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强直性肌营养不良症Ⅰ型(myotonicdystrophytypeⅠ,DM1)是一种常染色体显性遗传病,也是成人最为常见的肌营养不良疾病。其致病原因是肌强直性蛋白激酶(DMPK)基因的3’非编码区存在异常扩增的CTG重复序列(>50),进而转录出功能获得性毒性RNA。该毒性RNA一方面招募大量的MBNL1进入细胞核并与之结合形成RNAfoci,另一方面又通过PKC等途径上调Celf1,而这两个关键的蛋白,都参与可变剪切等RNA加工处理过程。DM1及DM1的成肌细胞模型存在诸多缺陷,如成肌过程的受损、RNAfoci的形成和可变剪切的异常模式。
目前临床上还没有治疗DM1的有效方法,但是却存在一些潜在的治疗策略,比如小分子疗法、基于反义寡核苷酸的疗法和针对致病基因的DNA、毒性RNA和其下游信号通路的基因组编辑疗法等等。这些疗法大多围绕Celf1和MBNL1所展开,也有部分的疗法针对毒性RNA,但是内源性miRNA直接作用于毒性RNA中的CUG重复序列并拯救DM1的疗法却极少被报道。这里我们仔细研究了miR-322/-503的种子序列和毒性RNA中的CUG重复序列,发现两者可以完美互补。此外,已有文献报道Celf1是miR-322/-503的靶基因。因此,我们猜测:在DM1中,miR-322/-503可以识别Celf1和CUG重复序列,并通过直接抑制Celf1和毒性RNA的表达来拯救DM1。基于以上几点,我们进行以下实验开展研究。
首先,我们探究了miR-322/-503在野生型C2C12细胞成肌过程中的作用。通过向野生型C2C12细胞转染miR-322/-503的抑制质粒,我们发现C2C12细胞成肌过程受阻,形成的肌管数目、面积和融核比例有显著性的下降;而转染miR-322/-503过表达质粒后,C2C12细胞的成肌过程明显改善,形成的肌管数目、面积和融核比例有了显著性的上调。
然后,我们研究了miR-322/-503在DM1细胞模型中的功能。通过对DM1的成肌细胞模型进行诱导分化,我们发现这一过程中的miR-322/-503的表达受到了异常调节,在其本该升高的时间点却受到严重抑制。同样地,我们在DM1患者的血清样本中也发现了miR-322/-503的表达水平异常下调。随后,我们向DM1成肌细胞模型中的补充了外源性的miR-322/-503,发现原来受损的成肌过程有了明显的改善,RNAfoci的数目有了显著性的下调,同时一些异常的可变剪接模式也被纠正。
最后,我们探究了miR-322/-503拯救DM1缺陷的机制。已有文献表明Celf1是miR-322/-503的靶基因,因此我们在DM1成肌细胞模型中敲低Celf1发现可以部分重现miR-322/-503过表达的结果,但是却无法减少RNAfoci的形成。之后我们研究了miR-322/-503的种子序列,并发现其可以与CUG重复序列完美互补,我们猜测miR-322/-503可能直接作用于CUG重复序列。为了证明这一点,我们开展了表达量分析实验、报告基因实验和共定位实验,这些实验结果表明miR-322/-503可以直接靶向异常扩增的CUG重复序列。与此同时,我们还发现miR-322/-503只特异性的抑制DM1细胞模型中异常扩增的CUG重复序列,对于正常细胞模型中正常扩增的CUG重复序列并无影响。
综上表明,miR-322/-503可以直接作用于Celf1和异常扩增的CUG重复序列并抑制毒性RNA的表达,进而修复DM1的缺陷。这些实验结果对于治疗DM1具有重要的意义,为了进一步探究miR-322/-503的临床价值,接下来我们还将在DM1的动物模型和DM1患者样本中进行更深入的研究。
目前临床上还没有治疗DM1的有效方法,但是却存在一些潜在的治疗策略,比如小分子疗法、基于反义寡核苷酸的疗法和针对致病基因的DNA、毒性RNA和其下游信号通路的基因组编辑疗法等等。这些疗法大多围绕Celf1和MBNL1所展开,也有部分的疗法针对毒性RNA,但是内源性miRNA直接作用于毒性RNA中的CUG重复序列并拯救DM1的疗法却极少被报道。这里我们仔细研究了miR-322/-503的种子序列和毒性RNA中的CUG重复序列,发现两者可以完美互补。此外,已有文献报道Celf1是miR-322/-503的靶基因。因此,我们猜测:在DM1中,miR-322/-503可以识别Celf1和CUG重复序列,并通过直接抑制Celf1和毒性RNA的表达来拯救DM1。基于以上几点,我们进行以下实验开展研究。
首先,我们探究了miR-322/-503在野生型C2C12细胞成肌过程中的作用。通过向野生型C2C12细胞转染miR-322/-503的抑制质粒,我们发现C2C12细胞成肌过程受阻,形成的肌管数目、面积和融核比例有显著性的下降;而转染miR-322/-503过表达质粒后,C2C12细胞的成肌过程明显改善,形成的肌管数目、面积和融核比例有了显著性的上调。
然后,我们研究了miR-322/-503在DM1细胞模型中的功能。通过对DM1的成肌细胞模型进行诱导分化,我们发现这一过程中的miR-322/-503的表达受到了异常调节,在其本该升高的时间点却受到严重抑制。同样地,我们在DM1患者的血清样本中也发现了miR-322/-503的表达水平异常下调。随后,我们向DM1成肌细胞模型中的补充了外源性的miR-322/-503,发现原来受损的成肌过程有了明显的改善,RNAfoci的数目有了显著性的下调,同时一些异常的可变剪接模式也被纠正。
最后,我们探究了miR-322/-503拯救DM1缺陷的机制。已有文献表明Celf1是miR-322/-503的靶基因,因此我们在DM1成肌细胞模型中敲低Celf1发现可以部分重现miR-322/-503过表达的结果,但是却无法减少RNAfoci的形成。之后我们研究了miR-322/-503的种子序列,并发现其可以与CUG重复序列完美互补,我们猜测miR-322/-503可能直接作用于CUG重复序列。为了证明这一点,我们开展了表达量分析实验、报告基因实验和共定位实验,这些实验结果表明miR-322/-503可以直接靶向异常扩增的CUG重复序列。与此同时,我们还发现miR-322/-503只特异性的抑制DM1细胞模型中异常扩增的CUG重复序列,对于正常细胞模型中正常扩增的CUG重复序列并无影响。
综上表明,miR-322/-503可以直接作用于Celf1和异常扩增的CUG重复序列并抑制毒性RNA的表达,进而修复DM1的缺陷。这些实验结果对于治疗DM1具有重要的意义,为了进一步探究miR-322/-503的临床价值,接下来我们还将在DM1的动物模型和DM1患者样本中进行更深入的研究。