NAT NEUROSCI：轉錄組+蛋白組聯合，揭示microRNA調控靶點與功能機制
文獻小筆記
Partial loss of psychiatric risk gene Mir137 in mice causes repetitive behavior and impairs sociability and learning via increased Pde10a
Nature Neuroscience IF=19.912
原文鏈接：https://www.onacademic.com/detail/journal_1000040907544310_8357.html
研究材料與方法
Mir137-knockout mice
（1）評價miR-137KO后神經功能受到的影響：
● 突觸可塑性：免疫組化，spinedensities，dendritic length，等
● 學習記憶能力：Morriswater maze test，Barnes maze test，long-termpotentiation (LTP)，等
● 重復行為與社交能力：marbleburyingtest，social interaction test，thethree-chamber test，等
（2）蛋白組分析：
● 技術：TMT定量
● 樣本：皮層組織
● 組別與重復：Mir137+/+,Mir137+/–, and Mir137–/–，每組兩個生物學重復（來自于兩窩）
（3）轉錄組分析：
樣本同蛋白質組
（4）轉錄組+蛋白組聯合分析尋找miR-137直接調控靶點：
Sylamer算法比對UTR匹配富集結果與蛋白差異表達的相關性，以及進一步比對mRNA差異表達水平
（5）驗證miR-137直接靶點：
luciferase reporter assay，UTR突變
研究內容與結果
1．突觸蛋白免疫組化、樹突長度等分析，揭示miR-137 KO可導致神經可塑性受損。
Fig. 2 |Loss of miR-137 in the nervous system leads to synaptic overgrowth and impaireddendritic growth in vivo
2．多種行為測試揭示miR-137 KO可導致學習記憶功能失調。
Fig. 3 | Partial loss of miR-137 leads to the learningand memory deficits.
3．多種行為測試揭示miR-137 KO可導致社交能力改變。
Fig. 4 | Partial loss of miR-137 causes impaired socialbehaviors in mice
4．轉錄組、蛋白組揭示miR-137調控底物。
蛋白組結果發現：Mir137–/–組versus Mir137+/+組, Mir137+/–組versus Mir137+/+組, and Mir137–/–組versus Mir137+/–組，分別篩選到417、94和76個差異表達蛋白。這些蛋白與DNA replication, nervous system development, and chromatinremodeling，peptidase activity regulation, acute-phaseresponse, and regulation of neurotransmitter secretion等生物過程有關。其中有41個上調蛋白和9個下調蛋白，被預測為miR-137的底物。通過與RNAseq結果的進一步比對，41個上調蛋白中有37個蛋白對應的基因，在mRNA表達水平沒有顯著表達差異，表明上述基因可能是miR-137通過轉錄后調控模式所直接調控得底物。
Fig. 5 | Systematic identification of in vivo mRNA targetsof miR-137 by integrating proteomic, transcriptomic, and bioinformaticanalyses.
5．確證Pde10a基因是miR-137的直接調控底物
在上述37個基因中，作者挑選了5個表達上調最顯著的蛋白對應的基因，以及5個神經功能相關基因。采用luciferase reporter assay +UTR突變的方法，證實Pde10a基因是miR-137的直接調控底物
Fig. 6 | Pde10a is akey mRNA target of miR-137.
6．后續研究
抑制Pde10a的表達能夠減緩miR-137 KO引起的神經功能失調。Pde10a KO可逆轉了miR-137 KO引起的神經功能失調。
總結與擴展
該文章思路清晰：圍繞前期基因研究中發現的可能具有重要作用的miRNA展開。基于KO動物模型，首先評價了miRNA的生物功能。然后利用多組學的數據，篩選可能的miRNA底物，再利用經典方法進行直接底物驗證；最后再評價底物被干預后的表型變化。從而實現對目標miRNA功能和作用機制的解析。
其中miRNA底物篩選的方法，值得借鑒。因為，常規通過序列比對預測出的底物，還是存在很多的不準確性。而蛋白質組的分析可以明確告訴我們，到底哪些蛋白產物確實發生了相應的表達變化，蛋白產物的表達水平是miRNA底物判定的最重要依據。同時，如果差異表達蛋白所對應的mRNA并沒有相應改變，則可進一步確定該基因的調控方式并不是因為基因轉錄水平的變化，而是miRNA參與的轉錄后水平的調控（另外還有一種途徑是miRNA的結合，引起了mRNA的降解）。所以，在底物預測的基礎上，蛋白組+轉錄組可以更加準確、有效地篩選miRNA的底物，并提供更全面、更系統的信息。
