长非编码RNA调控肌肉干细胞增殖和分化的分子机制研究

Although discovered relatively recently, lncRNAs are considered the most numerous and functionally diverse class of RNAs. New lncRNAs and new functioning mechanisms of lncRNAs have been continuously identified. Multiple studies indicate that lncRNAs are critical players in regulating muscle stem cell differentiation. However, most of these studies were carried out in myoblast cell lines that might not faithfully reflect the actual roles of lncRNAs in vivo. Here, using the recently developed muclsle stem cells in vitro expansion and differentiation system, we identified ~20 lncRNAs whose expression significantly changed during differentiation. We plan to systematically examine the roles of these lncRNAs in muscle stem cell proliferation and differentiation. For those that have important roles, we plan to thoroughly investigate the molecular mechanism and metabolism of the lncRNAs thenselves. This project will not only advance our understanding for muscle regeneration, more importantly, will help us comprehend lncRNA metabolism and possibly reveal novel mechanism for lncRNA function.

数目和种类繁多的长非编码RNA（lncRNA）可以通过各种不同机制调控细胞分化、个体发育等重要生命过程。目前对lncRNA的认识还仅是冰山一角，新的lncRNAs及lncRNA的新的作用机制正在不断被发现。lncRNA在骨骼肌分化过程中扮演重要角色。然而，截至目前，多数研究是在成肌细胞系中进行的，可能不能够完全忠实再现lncRNAs在体内如何调控肌肉干细胞的功能。本项目利用最新建立的原代小鼠骨骼肌干细胞的体外扩增和分化系统，通过高通量测序，鉴定了近20种在肌肉干细胞的增殖和分化中显著差异表达的lncRNAs。初步功能实验已经发现了其中两个lncRNA在肌肉干细胞分化中起重要调控作用。我们计划继续系统研究这些lncRNAs在肌肉干细胞增殖和分化过程中的功能，重点揭示其发挥调控功能的分子机制和自身代谢规律。

绝大多数哺乳动物的基因组可以转录并且产生许多不同类型的non-coding RNAs，其中long non-coding RNAs是数量最多，功能最多样的一类。LncRNAs可以在多个层面调控基因的表达，它们在调控细胞发育、分化和细胞特性维持中有重要作用，此外它们还在疾病中发挥作用。为了研究lncRNAs在肌肉功能维持及肌肉干细胞分化过程中的调控作用，我们对原代肌肉干细胞分化前后的样品进行了RNA转录组测序，鉴定到一系列发生显著变化的lncRNAs，其中MyolncR3和MyolncR4在肌肉干细胞分化后表达显著上调。MyolncR3是由Dop2的反义链转录的，其上游表达一个未被注释的Dop2截短的转录本Dp2N。Dp2N是一条non-coding RNA，在肌肉干细胞分化后表达也显著上调。MyolncR3或Dp2N knock down（KD）都会抑制C2C12的分化，在其knock out（KO）细胞系中这种抑制的表型更强,并且在KD或KO样品中MyolncR3和Dp2N的水平也降低。这些结果表明MyolncR3和Dp2N可能存在互相调控,并且共同在肌肉干细胞分化过程中发挥重要作用。对于其作用机制我们目前仍不清楚，这也是我们下一步的工作重点。我们还发现MyolncR4能够编码一个56个氨基酸的微肽LEMP，该微肽定位在线粒体中并与多种线粒体蛋白具有相互作用。MyolncR4 KD或KO均抑制肌肉干细胞分化，在斑马鱼中MyolncR4 KD会导致其体节发育异常，MyolncR4 KO小鼠肌肉损伤修复能力明显弱于野生型小鼠，其肌肉的功能及耐力也受到一定程度的损伤。这些结果均表明MyolncR4在肌肉干细胞分化及肌肉功能维持中具有重要作用。本课题下一步目标是通过动物实验进一步明确MyolncR3和MyolncR4在肌肉干细胞分化及肌肉功能维持过程中的作用，阐明其作用机制，并揭示lncRNAs自身的代谢规律。