《Journal of Neuroendocrinology》：Transcriptomic changes in the jerboa supraoptic nucleus during osmotic stress: PCSK1 and PTPRN changes are conserved across desert and mesic species
编辑推荐：
视上核（supraoptic nucleus, SON）是下丘脑区域，对哺乳动物渗透调节（osmoregulation）的协调至关重要。研究人员试图了解在适应干旱沙漠环境生存的啮齿动物物种中，SON的基因表达是如何协调的。经过驯化期后，研究人员比较了雄性（ma
视上核（supraoptic nucleus, SON）是下丘脑区域，对哺乳动物渗透调节（osmoregulation）的协调至关重要。研究人员试图了解在适应干旱沙漠环境生存的啮齿动物物种中，SON的基因表达是如何协调的。经过驯化期后，研究人员比较了雄性（male）和雌性（female）小埃及跳鼠（Lesser Egyptian jerboa, Jaculus jaculus）SON在正常水化（euhydrated）、脱水（dehydrated）和再水化（rehydrated）条件下的转录组（transcriptomes）。跳鼠SON的基因表达在以上条件下非常稳定，与对照组相比，脱水后仅有46个差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs），再水化后仅有4个DEGs；远少于之前报道的跳鼠肾（kidney）和湿润物种（mesic species）SON中的响应基因数量。当跨物种（跳鼠、骆驼（camel）和大鼠（rat））比较时，PCSK1和PTPRN基因在渗透应激条件下受到一致调控，表明它们具有重要的保守功能。跳鼠SON中的脱水反应受到紧密调控。PCSK1和PTPRN被确定为该反应的保守组分，表明其重要性。
**论文解读文章**
**研究背景**
视上核（supraoptic nucleus, SON）是下丘脑的一个关键区域，负责协调哺乳动物的渗透调节（osmoregulation）。在湿润物种（如大鼠）中，研究人员已通过转录组学方法揭示了SON在渗透应激下的基因表达变化。然而，对于适应干旱沙漠环境的啮齿动物，SON的基因表达调控机制尚不清楚。现有研究主要集中在湿润实验室模型（如大鼠）上，缺乏对沙漠物种的深入理解。为了填补这一空白，并识别跨物种保守的渗透调节基因，研究人员选择了小埃及跳鼠（Jaculus jaculus，以下简称跳鼠）作为研究对象。跳鼠是一种能长期耐受缺水的沙漠啮齿动物，其生理适应机制已有部分研究，但SON的转录组数据尚未报道。通过比较跳鼠、单峰骆驼（Camelus dromedarius）和大鼠（Rattus norvegicus）的SON转录组，研究人员旨在揭示沙漠物种中保守的渗透响应机制，为理解哺乳动物水平衡的进化适应提供新视角。
**研究内容与结论**
研究人员对跳鼠在正常水化、脱水和再水化条件下的SON进行了转录组测序，并分析了差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs）。结果表明，跳鼠SON在脱水后仅出现46个DEGs，再水化后仅4个DEGs，远少于跳鼠肾和大鼠SON中的DEG数量。跨物种比较发现，PCSK1（编码前激素转化酶1/3）和PTPRN（编码蛋白酪氨酸磷酸酶受体N）在跳鼠、骆驼和大鼠的SON中均显著上调，表明它们是渗透应激的保守组分。该研究发表在《Journal of Neuroendocrinology》，为理解沙漠物种的渗透调节机制提供了重要转录组数据，并揭示了PCSK1和PTPRN在SON中的保守功能。
**主要技术方法**
研究人员采用以下关键方法：（1）组织定位：通过AVP免疫荧光染色定位跳鼠SON，确保取样准确性；（2）RNA提取与测序：从新鲜的冷冻脑组织冠状切片中打孔采集SON样本，提取RNA后进行Illumina链式mRNA文库制备和双端75碱基对测序；（3）生物信息学分析：使用Rsubread比对序列至跳鼠基因组，DESeq2进行差异表达分析，加权基因共表达网络分析（WGCNA）构建基因共表达模块；（4）qPCR验证：针对关键基因（如AVP、PCSK1、PTPRN）进行定量PCR验证，结果与RNA测序数据显著相关；（5）跨物种比较：整合已发表的骆驼和大鼠SON转录组数据，通过同源基因转换进行比较分析。样本队列来源：跳鼠来自野外捕获的野生个体，经过驯化期后分为三组；骆驼和大鼠数据来自已发表研究。
**研究结果**
**3.1 跳鼠SON的定位**
通过AVP靶向免疫荧光染色，研究人员确认跳鼠SON位于视交叉上方，与小鼠和大鼠的位置相似，且可见AVP在室旁核（paraventricular nucleus, PVN）和侧支投射中的表达。这一定位实现了SON组织的准确打孔取样。
**3.2 跳鼠SON的转录组**
主成分分析（PCA）显示实验条件未使样本明显聚类。脱水条件下，与对照组相比，跳鼠SON中鉴定出46个DEGs（33个上调，13个下调）；再水化条件下仅4个DEGs（1个上调，3个下调）。与跳鼠肾相比，SON中DEG数量显著减少。基因本体论（GO）富集分析仅发现“细胞外区域”术语在脱水与对照组比较中显著富集。
**3.3 差异表达的信使RNA（mRNA）**
精氨酸加压素（AVP）是渗透调节的核心，在跳鼠SON中差异表达。其他在大鼠SON中响应渗透应激的基因，如PDYN、CAPRIN2、GLP1R和VGF，在跳鼠中表现出相同的表达模式。然而，大鼠中响应的CREB3L1、NR4A1、OPN3和Rasd1在跳鼠中未见显著变化。
**3.4 视上核转录组的网络分析**
WGCNA识别出“light cyan”模块，该模块包含276个基因，在脱水时表达升高，再水化后恢复至对照水平。该模块的特征基因与脱水显著相关，并与后叶AVP含量呈负相关。AVP在该模块中具有高连接性，其最近邻基因为CAPRIN2。其他高连接性基因包括PCSK1和PTPRN，表明它们可能在跳鼠SON的渗透调节中发挥核心作用。
**3.5 跨物种比较**
研究人员将跳鼠SON数据与骆驼和大鼠的已发表数据进行比较。三个物种SON中共同表达的基因有9231个。在脱水与对照组比较中，跳鼠有46个DEGs，骆驼有206个DEGs，大鼠有2246个DEGs。仅在p值阈值（<0.05）下，三个物种共享43个DEGs，富集于分泌通路（如激素水平调节、分泌囊泡、分泌颗粒）。严格使用校正后p值（padj<0.05）时，仅PCSK1和PTPRN在三个物种中均显著差异表达。
**总结讨论与结论**
讨论部分指出，跳鼠SON在脱水后仅出现少量转录变化，而大鼠SON在更短脱水时间内却出现大量DEGs，这表明沙漠物种可能通过更集中的基因群（如PCSK1和PTPRN）来调控水平衡。PCSK1编码的前激素转化酶1/3参与多种内分泌肽（包括AVP、催产素、GLP-1等）的加工，而PTPRN编码的蛋白酪氨酸磷酸酶受体参与分泌囊泡的胞吐。两者在跨物种中的一致性调控提示它们是渗透应激反应的关键组分。研究结论部分翻译如下：在沙漠物种（xeric species）的视上核（SON）中，经过渗透挑战后观察到的转录变化少于其他组织和湿润物种（mesic species）。PCSK1和PTPRN是跳鼠、骆驼和大鼠SON（及肾）中保守的渗透响应基因，表明它们是脱水系统性反应中的关键组分。
