FMRP参与前体mRNA的选择性剪接调控及其在脆性X综合征发病机制中的作用

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【目的】脆性X综合征(FXS)是常见的遗传性智力低下疾病之一,其发病的主要原因是由于FMR1基因5′端非编码区(C GG) n三核苷酸重复序列不稳定扩增及其相邻部位CpG岛异常甲基化使FMR1基因转录失活,导致其编码的产物——脆性X智力低下相关蛋白F M RP表达减少或缺失而引起。该病的临床表现包括发育迟滞,不同程度的智力低下、注意力缺陷、多动症及孤独症样表现等。FMRP在脑组织中表达丰富,它作为一种选择性RNA结合蛋白,能与大量mRN A结合,从转录后水平调控一系列mRN A的翻译过程。过去已证实 FMRP是一种多功能蛋白,从多种途径参与基因的表达调控。本研究通过免疫共沉淀联合质谱分析发现,FMRP与选择性剪接调控因子RBM14有直接相互作用。因此,推测FMRP通过与RBM14相互作用选择性参与调节部分基因的选择性剪接过程。本研究通过选定多个突触可塑性相关基因作为靶基因,采用荧光定量PCR的方法检测FVB小鼠海马组织及小鼠Neuro-2a细胞中各个靶基因剪接异构体的表达量。通过比较各个剪接异构体表达含量的比值,以明确FMRP对各个靶基因中相关盒式外显子的选择性剪接调控作用。以期探索FM RP参与的选择性剪接调控机制及其在 FXS病理生理过程中的可能作用,为进一步阐明FXS发病机制提供新的理论依据。  【方法】  1、利用FVB小鼠海马组织进行蛋白免疫共沉淀实验,联合质谱分析,检测小鼠体内FMRP相互作用蛋白的情况;  2、提取不同发育时期FVB小鼠海马组织总蛋白、总RNA,采用Western blot检测Fmr1 WT鼠及KO鼠海马组织中RBM14的表达情况,采用qRT-PCR检测Fmr1 WT鼠及KO鼠海马组织中各个靶基因剪接异构体的表达量;  3、利用FMRP干扰、过表达质粒及RBM14干扰表达质粒(以及相应对照质粒)转染Neuro-2a细胞,转染48小时之后提取细胞总RNA,采用qRT-PCR检测Neuro-2a细胞中各个靶基因剪接异构体的表达量;  4、构建Protrudin-L(包含ExL)、Protrudin-S(Ex L缺失)、Tau-L(包含Ex10)、Tau-S(Ex10缺失)绿色荧光表达质粒(以及相应对照质粒),转染Neuro-2a细胞后,经反式-维甲酸诱导分化后,在荧光显微镜下观察细胞突起生长的情况。  【结果】  1、采用FVB小鼠海马组织进行CO-IP实验,联合质谱分析发现,FMRP可结合RBM14,并通过Western blot得到验证;  2、在三个发育时期(E18、P7、P60),Fmr1 WT鼠与KO鼠海马组织中RBM14的表达无明显差异;在 E18、P60时期, Fmr1 KO鼠海马组织中Protrudin-S/Protrudin-L比值上升,Tau-S/Tau-L比值下降,差异均具有统计学意义,在P7时期则均无明显差异;NCAM-S/NCAM-L比值在三个时期均无统计学差异;  3、Neuro-2a细胞干扰表达FMRP或 RBM14后,Protrudin-S/Protrudin-L比值上升,Tau-S/Tau-L比值下降,差异均具有统计学意义;NCAM-S/NCAM-L比值变化均无统计学差异;  4、Neuro-2a细胞过表达 FMRP后,Protrudin-S/Protrudin-L比值下降, Tau-S/Tau-L比值上升,差异均具有统计学意义;NCAM-S/NCAM-L比值变化无统计学差异;Neuro-2a细胞过表达 FMRP,同时干扰表达 RBM14后, Protrudin-S/Protrudin-L、Tau-S/Tau-L和NCAM-S/NCAM-L比值变化均无统计学差异;  5、Protrudin-L、Protrudin-S、Tau-L、Tau-S绿色荧光表达质粒转染Neuro-2a细胞经诱导分化后,Protrudin-L和Tau-S转染组细胞突起显著延长,差异均具有统计学意义。  【结论】本研究首次证实 FMRP通过与选择性剪接相关蛋白 RBM14结合,参与pre-mRNA选择性剪接过程,而且FMRP表达改变所导致的部分基因选择性剪接异常可影响细胞突起生长。据此,本研究结果揭示 FMRP的一种新功能:即通过参与选择性剪接调控过程来调节相关基因表达,该功能很可能与脑发育及FXS发病过程密切相关。
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