Rian基因的表达调控及与Dlk1-Dio3印记区间的关系研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:bldhdh
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哺乳动物基因组普遍以发育调控模式转录大量或长或短的非编码RNA(noncodingRNA,ncRNA),其中长非编码RNA(longnoncodingRNA,lncRNA)是一类长度大于200bp的ncRNA。大量研究证据显示,它们能够参与染色质修饰,mRNA运输,pre-RNA剪切及细胞核构建等过程,从而调控基因表达。LncRNARian(NR028261)是一个被确认的母本表达的印记基因,位于小鼠12号染色体远端的Dlk1-Dio3印记区内,跨越基因组长度约60kb,包括三个转录本Meg8,Irm和AB063319,对于它们的特性和作用还缺乏系统的认识。因此本课题以Rian基因为研究对象,主要分析其转录本在小鼠发育过程的表达模式,以及Rian基因的表达调控机制,并初步探索其在Dlk1-Dio3印记区间潜在的功能作用。本研究首先确认Rian基因表达模式,获取着床前各阶段的胚胎,包括卵母细胞期,2-8细胞期,桑葚胚期和囊胚期,通过定量RT-PCR技术分析了Rian以及Dlk1-Dio3印记区内的相关基因的表达,结果表明Rian的三个成熟剪切转录本Meg8,Irm和AB063319以及Gtl2,Mirg和Dio3从桑葚胚期开始表达,在囊葚胚期时的表达量分别为桑胚期的2倍以上,而Dlk1在着床前却未检测到明显的表达。Rian的三个转录本的定量结果显示Irm明显高于另两个转录本,且原位杂交结果表明在囊胚的内细胞团和滋养层细胞中都可观察到Irm的信号,表明Irm在早期胚胎阶段就可能作为Rian基因的主要转录物并开始发挥功能作用。并且,我们分析了Rian在着床前的印记模式,发现影响Rian印记的Dlk1-Dio3的印记调控区(IG-DMR)在8细胞期已经是差异甲基化的,而Gtl2印记调控区(Gtl2-DMR)却是非甲基化的,说明早期发育的印记模式是通过IG-DMR建立的。在胚胎发育的中后期,Rian的三个转录本Meg8,Irm和AB063319通过原位杂交确认了它们在组织间的分布。在E10.5E11.5全胚胎原位杂交和E15.5天的切片原位杂交实验中,它们在多个组织中存在共表达的现象,尤其是在神经,肌肉和内分泌组织。但Irm的信号主要集中在舌和骨骼肌中,并明显强于Meg8和AB063319。实时定量RT-PCR结果表明Meg8,Irm和AB063319在E12.5天,E15.5天和E18.5天的脑、舌、心、肺、肝和肾等重要器官中具有相似的表达模式,并且Irm和AB063319呈现逐渐增高的趋势,而Meg8多数脏器的表达峰值出现在E15.5天(除舌外)。在小鼠出生后和成体组织中,Rian三个转录本则只限制表达在脑,肌肉和生殖器官中,与母本表达的lncRNAGtl2和Mirg的表达非常相似,但并不与父本编码蛋白基因Dlk1和Dio3的表达完全重叠,暗示这些母本表达的lncRNA可能是被协同调控的。其次,鉴于Rian基因具有严格的时空组织特异性表达模式,进一步对其表观遗传调控机制进行了初步研究。利用去甲基化诱导剂(5-Aza-2’-deoxycytidine,5-AZA)和去乙酰化酶抑制剂(4-phenylbutanonic acid,4-PBA)处理N2A细胞后,Rian转录本以及其同簇的lncRNAGtl2和Mirg表达明显上调(除去乙酰化酶抑制剂处理后的Gtl2)。在小鼠睾丸间充质细胞TM3和同源的癌细胞MLTC-1中,Rian的表达只出现在肿瘤细胞。通过DNA甲基化分析揭示出甲基化状态出现差异的区域在Gtl2-DMR区,而非IG-DMR或Rian-MR区。ChIP实验显示Irm转录起始位点到第一外显子长211bp序列内存在组蛋白乙酰化转移酶的结合位点。另外,通过FISH实验检测到Rian的主要转录物Irm(Rian/Irm)以核斑的形式定位于N2A和MLTC-1细胞核中,这与组织水平的亚细胞定位结果相似,而在N2A细胞中的核周也检测到Rian/Irm的信号,提示Rian在不同的细胞型中可能具有不同功能。最后,对于Rian与Dlk1-Dio3印记区间的关系通过Rian/Irm的过表达实验进行了初步探索。在N2A细胞中瞬时过表达Rian/Irm的全长和截短体都能够一定程度抑制父源印记基因的表达,而在NIH3T3细胞中却只检测到Rian/Irm的全长序列能够部分抑制Dio3的表达。相反在N2A细胞中,过表达Rian/Irm的全长和截短体时,这一区间的母本lncRNA有表达上升的趋势,尤其是Meg8表达上调了50%左右。综上所述,长非编码RNARian本身具有复杂的表达调控机制,在小鼠发育过程中始终维持特异的时空表达活性,并在Dlk1-Dio3印记区间内发挥表观遗传调控作用,这些结果将为进一步阐明lncRNA在胚胎发育过程和印记调控机制中的功能提供理论基础。
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