miR-370在小鼠发育中的表达机制及其对发育的影响

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microRNA(miRNA)是高度保守的小分子非编码RNA,通过对靶向基因的负调控作用参与细胞增殖、分化、凋亡、代谢及信号转导,肿瘤细胞的转化、胚胎发育等生命过程。miR-370是一个高度保守的父本印记基因,位于小鼠12号染色体远端Dlk1-Dio3印记区内长非编码RNA Rian的第3内含子中,同源定位于人14号染色体DLK1-DIO3印记域。研究显示Dlk1-Dio3印记区间不仅与干细胞多能性关系密切,而且与人类和小鼠的多种遗传缺陷,发育迟缓、代谢紊乱等有关。miR-370作为该基因簇中印记miRNA的一员,在小鼠胚胎发育过程中的表达模式及其对胚胎发育的影响和功能并不清楚,因此本论文以miR-370为研究对象,利用实时定量PCR和原位杂交的技术确认其在正常小鼠胚期发育过程中的表达模式;通过生物信息学分析和荧光素酶报告实验筛选和鉴定其靶基因;并通过构建过表达小鼠模型,验证活体中miR-370对靶基因的负调控作用,探索转基因小鼠的表型异常与miR-370富集的潜在关系,初步阐述miR-370的潜在功能。首先,在不同细胞中的定量分析结果显示,在鼠源的14株细胞系中,miR-370在AtT20、MLTC-1及F93株肿瘤细胞中表达较高,而在正常永生细胞株—TM3、MS5和NIH3T3中表达相对较低。在人的18株细胞系中,miR-370在两株K562和PANC-1癌细胞系和正常膀胱细胞系(SV-HUC-1)的表达水平较高,而在其他的细胞系中表达相对较低。在小鼠睾丸间质瘤细胞MLTC-1和小鼠睾丸间质细胞TM3中,miR-370是差异表达的,通过对这两种细胞Gtl2-DMR区DNA甲基化分析及5-Aza-CdR处理TM3的细胞实验显示miR-370的表达水平受DNA甲基化调控,但其表达量与细胞的增殖能力没有直接的联系。通过生物信息学预测筛选了小鼠3个候选靶基因(Dnmt3a,Dnmt3b,Itgb8)和人的3个候选靶基因(STAT3,ASB15和SLC4A4),利用荧光素酶报告实验和Western blot证实,Dnmt3a为miR-370的一个靶基因。其次,为了进一步明确miR-370的时空表达模式与胚胎发育的关系,本课题选取着床前小鼠胚胎进行实时定量RT-PCR分析,结果显示在囊胚期之前几乎检测不到miR-370成熟体的表达,而在着床时miR-370的表达发生了显著的激活。miR-370的激活表达在E9.5达到峰值,并在胚胎中后期维持较高的表达水平,并随着中后期发育的进程稍显降低。全胚胎原位杂交的结果显示,miR-370在小鼠E9.5-E11.5胚胎的脑组织和神经管中有集中的高表达,暗示可能参与并调控这一时期中枢神经系统的发育。而E15.5天小鼠胚胎切片原位杂交和不同组织间的实时定量RT-PCR分析显示miR-370是一个具有组织特异性表达的基因,即miR-370在胚期的表达水平远高于成体组织,且在胚期主要集中于部分脑组织、肾上腺、背根神经节、舌、嗅觉外皮层及多数骨质原基表达,而在肝、肺、心脏、肾脏等实质性脏器中表达水平较低。为了进一步研究miR-370在小鼠胚胎发育中的功能,利用原核注射技术构建了miR-370过表达的转基因小鼠模型。通过对后代的表型分析发现miR-370转基因雄鼠在出生前后体重均有10%左右的增加,而雌性小鼠和胎盘重量变化并不显著。在转基因鼠的繁育过程中发现miR-370转基因小鼠每胎产子数较野生型低2.56个,异常死亡个体增多,并偶发畸胎瘤,且转基因小鼠每胎雌鼠与雄鼠数量的比值下降至0.51。通过对转基因小鼠定量RT-PCR检测,miR-370在胚期的表达水平基本正常,个别个体表达高于正常水平的2倍左右。而miR-370在成体转基因鼠的表达则主要富集在舌和精巢组织,均达到4倍左右。故本研究以精巢组织作为主要的研究对象,并利用qRT-PCR验证了miR-370对Dnmt3a在转录水平上的靶向性,同时miR-370和Dnmt3a共定位的实验证明miR-370富集与其靶基因Dnmt3a蛋白存在相似的细胞类型定位,并且表达水平上两者存在一定程度的负相关。然而在E18.5天与6周龄成鼠两个时间节点上,未能观测到转基因小鼠的精巢和对照组在IG-DMR区的甲基化水平存在明显的差异。同时发现过表达miR-370转基因小鼠,其精巢组织发生了明显的表型改变,其中心区域曲细精管排列松散,曲细精管异常萎缩,睾丸间充质细胞数目显著减少,伴随精子密度偏低,精子质量各项指标出现显著异常。综上所述,miR-370是一个在小鼠胚胎发育过程中时空特异性表达的miRNA,在细胞水平和体内miR-370均可以靶向甲基转移酶Dnmt3a,并对其产生负调控作用;并且miR-370成熟体的富集对雄鼠生殖器官产生显著的影响。这些结果为进一步揭示miR-370在小鼠胚胎发育中的功能奠定了基础,并为进一步阐述哺乳动物非编码RNA的调控和功能提供了理论依据。
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