LncRNA NR030777调控Zfp326和Cpne5表达在百草枯致神经退行性损害中的保护作用

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目的帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是一种多发于中老年人的中枢神经系统退行性疾病,其主要病因目前尚未完全阐明,普遍认为其发病归因于环境及遗传因素共同作用。百草枯(Paraquat,PQ)作为一种广泛应用于农业生产的除草剂,有可能是导致散发性PD的环境因素之一。长链非编码RNA(lncRNA)通常指长度大于200个核苷酸的非编码RNA转录本,PQ会引起小鼠中脑黑质lncRNA表达谱改变,在众多表达异常的lncRNA中,我们通过一系列技术手段,确定NR030777这一特定lncRNA为研究重点。本研究从体外与体内层面,通过基因敲低及过表达技术探究NR030777在PQ致小鼠神经退行性损害中的作用,以期其能成为PQ致PD新的防治靶点。方法体外细胞方面:(1)PQ处理N2a细胞、MN9D细胞以及小鼠大脑皮层原代神经元,qRT-PCR检测NR030777、zfp326及cpne5 mRNA表达(n=3);(2)PQ处理N2a细胞,Western blot检测ZFP326及CPNE5蛋白表达(n=3);(3)以siRNA转染及慢病毒侵染技术构建NR030777敲低(N2a-KD)及过表达(N2a-OE)N2a细胞株;(4)以PQ处理N2a-KD及N2a-OE细胞,qRT-PCR检测NR030777、zfp326及cpne5 mRNA表达(n=3);(5)以PQ处理N2a-KD及N2a-OE细胞,Western blot检测ZFP326及CPNE5蛋白表达(n=3);(6)以放线菌素D(ActD)处理N2a-KD和N2a-OE细胞,qRT-PCR检测不同时间点NR030777及zfp326 mRNA含量,分析mRNA稳定性变化(n=3);(7)以PQ处理N2a-KD及N2a-OE细胞,CCK-8实验检测细胞增殖活力(n=6);(8)以PQ处理N2a-KD及N2a-OE细胞,流式细胞术检测细胞周期及凋亡(n=3);(9)以ROS清除剂NAC处理N2a细胞,继之以PQ处理,qRT-PCR检测NR030777表达(n=3);(10)以H2O2处理N2a细胞,qRT-PCR检测NR030777表达(n=3)。体内动物方面:(1)以CRISPR/Cas9及Cre杂交技术构建神经系统特异性NR030777过表达C57BL/6小鼠及其阴性对照小鼠(上海南方模式生物科技股份有限公司);(2)以前期成功构建小鼠PD模型的PQ及MPTP的剂量染毒小鼠,即10 mg/kg PQ(腹腔注射每隔两天一次,共10次)及30 mg/kg MPTP(皮下注射连续5天),对照组注射等量生理盐水,染毒过程实时监测体重,染毒结束三天后进行后续实验;(3)染毒结束后进行爬杆实验、悬挂实验及旷场实验等行为学实验以检测小鼠运动机能(n=5);(4)行为学实验后随机选取部分小鼠,心脏灌注取全脑制作石蜡切片;其他部分小鼠处死解剖分离中脑黑质、海马、大脑皮层组织以及心脏、肝脏和肾脏等重要脏器;(5)HE染色检测中脑黑质神经细胞形态学变化(n=3);(6)Hoechst染色检测中脑黑质神经细胞凋亡变化(n=3);(7)qRT-PCR检测中脑黑质、海马及皮层NR030777、zfp326及cpne5 mRNA表达(n=3);(8)Western blot检测中脑黑质、海马及皮层ZFP326及CPNE5蛋白表达(n=3);(9)qRT-PCR检测心脏、肝脏及肾脏NR030777、zfp326及cpne5 mRNA表达(n=3)。结果体外细胞方面:(1)PQ会引起N2a细胞、MN9D细胞及小鼠大脑皮层原代神经元NR030777、zfp326、cpne5 mRNA表达呈规律性改变;(2)PQ会引起N2a细胞ZFP326及CPNE5蛋白表达规律性改变;(3)siRNA转染和慢病毒侵染使NR030777表达降低及升高,NR030777敲低及过表达N2a细胞构建成功;(4)敲低及过表达NR030777在PQ致N2a细胞损害中调控Zfp326及Cpne5 mRNA及蛋白的表达;(5)敲低及过表达NR030777可调控zfp326 mRNA稳定性;(6)敲低及过表达NR030777在PQ致N2a细胞损害中调控细胞增殖活力、细胞周期及细胞凋亡;(7)NAC可引起PQ致N2a细胞损害中NR030777表达降低;(8)H2O2处理引起NR030777表达升高。体内动物方面:(1)神经系统过表达NR030777会引起小鼠体重增长缓慢,但不影响各重要脏器系数;(2)神经系统过表达NR030777可缓解PQ或MPTP引起的运动机能损害;(3)神经系统过表达NR030777可减少PQ或MPTP对中脑黑质神经细胞的损害,减轻神经细胞形态破坏及细胞核固缩并减少神经细胞凋亡;(4)神经系统过表达NR0307777调控中脑黑质Zfp326及Cpne5 mRNA及蛋白的表达;结论(1)LncRNA NR030777可调控其同源基因Zfp326及其潜在下游靶基因Cpne5的表达,改变其mRNA及蛋白的表达水平并影响mRNA稳定性。(2)PQ可引起lncRNA NR030777、Zfp326及Cpne5表达改变,NR030777于此过程中在转录水平、转录后水平及翻译水平调控其同源基因Zfp326及其潜在下游靶基因Cpne5的表达。(3)LncRNA NR030777在调控神经元细胞增殖活力、细胞周期进程及细胞凋亡程序中有重要作用,表现为促进细胞增殖活力及细胞周期进程并抑制细胞凋亡。(4)ROS可诱导NR030777表达升高;PQ损害神经元细胞过程中经ROS诱导NR030777表达,表达升高的NR030777在PQ致神经细胞损害中促进细胞增殖活力增高,推进细胞周期进程并抑制细胞凋亡。(5)小鼠神经系统过表达NR030777会缓解PQ或MPTP对小鼠运动机能的损害,并在调控中脑黑质Zfp326及Cpne5表达的同时,减轻PQ或MPTP对中脑黑质神经细胞形态的破坏并抑制凋亡的发生。综上所述,NR030777在受到PQ所产生的ROS刺激后表达升高,并启动对其同源基因Zfp326及潜在下游靶基因Cpne5的表达调控,改善神经细胞形态、促进细胞增殖活力、推进细胞周期进程并抑制细胞凋亡,缓解PQ对机体运动机能的损害,发挥抵抗PQ神经毒性的保护作用。
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