MicroRNA对印记基因的表达调控在神经管发育缺陷中的作用

神经管发育缺陷（Neural tube defects，NTDs）是一类常见、重度的先天畸形，导致这一发育缺陷的病因学机制是多基因遗传因素与多种环境因素复杂交互作用的结果。MicroRNA和印记基因调控是影响神经管发育和NTDs生成的两个重要的表观遗传学因素，但是，至今尚未有研究显示这两个重要调控通路间的相互作用对神经管发育、NTDs生成的影响。本研究组以往研究结果提示在我国NTDs模型中microRNA存在显著表达变化，经生物信息学分析，这些表达变化的microRNA对一些可能参与神经管发育的印记基因存在潜在的调控作用。因此，本项目拟采用分子生物学、细胞生物学等技术方法，集中研究这种交互作用产生的可能及其对NTDs的影响和机制，为NTDs的新药开发，最终改善NTDs发生率提供理论依据。

本项目原拟针对神经管畸形（NTD）中microRNA对印记基因调控作用异常进行研究，但根据第一部分结果和NTD发病受环境因素影响的特点，我们对项目研究内容进行了调整，具体结果分为四个部分：1）不同表观调控机制异常调节神经管畸形中印记基因KCNQ1/Kcnq1表达上调。结果表明在维甲酸通路诱导NTD胎鼠上印记基因发生了广泛的表达变化，但在维甲酸诱导NTD模型和人类NTD中，印记基因表达失调的调控机制不同，前者是由启动子区的组蛋白修饰和DNA甲基化异常介导，后者则是由印记机制失调介导。鉴于组蛋白修饰易受环境因素影响以及在胚胎早期发育中的重要性和在NTD研究中少之甚少，我们调整了项目研究方向进行了以下研究，2）人类神经管畸形中组蛋白H3K79二甲基化异常表达。本部分内容首先用质谱方法揭示了正常人胚胎脑组织中的组蛋白修饰谱，进一步比较了NTD胎儿脑组织和对照的组蛋白修饰谱，结果提示变化最为显著的是H3K79二甲基化修饰，接着我们用western方法对这种现象进行了验证，并用ChIP-qPCR方法对进一步揭示了这种组蛋白修饰对神经管发育相关基因的调控改变。3）维甲酸通路异常通过调节组蛋白H3K4乙酰化调控经典和非经典Wnt通路的转录。本部分内容揭示了在NTD中神经管闭合关键基因组蛋白修饰改变的分子机制。首先本研究明确了在维甲酸诱导NTD模型和人类NTD中维甲酸通路均异常激活，进一步ChIP-qPCR的结果表明维甲酸通路的核内效应分子核受体分别对经典Wnt通路基因和非经典Wnt通路基因的启动子区存在着组蛋白去乙酰化调控和组蛋白乙酰化调控效应，但在NTD中，这两种调控效应均失调。4）神经管畸形中MARK2下调通过组蛋白乙酰化修饰引起DVLs转录水平下调。除了第3部分核受体对组蛋白乙酰化修饰的核内调节作用外，在本部分中我们还证明了在细胞质中，MARK2可以调节HDAC的磷酸化水平，从而影响了HDAC的入核效应，影响了DVL蛋白的启动子区组蛋白乙酰化修饰水平。通过本项目的研究，证实了微环境包括维生素异常可以通过核内机制和胞浆内机制两种途径影响组蛋白乙酰化水平来异常调节神经管闭合关键基因的转录表达，从而最终影响了神经管发育过程中的闭合。依托本项目完成的文章有SCI论文3篇，其中两篇影响因子在5分以上，还有1篇国内文章，另有3篇文章正在投稿或完稿中。