基因水平的研究發(fā)現(xiàn)miR-137與多種神經(jīng)精神疾病存在相關性。同時，miR-137在正常的神經(jīng)發(fā)生與神經(jīng)發(fā)育過程中也具有重要作用。但是，miR-137的體內(nèi)功能與作用機制仍然不清楚。為了揭示miR-137的功能，該研究構建了miR-137 KO動物，并對KO動物的突觸可塑性、學習能力等多種神經(jīng)功能的損傷進行了評價。借助于轉(zhuǎn)錄組+蛋白組聯(lián)合分析，研究者進一步鑒定出phosphodiesterase 10a(Pde10a)是miR-137的重要調(diào)控靶點。

文獻小筆記

Partial loss of psychiatric risk gene Mir137 in mice causes repetitive behavior and impairs sociability and learning via increased Pde10a

Nature Neuroscience  IF=19.912

原文鏈接：https://www.onacademic.com/detail/journal_1000040907544310_8357.html

研究材料與方法

Mir137-knockout mice

（1）評價miR-137KO后神經(jīng)功能受到的影響：

● 突觸可塑性：免疫組化，spinedensities，dendritic length，等

● 學習記憶能力：Morriswater maze test，Barnes maze test，long-termpotentiation (LTP)，等

● 重復行為與社交能力：marbleburyingtest，social interaction test，thethree-chamber test，等

（2）蛋白組分析：

● 技術：TMT定量

● 樣本：皮層組織

● 組別與重復：Mir137+/+,Mir137+/–, and Mir137–/–，每組兩個生物學重復（來自于兩窩）

（3）轉(zhuǎn)錄組分析：

樣本同蛋白質(zhì)組

（4）轉(zhuǎn)錄組+蛋白組聯(lián)合分析尋找miR-137直接調(diào)控靶點：

Sylamer算法比對UTR匹配富集結果與蛋白差異表達的相關性，以及進一步比對mRNA差異表達水平

（5）驗證miR-137直接靶點：

luciferase reporter assay，UTR突變

研究內(nèi)容與結果

1．突觸蛋白免疫組化、樹突長度等分析，揭示miR-137 KO可導致神經(jīng)可塑性受損。

Fig. 2 |Loss of miR-137 in the nervous system leads to synaptic overgrowth and impaireddendritic growth in vivo

2．多種行為測試揭示miR-137 KO可導致學習記憶功能失調(diào)。

Fig. 3 | Partial loss of miR-137 leads to the learningand memory deficits.

3．多種行為測試揭示miR-137 KO可導致社交能力改變。

Fig. 4 | Partial loss of miR-137 causes impaired socialbehaviors in mice

4．轉(zhuǎn)錄組、蛋白組揭示miR-137調(diào)控底物。

蛋白組結果發(fā)現(xiàn)：Mir137–/–組versus Mir137+/+組, Mir137+/–組versus Mir137+/+組, and Mir137–/–組versus Mir137+/–組，分別篩選到417、94和76個差異表達蛋白。這些蛋白與DNA replication, nervous system development, and chromatinremodeling，peptidase activity regulation, acute-phaseresponse, and regulation of neurotransmitter secretion等生物過程有關。其中有41個上調(diào)蛋白和9個下調(diào)蛋白，被預測為miR-137的底物。通過與RNAseq結果的進一步比對，41個上調(diào)蛋白中有37個蛋白對應的基因，在mRNA表達水平?jīng)]有顯著表達差異，表明上述基因可能是miR-137通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)控模式所直接調(diào)控得底物。

Fig. 5 | Systematic identification of in vivo mRNA targetsof miR-137 by integrating proteomic, transcriptomic, and bioinformaticanalyses.

5．確證Pde10a基因是miR-137的直接調(diào)控底物

在上述37個基因中，作者挑選了5個表達上調(diào)最顯著的蛋白對應的基因，以及5個神經(jīng)功能相關基因。采用luciferase reporter assay +UTR突變的方法，證實Pde10a基因是miR-137的直接調(diào)控底物

Fig. 6 | Pde10a is akey mRNA target of miR-137.

6．后續(xù)研究

抑制Pde10a的表達能夠減緩miR-137 KO引起的神經(jīng)功能失調(diào)。Pde10a KO可逆轉(zhuǎn)了miR-137 KO引起的神經(jīng)功能失調(diào)。

總結與擴展

該文章思路清晰：圍繞前期基因研究中發(fā)現(xiàn)的可能具有重要作用的miRNA展開�；�于KO動物模型，首先評價了miRNA的生物功能。然后利用多組學的數(shù)據(jù)，篩選可能的miRNA底物，再利用經(jīng)典方法進行直接底物驗證；最后再評價底物被干預后的表型變化。從而實現(xiàn)對目標miRNA功能和作用機制的解析。

其中miRNA底物篩選的方法，值得借鑒。因為，常規(guī)通過序列比對預測出的底物，還是存在很多的不準確性。而蛋白質(zhì)組的分析可以明確告訴我們，到底哪些蛋白產(chǎn)物確實發(fā)生了相應的表達變化，蛋白產(chǎn)物的表達水平是miRNA底物判定的最重要依據(jù)。同時，如果差異表達蛋白所對應的mRNA并沒有相應改變，則可進一步確定該基因的調(diào)控方式并不是因為基因轉(zhuǎn)錄水平的變化，而是miRNA參與的轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控（另外還有一種途徑是miRNA的結合，引起了mRNA的降解）。所以，在底物預測的基礎上，蛋白組+轉(zhuǎn)錄組可以更加準確、有效地篩選miRNA的底物，并提供更全面、更系統(tǒng)的信息。