室特异性转录本分布模式。这些发现为海马中局部转录调控提供了新的分子背景，并强调了长读长测序在解析特定生理状态下异构体多样性方面的价值。