无义介导的mRNA降解通路分子Smg6在哺乳动物大脑发育中的功能及其机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31770871
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0507.核酸生物化学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Nonsense-mediated mRNA decay (NMD)is an important post-transcriptional regulatory mechanism in gene expression regulation. As a transcriptome surveillance machine, NMD degrades aberrant mRNAs containing the premature termination codon (PTC) to quench the transcriptome "noise" or targets RNAs with physiological functions. NMD factors extensively involve in cellular stress response, host response to RNA virus infections, etc. In humans, mutations in NMD factors (such as SMG6, UPF3B) result in neurodevelopmental disorders, such as intellectual disability, schizophrenia and autism like disorders. However, the underlying mechanisms remain elusive. In this study, we propose to generate the mouse model with Smg6 specific deletion in neural stem cells (Smg6-CNSΔ). Using the Smg6-CNSΔ mice and Smg6 deficient neural stem cells, we intend to delineate the functions of Smg6-NMD in brain development. Through identifying the Smg6 specific mRNA targets with combined bioinformatic analysis on RNA-seq and PAR-CLIP-seq data from neural stem cells, we will disclose the Smg6-NMD regulated molecular events determining the neural stem cell fates towards self-renewal and differentiation. Our study could, not only, fill the knowledge gap of NMD factor Smg6 in brain development, but also shed light on post-transcriptional regulatory mechanisms in cell fate determination of tissue specific stem cell (such as, neural stem cells). Furthermore, our research will be beneficiary for the diagnostic and therapeutic applications in human NMD-related neurodevelopmental disorders.
无义介导的mRNA降解通路(Nonsense-mediated mRNA decay, NMD)是真核生物重要的基因转录后调控和转录组质控机制。NMD降解细胞内含有提前终止密码子的mRNA以清除转录组”噪音”或者靶向具有生理功能的mRNA,参与细胞应激反应、RNA病毒感染等细胞分子事件。NMD因子(如SMG6,UPF3B)变异导致人类神经系统发育障碍,但NMD如何调控大脑发育尚待解析。本项目拟建立Smg6神经干细胞(Neural stem cell,NSC)特异性敲除小鼠,并以小鼠和Smg6敲除NSC为模型,研究Smg6-NMD在大脑发育中功能;鉴定Smg6在NSC中直接RNA分子标靶,揭示 Smg6-NMD调控NSC自我更新和分化机制。本研究将揭示NMD在大脑发育中生物学意义,加深对基因转录后调控机制决定组织特异性干细胞命运的认知;同时为神经发育障碍病因提供新视角,为疾病治疗提供新靶点。

结项摘要

无义介导的mRNA降解通路是真核生物细胞内重要的基因转录后调控和转录组质控机制。该机制降解细胞内含有提前终止密码子的mRNA以清除转录组“噪音”,亦可靶向具有生理功能的mRNA分子,调控其丰度和蛋白质产出,参与细胞应激反应等多种细胞事件。SMG6是哺乳动物(人和小鼠等)中NMD通路的重要因子,具有核酸内切酶活性。细胞学研究表明SMG6直接参与了NMD标靶分子的降解。在本研究中,我们建立了两种小鼠模型,分别为Smg6完整蛋白于神经干细胞特异性敲除小鼠和Smg6核酸内切酶结构域(PIN结构域)于神经干细胞中特异性敲除小鼠,通过对两种小鼠模型胚胎发育期大脑皮层和神经干细胞(Neural Stem Cell,NSC)研究表明:.1. Smg6蛋白缺失导致NSC中NMD缺陷和端粒失保护,从而引发NSC自我更新能力丧失和神经干细胞池缩小,导致小鼠大脑皮层发育异常和小头畸形。.2. 在小鼠胚胎大脑皮层NSC中特异性敲除Smg6蛋白核酸内切酶PIN结构域,截短Smg6蛋白仍可正常表达。突变小鼠在出生24小时内死亡,且出现严重小头畸形(脑重量减少约15%)。在小鼠胚胎发育E15.5期,突变小鼠大脑皮层中Sox2+和Tbr2+神经干/祖细胞显著降低,且突变小鼠胚胎NSC增殖降低,凋亡增加。体外培养神经球分析显示Smg6蛋白PIN结构域敲除导致NSC自我更新障碍。突变小鼠NSC提前退出细胞周期,胚胎发育早期神经元发生增加;在胚胎发育晚期,突变小鼠脑皮层NSC衰竭。小鼠E14.5大脑皮层组织转录组学分析表明:Smg6蛋白PIN结构域缺失导致NSC细胞周期,特别是G2/M期相关基因表达异常。.3. 通过EdU掺入标记,我们追踪了Smg6蛋白PIN结构域缺陷型新生神经元迁移,发现突变神经元迁移存在明显延迟。我们研究结果提示Smg6突变造成小鼠小头畸形的产生不但来源于NSC的缺陷,亦可由于新生神经元的迁移异常导致。.本研究揭示了NMD关键因子Smg6在哺乳动物大脑发育中生物学意义,研究结果提示NMD在神经干细胞自我更新、分化和神经元的迁移中起到重要调控作用。Smg6缺陷导致脑发育异常由于神经干细胞和神经元双重缺陷所导致。此研究加深科学界对基因转录后调控机制调控神经干细胞命运的认知,为NMD因子突变导致人类神经发育障碍的病因提供新视角。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Nbs1-mediated DNA damage repair pathway regulates haematopoietic stem cell development and embryonic haematopoiesis.
Nbs1-介导的DNA损伤修复途径调节造血干细胞发育和胚胎造血
  • DOI:
    10.1111/cpr.12972
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Cell proliferation
  • 影响因子:
    8.5
  • 作者:
    Chen Y;Sun J;Ju Z;Wang ZQ;Li T
  • 通讯作者:
    Li T
Cell Type-Specific Role of RNA Nuclease SMG6 in Neurogenesis.
RNA 核酸酶 SMG6 在神经发生中的细胞类型特异性作用
  • DOI:
    10.3390/cells10123365
  • 发表时间:
    2021-11-30
  • 期刊:
    Cells
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Guerra GM;May D;Kroll T;Koch P;Groth M;Wang ZQ;Li TL;Grigaravičius P
  • 通讯作者:
    Grigaravičius P

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其他文献

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DNA双链断裂修复基因Nbs1在造血干细胞维持和衰老中的功能研究
  • 批准号:
    81571380
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    57.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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