反义长链非编码RNA Dscam1AS 调控Dscam1可变剪接及其作用机制研究

Recent transcriptome analysis reveal a vast repertoire of antisense long noncoding RNAs (lncRNA), however, their roles and the underlying molecular mechanisms remain largely unclear. D. melanogaster Dscam1 encodes 38,016 distinct isoforms via alternative splicing; we have recently identified an antisense lncRNA at the Drosophila Dscam1 locus, Dscam1AS, and experimental analysis indicates that Dscam1AS could regulate Dscam1 alternative splicing. Next, combining CRISPR/Cas9 technology with high high-throughput sequencing approach, we will explore the relation between Dscam1AS expression and the inclusion of Dscam1 alternative exon; and will elucidate the mechanism how antisense lncRNA Dscam1AS regulates the selection of alternative exons of Dscam1. We will propose a novel model for the regulation of lncRNA Dscam1AS in Dscam1 alternative splicing. Additionally, we will reveal the biological roles of the Dscam1AS, particularly in nervous system development. The study will not only provides the new idea for the biological function of lncRNA and regulation of alternative splicing, but also provides the potential therapeutic target for some diseases.

近年来的转录组数据揭示了生物体中存在大量的反义长链非编码RNA(lncRNA), 但大多数反义lncRNA的功能和作用机制并不清楚。果蝇Dscam1(唐氏综合症细胞黏附分子)基因通过可变剪接方式可产生38,016种同源异构体；最近，我们鉴定了果蝇Dscam1基因位点的反义lncRNA Dscam1AS，并通过实验分析表明其可调控Dscam1基因可变剪接。在此基础上，本项目结合CRISPR/Cas9编辑技术和高通量RNA测序技术揭示Dscam1AS表达与Dscam1可变外显子选择的相关性，阐明反义lncRNA Dscam1AS调控Dscam1可变剪接的具体机制，探明反义lncRNA Dscam1AS在神经发育等生理过程中的重要作用。该研究不仅对lncRNA功能和可变剪接的调控机制研究提供了新的思路，并且为神经性等疾病治疗药物提供了潜在靶标。

黑腹果蝇Dscam1(唐氏综合症细胞黏附分子)基因通过互斥可变剪接方式可产生的异构体多达38 016种，在许多教科书和专著中被用作经典案例予以描述。本项目主要围绕Dscam1基因座的非编码 RNA及其对可变剪接调控功能等开展较系统的探索。探明反义长链非编码RNA Dscam1AS的组织和细胞表达模式，明确Dscam1AS 对Dscam1表达和可变剪接的调控作用；应用CRISPR-Cas9技术敲除非编码元件研究其在Dscam可变剪接的功能及其作用机制。特别是我们新发现的非编码结构元件，揭示了一种的Dscam1互斥可变剪接调控的模型，并通过CRISPR-Cas9技术敲除技术获得证实，为在16年前 Graveley教授在Cell杂志提出的Dscam1互斥可变剪接的悬而未决的科学问题提供了合理的解释，同时修正相关教科书或专著描述Dscam1互斥可变剪接的假说模型。在项目执行期间，意外地发现了果蝇Dscam1通过选择性反向剪接可产生数百种的circRNA，揭示了RNA二级结构在环形RNA circDscam的形成过程中的重要功能，建立了RNA二级结构调控circDscam可变反向剪接的新模型。部分研究工作已在PNAS, RNA 等著名期刊发表论文8篇（均为通讯作者），其中研究论文4篇，综述文章4篇。培养博士生2名、硕士生4名。受邀在广州召开的2019年“RNA高端学术研讨会”做大会报告；受邀在深圳召开“2019 第十三次全国基因功能与表观遗传调控学术研讨会会议”作大会报告;受邀在中国生物化学与分子生物学会2020年全国学术大会作了“Dscam1可变剪接调控机制和功能”的学术报告。