miRNA测序应用于阿尔茨海默氏症新机制的研究
阿尔茨海默氏症（Alzheimer's disease，AD）是一种神经性疾病。有研究表明，miRNA-Seq和全基因组测序鉴定到了一些非编码RNA可能参与了其中的疾病形成。竞争性内源RNA（ceRNA）是非编码RNA执行生物学功能的一种重要方式。然而，相对于其重要的生物学功能，只有部分的非编码RNA在阿尔茨海默氏症中被鉴定到。来自北京大学深圳校区的研究人员通过两篇文章（两篇文章miRNA测序服务由伯豪生物提供）详细描述了非编码RNA在阿尔茨海默氏症中的表达特点，构建了基于全转录组测序和miRNA-Seq的ceRNA调控网络。并且使用了双荧光酶活系统评估了ceRNA在AD中可能的分子机制。其中，4个lncRNA和5个miRNA在AD相关的基因库中富集。其中，核酸酶P RNA元件H1（Rpph1）在APPswe/PS1 ∆ E9中表达量上调。分子机制研究发现，Rpph1结合miR326-3p/miR-330-5p从而促进了CDC42的表达。对Rpph1过表达的表型观察研究发现，在基础培养条件下，海马神经的树状脊柱的强度显著增强。
研究思路
结果
APPswe/PS1 ∆ E9小鼠的miRNA-Seq
研究人员首先对携带APPswe与PS1 ∆ E9的2个转基因小鼠与其对照进行了miRNA测序。结果发现，分别有30个和24个miRNA表达量出现变化。其中，9个已知的miRNA在两组中均有差异。对其靶基因进行预测并且功能标注发现，靶基因主要富集在PI3K/Akt信号通路（图1）。
图1: PIK/AKT通路中，差异miRNA与其靶基因的网络图
APPswe/PS1 ∆ E9小鼠的全转录组测序
除了miRNA测序之外，研究人员还对12个月大的APPswe/PS1 ∆ E9小鼠进行了全转录组测序。47个lncRNA和286个mRNA表达出现差异（图2A-D）。由于lncRNA可能纯在ceRNA的潜在生物学功能，研究人员对47个差异lncRNA进行了miRNA靶标的预测。结果发现，9个miRNA可能是其中4个lncRNA的下游靶标（图2E）。
图2: APPswe/PS1 ∆ E9小鼠与对照的差异lncRNA和mRNA。
miRNA下游靶标的预测与功能富集
由于miRNA存在以序列互补的方式对下游mRNA表达进行调控，因此研究人员又预测了miRNA可能的下游mRNA靶标，一共鉴定到了1082个mRNA，其中173个mRNA在最相关的8个AD信号通路中富集。
图3: APPswe/PS1 ∆ E9小鼠的竞争性内源RNA网络图。
Rpph1在APPswe/PS1 ∆ E9小鼠中表达量升高
为了对具体的非编码RNA影响AD的分子机制有进一步认识，研究人员对4个核心lncRNA进行了分析。Rpph1与Gm15477表达量在Rpph1在APPswe/PS1 ∆ E9小鼠中显著升高。其中Rpph1预测到了2个miRNA靶标：miR-326-3p and miR-330-5p（图4）。
图4: Rpph1在APPswe/PS1 ∆ E9小鼠中表达量升高
Rpph1通过结合miR-330-5p间接影响CDC42表达
为了对Rpph1的具体分子机制有进一步研究，研究人员对Rpph1与其下游靶标进行了分子机制研究。研究发现，Rpph1通过结合miR-330-5p间接影响CDC42表达（图5）。
图5: Rpph1分子机制研究。
Rpph1促进海马神经树状脊椎形成
最后，研究人员对Rpph1进行了过表达以及敲除转基因小鼠模型的构建，并且对其进行了表型观察。结果表明，Rpph1促进海马神经树状脊椎形成。
图6: Rpph1促进海马神经树状脊椎形成。
结论
本工作首次构建了阿尔茨海默氏症的APPswe/PS1 ∆ E9小鼠ceRNA调控网络。其中Rpph1/miR-330-5p/CDC42的调控主线可能对AD疾病进程存在重要关系。这些研究进展为我们进一步认识阿尔茨海默氏症有了更好的支撑。
原文出处：
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.
