斑马鱼miR-125c在细胞低氧应答和胚胎发育中的功能

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低氧可以导致鱼类摄食量减少,生长减慢,胚胎发育受阻,甚至死亡,因此水中溶氧是影响鱼类生存和进化的重要环境因子。在机体应对低氧应激的过程中低氧诱导因子HIF-1α(Hypoxia-inducible factor 1α)是一个非常关键的转录因子,可通过与下游一系列靶基因的结合控制细胞低氧应答。另外近年来也发现MicroRNA(miRNA)作为一类非编码微小RNA,在低氧条件下对于调控细胞生存具有重要作用。之前的研究发现低氧可引起miR-125c的上调表达,但其在低氧调控中的作用机制和生物学功能仍不明确。因此本研究构建了包含miR-125c HRE(Hypoxia response element)位点的启动子重组质粒,分析了低氧条件下Hif-1α与miR-125c的调控关系;体内外实验验证了miR-125c的靶标;并证明了mi R-125c在细胞增殖、细胞周期、细胞凋亡的作用以及在斑马鱼胚胎发育中的功能。主要研究结果如下:1)MiR-125家族序列分析对多种硬骨鱼类、人和小鼠miR-125进化树分析表明,miR-125c与miR-125b的同源性较高,推测miR-125c与miR-125b在功能上存在相似性。多序列比对研究斑马鱼、青鳉、人和小鼠的miR-125家族成熟序列的保守性,结果发现,miR-125a/b/c种子序列完全保守。2)斑马鱼miR-125c受到Hif-1α的转录激活CoCl2处理斑马鱼ZF4细胞后荧光定量PCR结果显示,随着低氧处理时间的增加,miR-125c的表达逐渐上升。启动子分析显示miR-125c启动子中包含4个HRE的结合位点,将含有4个HRE序列分别与pGL3-Basic连接构建重组质粒,转染HeLa细胞后检测发现,仅仅含有HRE1和HRE3的重组质粒可显著提高荧光素酶活性,说明HRE1和HRE3可能是miR-125c参与低氧应答的重要元件。低氧条件下(CoCl2处理细胞12 h),ZF4细胞转染Hif-1αsiRNA,结果显示,Hif-1α敲降后内源性Hif-1α的表达量下降,相应的miR-125c的表达水平也下降,这进一步验证了miR-125c与Hif-1α的表达趋势一致,因此推测miR-125c受到Hif-1α的转录激活。3)Cdc25a是mi R-125c的靶基因生物信息学分析显示斑马鱼cdc25a-3’UTR中存在miR-125c的结合位点。双荧光素酶报告系统检测结果表明psiCHECK?-2-cdc25a-3’UTR(wt)和miR-125c mimics共转染可显著降低荧光素酶活性,而将突变质粒psiCHECK?-2-cdc25a-3’UTR和miR-125c mimics共转染后荧光素酶活性没有改变,说明miR-125c可通过“种子序列”UCCCUGAG与cdc25a基因3’UTR序列特异性结合,即cdc25a是miR-125c直接的靶基因。4)miR-125c负调控cdc25a的表达体外实验显示过表达miR-125c导致cdc25a mRNA和蛋白水平明显降低;而抑制miR-125c的表达则造成cdc25a mRNA和蛋白水平显著增加。将miR-125c mimics显微注射到斑马鱼胚胎后,荧光定量PCR检测发现miR-125c过表达可导致cdc25a的mRNA和蛋白表达量下降。此外,CoCl2处理ZF4细胞后,cdc25a的mRNA和蛋白表达量都随着处理时间的增加而下降。因此体内外实验都显示miR-125c负调控cdc25a的表达。5)miR-125c通过阻滞细胞周期进程抑制细胞增殖,诱导细胞凋亡利用CCK8试剂盒检测miR-125c对细胞增殖的影响,结果显示,细胞转染miR-125c mimics后的36 h到60 h,细胞增殖受到抑制。流式细胞仪检测发现过表达mi R-125c阻滞细胞G1期进程,引起控制G1/S转换的Cdk2表达量的积累,G1期调节基因cdk2,cdk6和ccnd1的表达水平显著增加,而S期调节基因cdk7和ccnh的表达水平显著降低,转染inhibitor后的表达趋势相反。同时还发现miR-125c过表达后细胞发生凋亡。基于AO染色显示,miR-125c的过表达会导致斑马鱼胚胎头部、眼部、尾部出现明显的凋亡细胞。TUNEL的实验结果也进一步证实过表达mi R-125c引起斑马鱼尾部凋亡信号增加,而且细胞凋亡现象也能被miR-125c inhibitor显著性挽救。6)miR-125c在斑马鱼胚胎发育中具有重要作用研究发现mi R-125c过表达后斑马鱼仔鱼的围心腔水肿,头部受损,眼睛变小,尾部弯曲,而miR-125c inhibitor可部分挽救畸形表型。接触诱发逃逸行为分析显示机械刺激正常斑马鱼仔鱼尾部时,仔鱼快速游动,逃出观察视野;而刺激过表达miR-125c的仔鱼时,鱼的运动能力减弱,且出现原地转圈的现象。H&E染色发现,miR-125c过表达造成斑马鱼眼部晶状体变小,内网层变薄,内核层细胞聚集且排列紊乱;头部变小,头部细胞数量增加,排列紧密;胚胎肌节变小,肌纤维排列杂乱。
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