RNA动态N6-甲基腺嘌呤修饰在砷诱发多巴胺释放障碍中的作用

Arsenic is a risk environmental factor for inducing Alzheimer's disease (AD), it can alter the concentration of dopamine and thus causing the impairment of learning and memory. N6-methyladenine (m6A) modification is the only found reversible RNA modification, and the research on m6A modification is the frontier and hotspot in epigenetics. Our previous work revealed that arsenic might disrupt the process of dopamine release, therefore leading to the decreased level of dopamine. Inhibition of m6A modification could significantly increase the content of dopamine, suggesting that m6A modification might play a regulatory role in the arsenic-induced disruption of dopamine release. However, how m6A modification regulates the arsenic-induced dopamine release disorder and its relationship with AD are still unclear. Thus, in the present study, we intend to use cells and animals as the research subjects, and inhibit each process of dopamine release to verify that ①whether arsenic-induced dopamine reduction is caused by the dopamine releasing disorder and its role in the development of AD; We will conduct siRNA and CRISPR technique to modulate m6A modification to investigate ②the effects of m6A modification on arsenic-induced dopamine releasing disorder and its relationship with AD. Our results will be helpful for revealing the molecular mechanisms of arsenic-induced AD, and will provide the experimental evidence for searching the sensitive biomarker or intervention target.

砷是诱发阿尔茨海默病（AD）的高危环境因素，可通过改变多巴胺含量，引发学习记忆功能障碍。N6-甲基腺嘌呤（m6A）修饰是迄今发现的唯一一种可逆性RNA修饰方式，是表观遗传学研究的前沿和热点。课题组前期研究发现，砷处理可能通过诱发多巴胺释放障碍，促使多巴胺水平降低，并且抑制m6A修饰水平能显著增加多巴胺含量，提示m6A修饰可能对砷诱导的多巴胺释放障碍有调控作用。但m6A修饰怎样影响砷诱导的多巴胺释放障碍及其与AD的关系目前尚不清楚。据此，本课题拟同时以细胞和动物为受试对象，通过干预多巴胺释放的各个环节，①验证砷引发的多巴胺含量降低是否由释放障碍所致及其在AD发生发展中的作用；并利用siRNA和CRISPR等技术调控m6A修饰水平，②探讨m6A修饰对砷诱发多巴胺释放障碍的影响及其与AD发生发展的关系。研究结果将有助于揭示砷致AD的分子机制，为寻求砷致AD的敏感生物标志物及防治靶点提供实验依据。

砷是诱发阿尔茨海默病（AD）的高危环境因素，可通过改变多巴胺含量，引发学习记忆功能障碍。N6-甲基腺嘌呤（m6A）修饰是迄今发现的唯一一种可逆性RNA修饰方式，是表观遗传学研究的前沿和热点。本项目以C57BL/6J小鼠和PC-12细胞为研究对象，探讨了m6A修饰在砷诱发多巴胺释放障碍中的作用，主要结果如下：（1）以不同浓度砷饮水染毒，结果发现砷暴露对小鼠的学习记忆能力、认知功能、自主行为、探究行为能力均有不同程度的损害，诱发小鼠皮层和海马的病理性改变，并导致多巴胺含量显著降低。（2）砷暴露可促使多巴胺传导关键蛋白酪氨酸羟化酶、多巴胺转运体、分解酶和受体表达水平异常。同时，砷暴露还引发了m6A修饰水平升高和去甲基化酶FTO表达的显著改变，且FTO可与酪氨酸羟化酶产生荧光共定位。（3）为验证动物结果，课题组以体外培养的PC-12细胞为模型，分别转染FTO的siRNA和过表达质粒，从正、方两个方面充分证实砷暴露条件下FTO对多巴胺传导过程具有调控作用。（4）砷暴露导致了AD病理标记物淀粉样前体蛋白和小突触泡蛋白、突触融合蛋白、SNAP-25等突触释放关键蛋白的表达出现不同程度的改变。（5）课题组还意外发现砷暴露可诱发小鼠皮层和海马神经元发生“铁死亡”，且这种现象并不局限于脑组织，砷暴露亦可诱发的睾丸生精细胞“铁死亡”，m6A去甲基化酶Alkbh5对砷所致的“铁死亡”有显著的调控效应。本项目研究结果较为深入阐释了砷致AD的分子作用机制，为寻求砷致AD的敏感生物标志物及防治靶点提供了新的切入点。本项目截至目前已标注发表SCI论文10篇，协助培养已毕业硕士研究生3名，参加国内学术会议交流7次。研究基本达到了预期目标。