长链非编码RNA AP000654.1-201通过调控GNAL的表达参与IS神经保护的机制研究

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背景和目的脑卒中,又称脑中风(Stroke),是由于大脑区域的血液供应中断或血管破裂而导致的神经功能损伤。脑卒中具有发病率高、致残率高、病死率高等特点,是世界第二大致死病因和重要致残病因。全球每年患卒中人数约1370万人,造成全世界范围内大约600万人的死亡,约占全球死亡人数的10%。世界卫生组织全球疾病负担研究系统分析表明,中国卒中发生率为全球最高。随着中国总人数的不断增加,卒中发病率不断提高,中国已成为世界上脑卒中负担最大的国家。长链非编码RNA(Long non-coding RNA,lncRNA),是长度大于200个核苷酸的非编码RNA,相对于其他的非编码RNA,lncRNA的核苷酸链更长,其分子内部具有复杂的二级空间结构,能提供多个与蛋白结合的位点,又可与DNA、RNA结合,形成复杂的基因表达调控网络。本课题收集3例IS患者和3例相匹配的健康对照外周血,提取外周血单个核细胞,并采用RNA-Seq技术对lncRNA和mRNA表达谱进行鉴定,发现长链非编码RNAAP000654.1-201和其潜在靶基因GNAL在IS病例组与健康对照组之间存在表达水平差异,并具有统计学意义(P<0.05)。通过查阅文献和数据库,发现长链非编码RNAAP000654.1-201目前尚未见报道,引起了我们的关注和兴趣,并通过生物信息学预测发现lncRNA AP000654.1-201对其潜在的靶基因GNAL存在反式调节作用。GNAL基因编码GS蛋白α亚基,可偶联腺苷A2A受体,在中枢神经系统中高表达,该受体在心血管组织、白细胞以及内皮细胞均高表达;参与多种疾病(如:缺血再灌注损伤、中枢神经系统障碍等)的病理进程。A2AR可以参与cAMP/PKAc/CREB信号通路的转导,从而调控抗凋亡蛋白Bcl2的表达,发挥细胞保护作用。本研究将通过体外实验和体内实验分别探究lncRNAAP000654.1-201在细胞OGD/R模型中细胞凋亡水平、炎症因子分泌和cAMP/PKAc/CREB通路活化水平;小鼠MCAO造模后评价神经功能、脑部梗死面积大小,对lncRNA AP000654.1-201在IS中发挥的功能及作用机制进行探究。方法(1)长链非编码RNAAP000654.1以及潜在靶基因GNAL的筛选与鉴定我们采用转录组测序(RNA-seq)技术对IS患者和正常对照的外周血样本中的lncRNA和mRNA表达谱进行鉴定,统计分析两组具有显著性差异的lncRNA和mRNA基因。对显著差异的lncRNA、mRNA进行富集分析,并进行可视化处理;通过生物信息学方法预测差异lncRNA的作用靶基因,然后扩大样本量检测RNA-Seq结果的准确性;对lncRNAAP000654.1-201的定位进行探究,从而对IS过程中可能发挥作用的lncRNA及其作用机制进行初步预测。(2)LncRNAAP000654.1-201可保护MCAO造模后的小鼠神经功能体内实验中探明lncRNAAP000654.1-201在小鼠MCAO造模后对神经功能的影响。对MCAO造模后小鼠的脑部进行多普勒激光散斑成像检测以验证MCAO造模效果及再灌注之后脑部血流灌注情况;在造模后12小时和24小时分别参照Zea Longa评分系统对小鼠的神经功能进行评分。使用悬挂实验对小鼠MCAO造模后的运动功能进行评价;进行粘附实验对小鼠的感觉功能进行评价。并且通过TTC染色对小鼠脑部梗死面积大小进行评价。(3)LncRNAAP000654.1-201作用靶基因的确认和可能结合蛋白的预测ChIRP实验来确定lncRNA AP000654.1-201的作用靶基因以及结合的蛋白质,并进一步对ChIRP下拉的DNA片段进行RT-qPCR检测以验证lncRNA AP000654.1-201与GNAL基因的靶向关系。通过蛋白质质谱对可能与lncRNA AP000654.1-201可能结合的蛋白进行探究。(4)LncRNAAP000654.1-201调控GNAL表达参与保护神经细胞活力并调控炎症反应在体外细胞模型中探究lncRNAAP000654.1-201对细胞活力、增殖、凋亡、炎症因子分泌等有关细胞活力和炎症水平的影响;由于GNAL参与cAMP信号通路的转导过程,为了进一步确定lncRNAAP000654.1-201的作用机制,我们检测了 cAMP通路的活化水平以验证lncRNA AP000654.1-201通过调控GNAL的表达从而参与调节细胞活力和OGD/R后炎症反应。并且对A2AR进行选择性抑制以探究lncRNA AP000654.1-201在其中发挥的作用。结果(1)LncRNAAP000654.1-201和潜在靶基因GNAL在IS患者体内下调,并且对IS的诊断具有较好的特异性;(2)LncRNAAP000654.1-201目前未发现具备编码能力,并且绝大部分lncRNA AP000654.1-201位于细胞核内;(3)LncRNAAP000654.1-201和GNAL基因在体外OGD/R细胞模型中的表达量变化趋势与RNA-Seq结果以及人群样本验证中的趋势相同;(4)LncRNAAP000654.1-201能够OGD/R造成的细胞活力损伤,减少OGD/R细胞模型中凋亡细胞的百分比;lncRNAAP000654.1-201可以在细胞发生OGD/R损伤后发挥维持线粒体膜电位的稳态;(5)LncRNAAP000654.1-201 可以促进抑炎因子(IL-6、TNF-α、IL-1β)的表达,同时能够下调促炎因子(IL-10、IFN-γ)的相对表达水平。(6)LncRNA AP000654.1-201 可以促进 cAMP/PKAc/CREB/B cl2 通路的信号转导发挥抑制细胞凋亡的作用;(7)我们成功构建小鼠的MCAO模型,并且通过尾静脉注射AAV.PHP.eB血清型过表达腺相关病毒,使小鼠全脑过表达lncRNAAP000654.1-201;MCAO模型小鼠脑部GNAL基因表达下调;(8)LncRNAAP000654.1-201过表达能够改善小鼠MCAO造模后12h、24h时Zealonga神经功能评分,改善模型小鼠前肢灵巧度、感觉灵敏度以及运动功能;(9)LncRNAAP000654.1-201过表达能够时小鼠MCAO造模后小鼠脑组织脑梗死面积减小,具有神经保护功能。(10)LncRNAAP000654.1-201可以通过反式作用于GNAL基因,调控其基因表达,进而发挥其生物学功能。结论LncRNAAP000654.1-201在IS患者体内呈下调趋势,并且其靶基因在IS人群中同样呈现下调趋势;lncRNAAP000654.1-201可以通过调控GNAL表达从而参与A2AR信号通路的转导,调控cAMP/PKAc/CREB/B c12通路发挥抗凋亡作用,保护氧糖剥夺后细胞活力、线粒体稳态及神经功能;因此,靶向lncRNA AP000654.1-201和GNAL基因可以作为IS治疗的靶标。
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