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疾病与药物研究

解析环形RNAs在脑衰老中的生物学作用

2020年07月23日 浏览量: 评论(0) 来源:中国科学院昆明动物研究所 作者: 责任编辑:admin
摘要:中国科学院昆明动物研究所/ 北京大学李家立课题组通过研究揭示了脑内特异性circRNAs动态表达和生物学作用参与了大脑衰老过程。相关研究发现为进一步认识和理解灵长类动物复杂的大脑结构和功能,寻找参与脑衰老进程的调控因子提供了新证据,也为探索衰老相关神经疾病的机理和干预措施提供了参考。

大脑衰老的生物学机理十分复杂,受到遗传、年龄和环境等多个因素的调控和影响,其中随年龄和环境等因素而变化的表观遗传调控被认为是重要的调控环节之一。基因组中大约90% DNA 都具有转录活性,但其中仅有1.5%的基因能够编码蛋白质,而环状非编码RNAs (circRNAs)即属于不具有编码功能的非编码RNAs范畴。近年来,越来越多的研究证据揭示circRNAs 介导的表观遗传调控在机体的诸多生命过程和许多疾病,特别是衰老相关的慢性疾病的发生和发展过程中可能发挥重要的作用。同时有研究发现circRNAs 在哺乳动物脑内神经元中的呈现非常丰富的表达和动态变化,但其在脑内的功能——特别是灵长类动物大脑发育和衰老过程中的表达变化和潜在的生物学功能——仍属未知。

2020717日,中国科学院昆明动物研究所/北京大学研究员李家立课题组在Nature Communications上发表了题为“CircGRIA1 shows an age-related increase in male macaque brain and regulates synaptic plasticity and synaptogenesis”的论文。

李家立实验室长期从事脑衰老生物学机制研究。在先前的工作中,研究人员通过生物信息学和RNA原位杂交检技术,检测分析了猕猴衰老过程中不同脑区circRNAs 动态表达变化的特征。研究发现,脑特异性circRNAs 呈现出高度的区域、性别和年龄表达差异性。circRNAs mRNAs 之间存在多重的正相关和负相关调控关系。生物学功能计算模拟演示结果表明,circRNAs mRNAs 之间表达变化相关性可能对衰老过程中脑结构和功能变化具有重要调控作用(Cell Discov, 2018)。

尽管circRNAs在哺乳动物的大脑中具有丰富的表达,同时也展现出动态的表达变化,但是它们是否与大脑衰老的发生发展有密切联系,目前仍然未知。在上述工作基础上,研究人员发现:circGRIA1,一个由兴奋性氨基酸受体-AMPA受体亚基Gria1基因衍生的circRNA亚型,在雄性猕猴脑内多个脑区呈现显著地增龄性表达升高;而且与Gria1 mRNA表达水平有明显的负相关。进一步检测发现circGRIA1除了少部分表达分布在神经元胞浆和突触附近外,其主要分布于神经元的细胞核中,并发现其能够与Gria1基因启动子区域有相互作用,通过顺式作用调控Gria1 mRNA表达。体外和体内操纵circGRIA1表达能够负性调节Gria1 mRNA和蛋白质水平,敲低circGRIA1可显著地改善老年雄性猕猴海马神经元的突触可塑性及突触再生。上述研究结果揭示了脑内特异性circRNAs动态表达和生物学作用参与了大脑衰老过程。相关研究发现也为进一步认识和理解灵长类动物复杂的大脑结构和功能,寻找参与脑衰老进程的调控因子提供了新证据,也为探索衰老相关神经疾病的机理和干预措施提供了参考。

李家立研究员为该论文通讯作者,昆明动物研究所博士研究生徐开宇、实验师张莹和北京大学博士研究生熊婉迪为该论文的共同第一作者,该工作同时得到昆明动物研究所胡新天研究员和郑永唐研究员、武汉生命之美公司张翼博士和陈栋博士、生物化学与细胞生物学研究所陈玲玲研究员的大力帮助。  

上述研究得到国家自然科学基金委和科技部973等的资助。该项研究工作依托昆明动物研究所承担建设的模式动物表型与遗传研究国家重大科技基础设施(灵长类)开展。该设施将对灵长类动物表型与遗传型进行系统研究,连续、快速、精准、标准化、规模化和自动化地获取信息与分析,客观描述、深入解析生命现象变化中的表型与内在的遗传关系,对生命科学与医药健康领域研究具有潜在重要意义。

相关链接: https://www.nature.com/articles/s41467-020-17435-7. 

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