中科院學者受邀發表綜述：總結miRNAs的研究進展與實驗方法

日期：2016-12-20 09:06:37

中科院生化細胞所課題組長鮑嵐研究員課題組近年來致力于初級感覺神經元軸突中非編碼RNA 的功能和調控機制研究，近期她與王斌博士受邀發表題為“Axonal miRNAs: Localization, Function and Regulatory Mechanisms During Axon Development”的綜述，該論文對如何獲取軸突中定位的microRNAs（miRNAs）的實驗方法以及miRNA在神經元軸突發育中的功能和調控機制進行了系統性地總結和展望。

這一綜述發表在國際期刊Journal of Molecular Cell Biology上，神經元是一類高度特化的細胞，形成樹突和軸突的結構。在神經元軸突發育過程中，為了響應外界信號刺激并快速合成軸突發育需要的蛋白，部分messenger RNA (mRNA) 從神經元胞體運輸至軸突中進行局部翻譯來參與神經元分化、軸突延伸以及突觸形成等重要功能。近年來的研究表明，作為翻譯后調控的重要因子，大量的miRNAs已經被發現會選擇性地定位于神經元的軸突中，并通過調控軸突中其靶蛋白mRNA的局部翻譯來參與神經元軸突發育和功能。

去年鮑嵐研究組發現RNA結合蛋白FMRP能夠負責軸突中miR-181d的運輸并通過調控靶基因Map1b以及Calm1的軸突局部翻譯，進而調控軸突發育的過程。研究人員通過建立胚胎時期初級感覺神經元微流小室分隔培養系統，發現miR-181d選擇性地富集于初級感覺神經元軸突中，并通過調控其下游靶分子Map1b和Calm1在軸突側的局部翻譯來參與神經元軸突的延伸。進一步通過RNA免疫共沉淀、原位雜交和活細胞成像實驗，發現FMRP能夠結合miR-181d、Map1b和Calm1，并負責他們在軸突中的定位和運輸。Fmr1I304N小鼠和培養的初級感覺神經元胞體中FMRP下降均使軸突miR-181d、Map1b和Calm1下調，從而導致軸突中MAP1B和calmodulin蛋白水平下降。神經生長因子（NGF）能夠通過促進Map1b和Calm1從FMRP和miR-181的抑制顆粒中釋放，發生局部翻譯以促進神經元軸突的延伸。該工作揭示了FMRP介導的miR-181d和其結合mRNAs軸突運輸和局部蛋白合成調控的軸突延伸機制，為進一步理解miRNA在軸突發育中的功能提供了新的研究思路。

此前這一研究組還發現ATP可以促進P2X3受體的內吞，進而形成信號內吞體，在初級感覺神經元軸突中逆向轉運到胞體，活化轉錄因子CREB，調節神經元的興奮性。然而，ATP對P2X3受體上膜轉運的調節及機制并不十分清楚。

為此研究人員通過多項研究發現ATP時程依賴性地促進了重組的以及背根節神經元內源性的P2X3受體的上膜轉運，而同家族的P2X1和P2X2受體則沒有此效應。ATP激活P2X3受體引起的鈣離子內流，可以激活鈣/鈣調素依賴性蛋白激酶IIα (CaMKIIα)，CaMKIIα通過一種三級結構依賴的模式，調節P2X3受體的上膜轉運。P2X3受體的N端負責與CaMKIIα相互作用，而位于其C端的第388位蘇氨酸(Thr388)可被CaMKIIα磷酸化。將Thr388突變成Val氨基酸模擬去磷酸化效應，消除了ATP依賴的P2X3受體的上膜轉運。

研究人員進一步研究發現，脂筏結構的組成蛋白caveolin-1能與P2X3受體相互作用，通過基因沉默抑制caveolin-1的表達或者消除P2X3受體結合caveolin-1的能力均可抑制ATP依賴的P2X3受體的上膜轉運。CaMKIIα介導的Thr388磷酸化可以促進P2X3受體和caveolin-1的相互作用，增強P2X3受體上膜轉運。此外，我們也發現ATP依賴的P2X3受體上膜運輸可以促進與其組成異源三聚體的P2X2受體向細胞膜的轉運，此過程同樣依賴于P2X3受體Thr388的磷酸化。最終，細胞膜上由于Thr388磷酸化增加的P2X3受體促進了其介導的信號轉導效應。該研究表明，P2X3受體的上膜運輸受其配體的調控，需要 CaMKIIα和caveolin-1的協同作用，并可帶動與其形成多聚體的P2X2受體的共轉運。此項研究為痛覺傳遞中P2X3受體的功能調控提供了一種可能的機制。