Sigma1R对大鼠脊髓运动神经元的功能影响及肝细胞癌中SNHG1基因调控网络的研究

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肌萎缩性脊髓侧索硬化症(Amyotrophiclateral sclerosis,ALS),是一种影响脊髓和大脑运动神经元(Motorneuron,MN)的神经退行性疾病。其特征是在疾病过程中患者上(UMN)、下(LMN)运动神经元发生退行性变性,可导致多个脑区(包括大脑皮层运动区、脑干和脊髓部分)中的运动神经元丧失功能,进而影响肌力、呼吸、吞咽等功能,最终致使患者瘫痪以及死亡。ALS引起的神经元功能障碍导致的突触传递异常,神经元兴奋-抑制平衡失衡对于神经元影响深远,因此,了解在ALS病程中脊髓运动神经元是如何受到影响,能否通过其他途径来弥补以改变疾病的病程,能为推进疾病治疗方法的进步提供思路。Sigma1R是一种较小的(仅28 KDa)、高度保守的跨膜蛋白,位于运动神经元突触后C-终末的下池(Subsurfacecisternae),通常特异性地在线粒体相关膜(MAM)区域的内质网膜上富集。在动物体内,Sigma1R选择性高表达于神经系统,尤其是脊髓的运动神经元中。研究显示Sigma1R的缺失突变可导致一种被称为ALS16的神经退行性疾病或者其它类似的运动神经元缺陷。此外,即使在非Sigma1R突变的病例中,Sigma1R也被发现参与ALS的发病。我们认为,Sigma1R在神经系统中可能参与介导神经发生等一系列过程的调节,并广泛参与疾病病程中的各种细胞过程。我们的前期实验已经验证Sigma1R敲除的大鼠表现出神经损伤相关的表型,随后我们分离大鼠背部的脊髓,采用RNA-seq技术进行对照组(野生型组)和基因敲除组(Sigma1RKnockout组)的转录组学研究。最终得到在Sigma1R-/-中上调的基因为551个,下调的基因为674个。通过Sigma1R敲除后上调基因的KEGG功能富集分析我们发现HVP感染过程和PI3K-Akt信号通路相关基因功能的富集。通过Sigma1敲除后分析下调基因的KEGG功能富集发现钙信号通路和γ-氨基丁酸等相关功能的富集。通过Sigma1R敲除后上调基因的GO功能富集分析我们发现,神经元鞘和轴突鞘相关功能的富集。通过Sigma1R敲除后下调基因的GO功能富集分析可以检测到大量神经递质和突触相关功能的富集。在对Sigma1R敲除对大鼠脊髓运动神经元的影响进行研究的过程中,我们以脊髓腹角运动神经元的数量作为体现相应的脊髓目标脑区的功能受损程度的重要指标。尼氏染色结果显示,在敲除Sigma1R基因后,大鼠脊髓运动神经元在六月龄时就已经存在数量减少,细胞体积萎缩的现象,该现象会随着年龄的增加而愈趋严重,在一年龄时神经元的数量显著降低,神经元的胞体体积也显著降低,提示敲除Sigma1R基因后,大鼠脊髓运动神经元会发生进行性的退行,这种现象可能是Sigma1R基因参与神经退行性疾病的病理生理过程的重要证据之一。通过对突触囊泡糖蛋白(SV2B)的标记显示,在敲除Sigma1R基因后,大鼠脊髓运动神经元胞体上的兴奋性突触连接数量显著减少,其原因可能与神经元的数量整体减少有关;同时神经元的突触发生和损伤修复功能的弱化也有可能导致神经元突触末梢的发育和维持发生障碍,从而无法将兴奋性突触的数量维持在原本的水平。随后我们使用透射电镜方法对脊髓运动神经元突触的超微结构进行了观察,结果显示,在敲除Sigma1R基因后,大鼠脊髓运动神经元突触中突触前活性带的长度没有显著变化,突触间隙变宽,突触后致密区显著增厚,提示Sigma1R敲除对神经元突触前释放递质的能力影响不大,但会使突触可塑性降低。电生理技术是研究神经元生理学活动的直接手段。通过对急性分离脊髓脑片进行膜片钳记录,我们得出以下结论,Sigma1R敲除大鼠和野生型大鼠相比:(1)脊髓腹角运动神经元的兴奋性明显增高,静息膜电位明显降低,膜电阻无显著变化,被给予电流刺激之后所产生的动作电位的最大幅度明显增高。(2)动作电位的幅度略小,峰型更宽,复极化所需要的时间更长,并且后超极化电位更小,指示钾离子流出过程的减慢。(3)激发动作电位的频率普遍更高,指示Sigma1R敲除能使神经元更易兴奋,且兴奋水平更高。(4)PSC频率显著更高,说明在正常生理条件下其囊泡释放的数量更多,提示更频繁的突触前活动;而PSC的幅度在两者间没有显著差异,说明两者在正常生理条件下突触后受体水平方面差别不大。(5)mEPSC频率略高于野生型,说明在没有动作电位的作用下其囊泡释放的数量更多,提示更频繁的突触前活动;mEPSC幅度显著升高,说明缺失Sigma1R基因的神经元的兴奋性突触后受体水平和反应能力的升高;电流峰面积更大,说明突触后对信号接受能力更强。在上述研究之外,我们对肝细胞性肝癌(HCC)患者的GDC数据进行了整理和挖掘,寻找其中关键的lncRNA-miRNA-mRNA网络和竞争性内源RNA(ceRNA)。我们发现SNHG1在HCC患者中过表达。SNHG1的上调与几种主要生物学功能的富集有关,包括细胞增殖,转录和蛋白质结合。小核仁RNA宿主基因1(SNHG1),E2F8(E2F转录因子8),FANCE(FA互补组E)和LMNB2(编码lamin B2)的表达趋势相似。在与SNHG1相关的网络中,SNHG1(对数秩p值=0.0643),E2F8(对数秩p值=0.000048),FANCE(对数秩p值=0.00125)和LMNB2(对数秩p)的高表达水平值=0.0392)与低生存率显著相关。单细胞分析表明,E2F8可能参与肿瘤发生或癌症发展。
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