CircRNA_100290通过miR-145/ETS1通路调控颞叶癫痫有氧糖酵解的分子机制研究

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目的:癫痫是神经系统常见的慢性疾病,以发作期神经元高度同步化的异常放电为特征。在癫痫发作期间,大量神经元兴奋能量消耗显著增加,此时糖酵解途径作为重要的细胞能量供应旁路可为脑组织快速供能。有研究表明有氧糖酵解水平在癫痫发作期间显著升高,这与肿瘤组织中的Warburg效应十分类似。CircRNA作为一种非编码RNA在表观遗传学水平调节多种生理过程,其中最为常见的途径是通过充当竞争性内源性RNA(ce RNA)结合miRNA,降低miRNA的水平,解除miRNA对下游靶基因的抑制作用。研究表明circRNA在多种疾病中通过circRNA-miRNA-m RNA网络发挥调节作用,但在癫痫的发病机制中较少研究。CircRNA_100290是由SLC30A7亲本基因转录并反向剪接形成的circRNA,有研究报导circRNA_100290可影响口腔癌的有氧糖酵解水平。MiR-145在颞叶癫痫患者及动物模型中均有表达水平的显著改变。通过生物信息学网站预测发现circRNA_100290与miR-145之间存在结合位点。ETS1是一种在多种癌症中被广泛报导的促癌性的转录激活因子。生物信息学网站分析预测发现ETS1 3’非翻译区(3’UTR)上存在miR-145的结合位点。基于以上理论基础及分析结果,本研究检测了circRNA_100290、miR-145、ETS1在人颞叶癫痫组织及正常脑组织中的表达情况,并通过体外实验验证三者之间的结合及调节关系,以及circRNA_100290对细胞有氧糖酵解水平的调节及其作用机制。通过体内实验研究内源性过表达circRNA_100290对海人酸杏仁核点燃大鼠癫痫模型发作情况及发作期脑电图的影响。探索颞叶癫痫发生发展的分子机制。方法:1.收集颞叶癫痫手术患者术中切除的颞叶组织及正常脑组织标本,通过RT-q PCR检测两组脑组织中circRNA_100290、miR-145和ETS1m RNA的表达水平,通过免疫蛋白印迹(Western Blot,WB)及免疫荧光检测ETS1蛋白的表达水平,并通过琼脂糖凝胶电泳验证circRNA_100290的环状结构。2.培养人星形胶质细胞系HA(HA1800细胞),通过荧光原位杂交(FISH)确定circRNA_100290在细胞中的定位;根据生物信息学网站预测的结果,通过双荧光素酶报告基因系统检测circRNA_100290与miR-145、miR-145与ETS1之间的相互作用及结合位点。3.通过慢病毒转染HA细胞,构建circRNA_100290沉默及过表达细胞系,RT-q PCR及WB检测miR-145及ETS1表达水平的变化,seahorse能量代谢仪及葡萄糖消耗测定实验及乳酸产生测定实验检测对细胞有氧糖酵解水平的影响;通过miR-145类似物(mimics)及抑制剂(inhibitor)转染细胞构建miR-145沉默及过表达细胞系,RT-q PCR及WB检测ETS1表达水平的变化;通过向circRNA_100290过表达稳转细胞系中转染miR-145 mimics进行回复实验,WB检测靶蛋白ETS1表达水平观察能否逆转circRNA_100290过表达对ETS1的影响,seahorse能量代谢仪及葡萄糖消耗测定实验及乳酸产生测定实验检测能否逆转circRNA_100290过表达对有氧糖酵解的影响。4.立体定向仪杏仁核颅内注射海人酸(KA)构建海人酸杏仁核点燃大鼠癫痫模型,通过RT-q PCR及WB检测癫痫大鼠与正常大鼠海马组织中circRNA_100290、miR-145、ETS1的表达水平。5.构建过表达circRNA_100290的腺病毒载体,立体定向仪颅内注射病毒转染大鼠海马,构建海马局部过表达circRNA_100290的大鼠模型,与转染空载对照组的大鼠同时杏仁核注射KA再构建癫痫模型,记录KA造模后的癫痫发作级别及潜伏期,并记录脑电图,通过RT-q PCR.WB及免疫荧光检测各组大鼠海马组织circRNA_100290、miR-145及ETS1的表达水平。结果:在人颞叶癫痫组织中,circRNA_100290和ETS1的表达水平显著低于在正常对照组脑组织中的表达,而miR-145在颞叶癫痫组织中的表达显著上调。circRNA_100290可以直接结合miR-145,且二者在颞叶癫痫组织中的表达水平呈负相关,提示circRNA_100290可能对miR-145负向发挥调控作用。此外,ETS1m RNA 3’UTR区也可与miR-145结合,且二者在颞叶癫痫组织中的表达水平同样呈负相关,提示miR-145可能通过与ETS1m RNA 3’UTR区结合抑制ETS1的表达。在HA细胞中,miR-145能够通过与ETS1m RNA 3’UTR区结合,负性调控ETS1的表达。circRNA_100290能够与miR-145结合,通过ce RNA机制发挥“分子海绵”的作用,吸附miR-145,负性调控miR-145的水平从而影响ETS1的表达。过表达circRNA_100290能够抑制HA细胞的有氧糖酵解,反之沉默circRNA_100290能够增强有氧糖酵解水平。过表达miR-145能够逆转circRNA_100290表达增加导致的有氧糖酵解水平下调以及ETS1表达水平的上调,证明circRNA_100290是通过miR-145/ETS1通路对有氧糖酵解过程进行调节的。在KA杏仁核点燃大鼠癫痫模型的海马组织中,circRNA_100290和ETS1的表达水平显著低于在对照组正常大鼠海马组织中的表达,而miR-145在癫痫造模组的海马组织中表达水平升高。这与第一部分人颞叶癫痫组织中它们的变化趋势是一致的。在大鼠海马中局部过表达circRNA_100290,能够通过miR-145/ETS1通路一定程度上缓解癫痫发作,这种作用可能是通过抑制有氧糖酵解实现的。结论:1.颞叶癫痫患者脑组织中circRNA_100290和ETS1表达水平下调,miR-145表达水平上调,且circRNA_100290与miR-145、miR-145与ETS1的表达水平之间呈负相关。2.circRNA_100290与miR-145、miR-145与ETS1之间存在靶向直接结合的关系。3.星形胶质细胞HA中过表达circRNA_100290能够抑制细胞的有氧糖酵解,而沉默circRNA_100290能够增强其有氧糖酵解。4.circRNA_100290通过ce RNA机制结合miR-145,解除miR-145对ETS1表达的抑制作用,抑制细胞的有氧糖酵解。5.海人酸杏仁核点燃大鼠癫痫模型中,circRNA_100290和ETS1表达水平下调,miR-145表达水平上调。6.海人酸杏仁核点燃大鼠癫痫模型中海马局部过表达circRNA_100290能够通过调节miR-145/ETS1通路减轻大鼠的癫痫发作。
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