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神经细胞生长与分化的调控机制是非常复杂的,其中也可能包括许多 microRNA (miRNA)的参与。miRNA是一类新近发现的非编码RNA,通常长度约为19~25nt,能够通过与靶mRNA特异性碱基配对引起靶mRNA的降解或者翻译的抑制,从而对基因进行转录后的表达调控。本文主要利用反向遗传学的方法筛选果蝇中与轴突导向相关因子Trio相互作用的miRNAs,希望以靶基因Trio为切入点,了解miRNA对靶基因的调控机制,探讨miRNA在轴突导向等神经发育过程中的生物学功能。
生物信息学预测果蝇中有多种可能与靶基因Trio相互作用miRNA,其中miR-184有三个可能与Trio结合的位点,相对与其作用可能性较大。分析发现miR-184在果蝇、小鼠、人中高度保守,在果蝇D.melanogaster胚胎、幼虫、成虫中表达水平逐渐升高。凝胶电泳迁移率分析 (EMSA)显示miR-184与Trio 3`UTR能在体外特异性地结合,但果蝇S2细胞内分析的结果显示,两者没有明显的相互作用。
miRNA对靶基因的调控既是一对多的关系,又是多对一的关系。除了miR-184外,miR-310123基因簇、miR-317、miR-282等许多miRNAs都可能作用于Trio。为了分析这些miRNAs与Trio的相互作用,我们构建了果蝇S2细胞内过表达这些miRNAs、及Trio 3`UTR和报告基因荧光素酶融合表达的重组质粒,通过这几种miRNAs的过表达对荧光素酶活性的影响分析两者的相互作用。结果显示,miR-310123基因簇、miR-92a、miR-92b能够下调与Trio 3`UTR融合表达的荧光素酶的活性。另外,我们还诱导表达了Trio蛋白,制备了抗Trio的多克隆抗体,通过这几种miRNAs的过表达对S2细胞内源性Trio蛋自表达的影响进一步确定两者的相互作用。Western blot结果与报道基因分析的结果基本一致,miR-310123基因簇、miR-92a、miR-92b的过表达均能下调内源性Trio蛋白的表达水平。
果蝇胚胎整体原位杂交的结果显示,miR-92a、miR-92b与Trio3`UTR都在中枢神经系统表达,体内存在共定位并相互作用的可能,因没有检测到miR-310123基因簇的表达条带,所以选择miR-92a、miR-92b进行进一步的分析。我们把Trio 3`UTR中可能与miR-92a、miR-92b作用位点突变后分析结果显示,能够分别减少这两利miRNA对报告基因荧光素酶活性的影响。RT-PCR分析结果显示,miR-92a、miR-92b不影响Trio的mRNA水平。即和大多数动物中miRNA作用于靶基因的作用方式一样,在果蝇S2细胞内miR-92a、miR-92b通过作用于Trio 3`UTR的预测位点,在转录后水平调控Trio的表达。
最后,本文还巧妙利用GAL4能够结合并激活UAS控制下基因转录的特点,设计了一种细胞水平分析miRNA与靶基因相互作用的研究方法。这种方法能够克服传统方法中因miRNA对靶基因微调而造成的不敏感,以及因共转效率低而造成的误差。与传统方法比较的结果显示,UAS-GAL4系统分析时更够更直观的反应两者的相互作用。这种方法甚至在细胞水平研究其它基因与基因、蛋白与蛋白相互作用中都可能具有独特的优势。