在mono分化至DC的过程中,组蛋白H3K4me3和H3K27ac的增加伴随着染色质的疏松,促进转录因子PU.1的结合,增强了lnc-DC的表达。lnc-DC转录后即转运至细胞质,与STAT3结合,阻止了SHP1对STAT3的去磷酸化,增强了STAT3的信号通路,最终促进了DC细胞的分化。
另一篇文章(A Primate lncRNA Mediates Notch Signaling during Neuronal Development by Sequestering miRNA)阐述了一个lncRNA —— lncND在神经发育过程中通过吸附miR-143-3p进而调节Notch信号通路的作用机制,以及lncND对于放射状胶质细胞甚至大脑皮层膨胀的作用。这些都显示,lncRNA在神经发育过程中发挥着举重轻足的作用。
作者认为一个lncRNA含有越多的miRNA结合序列位置,则越有可能作为miRNA海绵体而发挥作用,于是作者分析出了4个lncRNA基因座,他们含有10个甚至更多的单个miRNA结合位点(图A)。
▲ 然后作者分析了其中的一个转录本lncND。lncND 5’端1-1971碱基序列中包含的与miR-143-3p,miR-4330,miR-1912,miR-4286这4个miRNA结合的位点的个数以及位置(图B)
其后,作者进一步发现在Human Body Map lincRNA catalog 里面把lncND注释到正义链上是不妥的,因为用针对正义链设计的荧光探针在神经前体细胞以及神经母瘤细胞SHSY-5Y细胞里面都没有检测到lncND的信号,而针对反义链设计的荧光探针则可以在这两种细胞里面检测到lncND的信号,所以,lncND应该注释到反义链而非正义链(图C)。
▲ 作者还进一步剖析了lncND序列在不同物种之间同源性的一个比较,同时根据lncND序列做了进化树分析(图DE)。
作者探究了不同分化程度的神经细胞中lncND的表达情况。利用双smad蛋白抑制诱导人类胚胎干细胞H9分化成神经外胚层细胞,在进一步分化成神经元,发现lncND在神经外胚层细胞里面是表达水平较高,而在分化到神经元细胞的时候,lncND表达水平下调了(图A)。但是,当使用BMP4和FGF2将胎干细胞H9诱导分化成中胚层细胞时,lncND的表达水平没有发生明显变化(图B)。这些说明了lncND可能神经发育过程中有特别的作用。
1预测并证实相互作用miRNA
作者预测到lncND含有的许多miRNA结合位点,以及这些miRNA在Notch 3’UTR上面的结合位点个数(图C)。虽然有4个miRNA在lncND上的结合位点都比较多,但是miR-143-3p与lncND结合的热力学稳定性更高,所以lncND通过miR-143-3p发挥作用的可能性是更大(图D)。
▲ 为了证实miR-143-3p与lncND的结合,作者用到了AGO2-IP实验,发现AGO2蛋白的抗体可以很好的富集lncND, 而后荧光素酶活性实验也说明lncND和miR-143-3p直接结合(图EFGH)。而且miR-143-3p与lncND的结合并不会降解lncND(图I)。
2证实lcnRNA对miRNA靶基因的调控
作者接下来开始分析miR-143-3p靶基因。为了证实miR-143-3p能靶向作用于Notch1和2的 3’UTR,作者又用到了荧光素酶活性实验,在过表达miR-143-3p与用LNA抑制miR-143-3p时荧光素酶活性的下调与上调,证实了miR-143-3p能与Notch1和2的 3’UTR结合(图ABC)。
▲ 然后进一步在基因和蛋白水平,证实miR-143-3p对于Notch1和2表达的调节作用(图DEFG)。
▲ 作者接着把Notch1和2的3’UTR和荧光素酶基因融合在一起,用荧光素酶活性实验验证了在lncND过表的时候,荧光素酶活性是增高的,而lncND敲低的时候,荧光素酶活性则是降低的(图AB)。
而且在蛋白水平,lncND敲低的时候Notch1和2表达水平是下降的,而在lncND过表的时候,Notch1和2表达水平则是上升的,这些证实lncND的确可以作为ceRNA调节Notch1和2的表达(图CD)。
有文献报道说,Notch通路受到抑制的时候,可以促进神经祖细胞的分化。那作者就想,既然lncND可以调节Notch的表达,那么lncND在神经发育过程中是不是也扮演了一定的角色?
▲ 作者用转染了miR-143-3p类似物的SHSY-5Y细胞测序结果与转染了lncND-siRNA干扰片段的SHSY-5Y细胞测序数据作比对,发现lncND敲低之后,与Notch通路相关的一些蛋白表达水平降低了。而且两者的差异基因表达趋势很大重叠的部分(图C)。
▲ 而且用这些共同表达下调的基因以分子功能做GO分析,发现可信度最高的也是一些跟细胞周期过程相关的基因(图D)。
作者进一步发现lncND和Notch敲低可以使得神经母瘤细胞SHSY-5Y更多的分化成神经细胞(图EF),因为神经母瘤细胞出现了很多TAU蛋白和MAP2蛋白,这些都是神经元细胞轴突和树突的较为特异的标志物。这些说明,lncND敲低之后,Notch蛋白表达量减少促进了神经细胞的分化。而且,两者的敲低也会导致细胞增殖能力的下降(图G)
作者检测了lncND各类神经细胞里面的表达位置。通过人类诱导性多能干细胞诱导生成大脑类器官,然后在这个组织上取到了61个细胞,进行单细胞RNA测序,发现表达了lncND的几个细胞的表达类型与其他53个细胞的表达类型不同(图A),这说明lncND在大脑类器官中可能表达在一个某个类型细胞中。
▲ 接着作者用原位杂交检测了17月大的人类大脑皮层中lncND的表达。发现在脑室区lncND的信号很强,而外脑室下区信号很相对来说较弱,但是外脑室下区表达了lncND的细胞,同时也是PAX6阳性的放射状胶质细胞。所以lncND主要表达在脑室区以及外脑室下区中的放射状胶质细胞中(图BC)。
最后作者用小鼠体内实验,验证了高表达lncND可以增加神经胶质细胞数量(图ABC)以及用一个简图回顾了一下文章的主要内容(图D)。即神经分化过程中lncND的表达下调,游离miR-143-3p增多,Notch表达下降从而抑制神经前体细胞增殖并促进其分化。