以及以严谨的学术逻辑思维探索神经科学之奥秘
撰文︱王斐责编︱王思珍
突触（synapse）是神经细胞相互连接的基本结构以及信息传递的关键部位。由于小脑皮层典型的“三明治”样分层结构以及相对简单的细胞类型，小脑成为研究突触发育与功能的理想模型。突触的形成与维持依赖于多种蛋白及RNA分子参与。
长链非编码RNAs（lncRNAs）是调控神经发育与突触功能的一类重要分子，因此有必要了解lncRNA在突触结构与功能中确切的生物学作用与分子机理。然而，绝大多数lncRNAs调控突触的机制并不明确。
年3月24日，中国科学技术大学生命科学学院的宋晓元教授课题组团队在CellDeathDifferentiation在线发表了题为ThelongnoncodingRNASynageregulatessynapsestabilityandneuronalfunctioninthecerebellum的研究论文，报道了lncRNASynage在小脑内调控突触结构与神经元功能的分子机制。
LncRNASynage转录自Gm基因，在神经系统中主要在小脑皮层表达。研究表明Synage与神经外胚层分化有关，调控FGF/ERK信号转导与胚胎干细胞的自我更新。然而，Synage是否以及如何在小脑皮层突触中发挥功能并不清楚。
在此项工作中，研究人员发现，lncRNASynage主要分布在小脑皮层神经元的胞质与突触中。Synage在小鼠、恒河猴以及人类的基因组位置分布以及小脑皮层中表达的特异性分布均非常保守。Synage缺失会导致小脑神经元丢失、突触数量减少、突触功能受损以及运动功能障碍等，这些表型缺陷可以通过AAV介导的Synage过表达得到明显改善。这些结果提示：Synage调节神经元发育与突触功能。
Cbln1是Synage的上游邻近基因，CBLN1蛋白由小脑颗粒细胞分泌，是平行纤维-浦肯野细胞（PF-PC）突触的重要组织者。为了探索lncRNASynage调控小脑发育与突触功能的分子机制，研究者首先分析了Synage是否调节邻近基因Cbln1的表达。体内外敲除或敲降Synage后均发现Cbln1表达显著下调。通过StarBasev3与DIANA-LNCBasev2两个数据库分析预测出microRNAmmu-miR--3p为Synage和Cbln1mRNA的共有miRNA靶点。通过双荧光素酶报告系统、mmu-miR--3ppull-down、mmu-miR--3p过表达与抑制等实验证实了Synage通过mmu-miR--3p调节Cbln1mRNA水平的分子机理。
由于Synage敲除小鼠的神经元与突触损伤表型比Cbln1敲除小鼠更严重。因此，研究人员推测Synage除了调节Cbln1表达外，很可能还通过其他分子机制调节小脑发育与突触功能。成年小鼠小脑的体内RNApull-down-massspectrometry（质谱）实验发现Synage与HSP90AA1和LRP1蛋白相结合。研究表明LRP1蛋白与HSP90AA1蛋白调控突触结构与功能，并且LRP1与突触后密度蛋白PSD-95相互作用，参与递质依赖的突触后反应及突触传递。LRP1是神经元中大量表达的一种多配体受体。LRP1缺失会导致神经元与突触功能严重受损。HSP90AA1也参与调节神经元发育与突触形成。研究人员进一步通过RNA免疫沉淀与电泳迁移率检测证实了Synage与HSP90AA1-LRP1-PSD-95突触蛋白形成复合物。RNA荧光原位杂交与蛋白特异性免疫荧光实验也发现它们在小脑皮层共定位，而在Synage缺失后蛋白共定位明显减少。通过LRP1与HSP90AA1以及PSD-95蛋白之间的免疫共沉淀实验证实了Synage缺失后，三个突触蛋白的相互作用显著减弱。在HT-22细胞系中过表达Synage以及在LRP1敲降后过表达Synage均会明显增加LRP1与HSP90AA1蛋白的相互作用。
这项研究工作发现lncRNASynage在小脑发育过程中至少通过两种分子机制调节突触结构与功能。一是Synage作为吸附microRNAmmu-miR--3p的海绵（sponge），调节小脑突触蛋白CBLN1的mRNA与蛋白水平；二是Synage作为一种支架（scaffold），调控PF-PC突触中LRP1-HSP90AA1-PSD-95突触蛋白复合体的组装。
Synage调控小脑突触结构与功能的分子机理总结图
（图片引自：Wang,F.,etal.CellDeathDifferentiation,:1-17）
王斐（二排左三），王倩倩（一排左三），刘保伟（三排左一），宋晓元（一排左四）
（图片来源：由宋晓元实验室提供）
中国科学技术大学生命科学学院王斐博士，王倩倩（在读博士研究生），刘保伟硕士为该论文的共第一作者，宋晓元教授为该论文的通讯作者。本研究得到国家自然科学基金（），神经科学国家重点实验室（SKLN-），安徽省自然科学基金（QC），安徽省科技攻关计划项目（4a）的支持。
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