RNA 结合蛋白 (RNA-BP) 在发育和疾病中起着调节基因表达的关键作用。然而,在人类原代细胞中全基因组识别它们的靶标一直具有挑战性。在这里,我们应用了一种改进的 CLIP-seq 策略来识别 FMRP 翻译调节因子 1 (FMR1) 的全基因组靶标,这是一种富含大脑的 RNA-BP,其缺乏会导致脆性 X 综合征 (FXS),这是最常见的遗传性智力障碍。我们在人类背侧和腹侧前脑神经祖细胞以及从人类多能干细胞分化而来的兴奋性和抑制性神经元中发现了 FMR1 靶标。同时,我们在 FMR1 基因缺失后测量了相同四种细胞类型的转录组。我们发现 FMR1 优先与人类神经细胞中的长转录本结合。FMR1 靶标包括人类神经细胞独有的基因,并与 FXS 和自闭症的临床表型有关。使用图形扩散和 FMR1 CLIP-seq 和转录靶标的多任务聚类进行综合网络分析,揭示了 FMR1 在人类神经发育过程中调控的关键途径。我们的结果表明,FMR1 调节不同神经细胞类型之间的一组共同靶标,但也以细胞类型特异性的方式针对人类兴奋性和抑制性神经祖细胞和神经元中的不同基因组。通过定义分子子网络和验证特定的高优先级基因,我们确定了 FMR1 调节程序的新组件。我们的研究结果为人类神经发育中关键神经元 RNA-BP 的基因调控提供了新的见解。
缩写:6-OHDA,6-羟基果胺; ASD,自闭症谱系障碍; BTBR,Black和Tan Brachyury; Cacna1c,钙电源门控通道亚基α1c; CB1-KO,大麻素受体1敲除; CB1R,大麻素类型1受体; CNN,卷积神经网络; CNTNAP2,接触蛋白相关的蛋白质样2; CPP,条件的地方偏好; D1和D2样受体,多巴胺1和2喜欢受体; DB,分贝; DRT,多巴胺替代疗法; ECS,内源性大麻素系统; FM,频率调制; FMR1,脆弱的X精神迟缓综合征1; FMRP,脆弱的X智障蛋白; FXS,脆弱的X综合征; hie,低氧缺血性脑病; HS,小时; IGF-2,胰岛素 - 喜欢生长因子2; KHz,Kilohertz; ko,淘汰; L-DOPA,L-3,4-二羟基苯胺; LPS,脂多糖; MCAO,中大脑中动脉阻塞; MIA,母体免疫激活; MLX,Meloxicam; MP,多层感知者; mper1,鼠标周期1; MS,毫秒; mupet,小鼠超声剖面提取; namb,Ambiguus核; NDD,神经发育障碍; NF-κB,核因子kappa b; NLGN,神经素; nts,核科solitarius; P2X4R,嘌呤能P2X受体4; PAG,灰灰色; PD,帕金森氏病; PND,产后日; PTSD,创伤后应激障碍; RF,随机森林; SVM,支持向量机; Ube3a,泛素蛋白连接酶E3A; USV,超声波发声; Waaves,Wav-File自动化的声音环境分析。 wt,野生型。
Ma S*、Skarica M*、Li Q、Xu C、Risgaard RD、Tebbenkamp ATN、Mato-Blanco X、Kovner R、Krsnik Z、De Martin X、Luria V、Marti-Perez X、Liang D、Karger A、Schmidt DK、Gomez-Sanchez Z、Qi C、Gobeske KT、Pochareddy S、Debnath A、Hottman CJ、Spurrier J、Teo L、Boghdadi AG、Homman-Ludiye J、Ely JJ、Daadi EW、Mi D、Daadi M、Marin O、Hof PR、Rasin MR、Bourne J、Sherwood CC、Santpere G、Girgenti MJ、Strittmatter SM、Sousa AMM、Sestan N. 灵长类背外侧前额皮质的分子和细胞进化。科学2022; doi: 10.1126/science.abo7257。 PMID:36007006 Hunt JFV、Li M、Risgaard RD、Ananiev GE、Wildman S、Zhang F、Bugni TS、Zhao X、Bhattacharya A。高通量小分子筛选用于重新激活脆性 X 综合征人类神经细胞中的 FMR1。細胞。 2022; 11(1):6 doi: 10.3390/cells11010069。 PMID:35011630 Men Y、Ye L、Risgaard RD、Promes V、Zhao X、Paukert M、Yang Y。星形胶质细胞 FMRP 缺乏细胞自主上调 miR-128 并破坏发育星形胶质细胞 mGluR5 信号传导。国家科学院院刊2020 年; doi:10.1073/pnas.2014080117。 PMID:32958647 Li M、Shin J、Risgaard RD、Parries M、Wang J、Chasman D、Liu S、Roy S、Bhattacharyya A、Zhao X。识别人类神经发育中 FMR1 调节的分子网络。基因组研究。 2020 年; 30(3): 361-374。 doi:10.1101/gr.251405.119。 PMID: 32179589
该研究主题重点介绍了我们对神经胶质在神经疾病中作用的理解的最新进展,特别关注神经发育障碍。这是神经科学中新兴的领域,因为长期以来认为神经胶质细胞在大脑中具有简单的支撑作用。研究主题由两篇研究文章和两次评论组成,突出了神经胶质细胞在不同的神经发育障碍中的作用。结节性硬化症复合物(TSC)是一种遗传疾病,其特征是TSC1或TSC2基因的功能丧失,导致雷帕霉素(MTOR)途径在分子水平上的机理靶标过度激活。mTOR失调导致皮质发育改变,导致形成称为块茎的局灶性病变,这些局灶性病变与包括癫痫在内的广泛的神经系统表现相关。对星形胶质细胞在这种疾病中的贡献有很少的了解。Luinenburg等人的研究。研究了与TSC患者衍生的诱导的多能干细胞不同的星形胶质细胞与疾病相关的表型,并在二维中培养。TSC星形胶质细胞表现出降低的成熟度,无法通过谷氨酸转运蛋白和受体的表达降低,谷氨酰胺连接酶和衔接蛋白以及吞噬活性的降低,无法清除过量的细胞外谷氨酸。这项研究进一步了解了我们对TSC中星形胶质细胞缺陷的理解,并为TSC治疗提供了新的潜在途径,该途径的重点是星形胶质细胞。这是智力残疾和自闭症的主要原因之一。Talvio和Castrén的综述着重于脆弱X综合征(FXS)的星形胶质细胞功能障碍,这是由于缺乏脆弱的X智力低下蛋白(FMRP)引起的神经发育障碍。与Luinenburg等类似。研究,该评论指出了FXS中星形胶质成熟的动力学改变。它为参与FXS发病机理的其他细胞自主星形胶质细胞表型提供了证据,例如改变,钙信号传导,脂质稳态和炎症活性。此外,FXS星形胶质细胞有效的突触功能,可能参与FXS中神经元发育异常。自闭症谱系障碍(ASD)是一种复杂的神经发育障碍,越来越多的证据表明,神经胶质细胞功能障碍可能有助于其病理生理学。此外,能量代谢对于正常的脑发育至关重要,代谢改变会导致不同的神经发育障碍。Cantando等人的评论。描述了发育中产后脑的星形胶质细胞和小胶质细胞的代谢
脆弱的X综合征(FXS)是一种罕见的遗传疾病,是由位于XQ27.3位点的fMRI基因的第五个未翻译区域引起的,导致胞质 - 瓜氨酸 - 瓜氨酸(CGG)三核苷酸重复的扩展。通常,在正常发展的人群中,CGG段重复在5到40倍之间。相反,通常在FXS中重复200次(即完全突变)。CGG补充的个体在55到200倍之间呈现了预赛(Symons等,2003; Crawford等,2020; Marschik等,2022)。这种疾病影响了2,500名男性中的约1,而女性则为4,000-6,000名(Oliver等,2017)。过多的CGG重复导致FMR1基因被甲基化,从而导致蛋白质FMRP的产生降低。因为FXS是一种X连锁的神经发育障碍,因此在男性中比女性更有可能观察到它的可能性(Adams和Oliver,2011; Alusi等,2022)。它代表了最著名的智障原因(IDS)。大约60%的FXS个体表现出自闭症谱系障碍(ASD)合并症,而注意力过多(ADHD)通常在70%的FXS患者中观察到(Kenny等,2022; Sha Qul。表型的特征是伸长的脸,高座的口感,大耳朵,肌肉发达性肌发育不全,结缔组织发育不良,二尖瓣脱垂和关节过度运动(Cregenzán-Royo等人,202222)。除了认知障碍之外,通常会承认语言延迟。自适应技能受到负面影响,经常观察到社会异常(Van der Lei和Kooy,2022年)。还报道了行为困难,包括眼神交流不良,自我伤害,侵略性以及刻板印象,重复性和普遍行为(Marlborough等人,2021年; Niescier and Lin,2021年)。焦虑也记录在FXS中,超过80%的男性受试者符合一种焦虑症的标准,超过60%的男性受试者符合多种焦虑症的标准(Alusi等,2022; Chen Y. S.等,2022)。在FXS中可检测到的最常见的焦虑症类别是选择性的mutismis和特定和/或社交恐惧症。大约60%的患有FXS的男性受试者表现出与社交焦虑的临床相关特征(Aishworiya等,2022; Chen C. C.等,2022)。