miRNA測序應用于阿爾茨海默氏癥新機制的研究
伯豪客戶miRNA測序發現阿爾茨海默氏癥新機制
阿爾茨海默氏癥（Alzheimer's disease，AD）是一種神經性疾病。有研究表明，miRNA-Seq和全基因組測序鑒定到了一些非編碼RNA可能參與了其中的疾病形成。競爭性內源RNA（ceRNA）是非編碼RNA執行生物學功能的一種重要方式。然而，相對于其重要的生物學功能，只有部分的非編碼RNA在阿爾茨海默氏癥中被鑒定到。來自北京大學深圳校區的研究人員通過兩篇文章（兩篇文章miRNA測序服務由伯豪生物提供）詳細描述了非編碼RNA在阿爾茨海默氏癥中的表達特點，構建了基于全轉錄組測序和miRNA-Seq的ceRNA調控網絡。并且使用了雙熒光酶活系統評估了ceRNA在AD中可能的分子機制。其中，4個lncRNA和5個miRNA在AD相關的基因庫中富集。其中，核酸酶P RNA元件H1（Rpph1）在APPswe/PS1 ∆ E9中表達量上調。分子機制研究發現，Rpph1結合miR326-3p/miR-330-5p從而促進了CDC42的表達。對Rpph1過表達的表型觀察研究發現，在基礎培養條件下，海馬神經的樹狀脊柱的強度顯著增強。
研究思路
結果
APPswe/PS1 ∆ E9小鼠的miRNA-Seq
研究人員首先對攜帶APPswe與PS1 ∆ E9的2個轉基因小鼠與其對照進行了miRNA測序。結果發現，分別有30個和24個miRNA表達量出現變化。其中，9個已知的miRNA在兩組中均有差異。對其靶基因進行預測并且功能標注發現，靶基因主要富集在PI3K/Akt信號通路（圖1）。
圖1: PIK/AKT通路中，差異miRNA與其靶基因的網絡圖
APPswe/PS1 ∆ E9小鼠的全轉錄組測序
除了miRNA測序之外，研究人員還對12個月大的APPswe/PS1 ∆ E9小鼠進行了全轉錄組測序。47個lncRNA和286個mRNA表達出現差異（圖2A-D）。由于lncRNA可能純在ceRNA的潛在生物學功能，研究人員對47個差異lncRNA進行了miRNA靶標的預測。結果發現，9個miRNA可能是其中4個lncRNA的下游靶標（圖2E）。
圖2: APPswe/PS1 ∆ E9小鼠與對照的差異lncRNA和mRNA。
miRNA下游靶標的預測與功能富集
由于miRNA存在以序列互補的方式對下游mRNA表達進行調控，因此研究人員又預測了miRNA可能的下游mRNA靶標，一共鑒定到了1082個mRNA，其中173個mRNA在最相關的8個AD信號通路中富集。
圖3: APPswe/PS1 ∆ E9小鼠的競爭性內源RNA網絡圖。
Rpph1在APPswe/PS1 ∆ E9小鼠中表達量升高
為了對具體的非編碼RNA影響AD的分子機制有進一步認識，研究人員對4個核心lncRNA進行了分析。Rpph1與Gm15477表達量在Rpph1在APPswe/PS1 ∆ E9小鼠中顯著升高。其中Rpph1預測到了2個miRNA靶標：miR-326-3p and miR-330-5p（圖4）。
圖4: Rpph1在APPswe/PS1 ∆ E9小鼠中表達量升高
Rpph1通過結合miR-330-5p間接影響CDC42表達
為了對Rpph1的具體分子機制有進一步研究，研究人員對Rpph1與其下游靶標進行了分子機制研究。研究發現，Rpph1通過結合miR-330-5p間接影響CDC42表達（圖5）。
圖5: Rpph1分子機制研究。
Rpph1促進海馬神經樹狀脊椎形成
最后，研究人員對Rpph1進行了過表達以及敲除轉基因小鼠模型的構建，并且對其進行了表型觀察。結果表明，Rpph1促進海馬神經樹狀脊椎形成。
圖6: Rpph1促進海馬神經樹狀脊椎形成。
結論
本工作首次構建了阿爾茨海默氏癥的APPswe/PS1 ∆ E9小鼠ceRNA調控網絡。其中Rpph1/miR-330-5p/CDC42的調控主線可能對AD疾病進程存在重要關系。這些研究進展為我們進一步認識阿爾茨海默氏癥有了更好的支撐。
原文出處：
Cai YF, Sun ZL, Jia HZ, et al.Rpph1 upregulates CDC42 expression and promotes hippocampal neuron dendritic spine formation by competing with miR-330-5p. Front Mol Neurosci.2017.
Luo HX, Wu Q, Ye XY, et al.Genome-Wide Analysis of miRNA Signature in the APPswe/PS1DE9 Mouse Model of Alzheimer’s Disease. Plos One.2014.
