微小RNA在衰老过程中的表达和功能研究

A prominent aspect of ageing is that normal tissues, such as brains, with age, undergo functional decline and potentially degeneration. However, there are few experimental systems that can be approached to define genes and pathways that underlie the normal maintenance of adult brain with age. The model organism Drosophila melanogaster is a powerful, highly manipulable system with many fundamental pathways conserved to humans. Using Drosophila, we found that a highly conserved microRNA, miR-34, is an intrinsic modulator impacting ageing and neurodegeneration. Intriguingly, we further identified a novel miRNA biogenesis mechanism requring a 3'-to-5' exoribonuclease gene called Nibbler/Nbr (CG9247). Small RNA deep sequencing analysis revealed that Nbr null flies are defective in processing of a sheaf of multi-isoform miRNAs. This finding explains the 3′ heterogeneity that has been observed in many miRNAs and shows that Nbr-mediated 3' end processing is a component of a highly orchestrated machinery of miRNA processing that promotes miRNA repertoire and function. The current proposal focuses on a systematic approach, aiming to reveal novel regulatory layers as mediated by miRNA pathways that functionally integrate ageing, chronic maintenance of adult tissues and disease modulation.

衰老和与衰老相关疾病的发生、发展具有极强的内在关联性。为了揭示潜在的内源机制，我们建立了果蝇衰老模型，并首次发现了具有高度序列保守性的单一微小RNA，miR-34，在成体脑组织中的重要功能。利用果蝇RNAi筛选平台和新一代测序技术，我们发现了介导微小RNA加工通路的新基因，并命名为Nibbler；Nibbler的功能进一步夯实了微小RNA在衰老进程中特异性表达、生理功能和对疾病影响"三位一体"的内源整合机制。本研究拟在基因组水平上，以成体果蝇主要生理器官为平台，系统研究微小RNA在衰老过程中的表达，序列多样性及生物学功能，以期在分子遗传水平界定新的调控健康衰老的内源机制。同时积极探索将新的发现转化至人衰老和与人衰老相关的疾病研究中来。

衰老是随年龄增长，机体表现出的全方面生理机能渐进性退行。研究表明伴随衰老进程，与衰老相关疾病，即所谓老年病的发生显著上调，典型的如癌症、糖尿病、影响神经系统的老年痴呆症等疾病。因此，揭示衰老和与衰老相关疾病的内源机制具有重要意义:一方面可以帮助理解衰老的生物学本质;另一方面为延缓衰老和防治老年病提供新的线索。本研究内容即是以果蝇为模型，利用新一代测序技术建立微小RNA在果蝇成体组织随衰老过程的精细表达谱，寻找具有衰老和组织特异表达的微小 RNA，寻找具有成熟体3'末端序列多样性的微小RNA;利用果蝇遗传学手段，构建微小RNA突变体，开展微小RNA在成体时期生物学功能的系统研究;发展筛选 微小RNA下游mRNA靶基因的有效技术平台;建立微小 RNA:mRNA 靶基因体内生理调控通路，从而揭示新的调控衰老的生物学机制。主要成果体现在以下三个方面：（1）系统阐明微小RNA 3’末端加工机制。我们利用遗传学，基因组学，蛋白组学，生物信息学的方法揭示了果蝇中Nibbler蛋白和Hen1蛋白对piRNAs 3’末端的拮抗调节作用，并首次报导piRNAs长度随着衰老的进程被有序调控，这是piRNA研究相关领域一次显著突破。该工作于2016年1月发表在Development杂志（doi:10.1242/dev.12811；课题负责人为通讯作者）。（2）系统研究衰老相关的微小RNA靶标组（miRNA targetome）的构成和动态调节。该工作已完成，目前文章正在整理。（3）聚焦微小RNA调控衰老相关的免疫炎症（inflammaging）。发现单一微小RNA（miRNA）参与调节免疫通路，现已开展对miR-9a，miR-252，miR-263a的功能研究。其中miR-252工作已完成，目前文章正在整理。利用项目资助，课题组搭建了：1. 果蝇CRISPR/Cas9基因构建筛选平台；2. 二代测序高通量平台；3. 生物信息学分析平台。项目的资助和实施为申请人开展可持续的、创新性的工作构成坚定的支持。