miRNA-351-5p通过调控CPEB3参与铝致学习记忆损害的机制研究

The neurotoxicity of aluminum mainly causes the decline of synaptic plasticity and impaired learning and memory ability. Synaptic plasticity requires a large number of synaptic plasticity related proteins (PRPs) synthesis.CPEB3 can control protein translation by regulating the polyadenylation of the target mRNA, and the latest study finds that CPEB3 regulates the synthesis of PRPs. Multiple bioinformatics target prediction software analysis showed that miRNA-351-5p could be combined with CPEB3mRNA.We hypothesized that aluminum can regulate CPEB3 through miRNA-351-5p, thus inhibiting PRPs translation, reducing synaptic plasticity of hippocampal neurons, and participating in the neurotoxicity mechanism of aluminum. In this study,the combination between miRNA-351-5p and CPEB3 were examined by luciferase reporter gene experiment; In the model of aluminum exposed rats and aluminum-treated hippocampus primary neurons, silence or over-express miRNA-351-5p, then observe the effects on CPEB3, PRPs, synapse plasticity and learning and memory. To clarify the role of miRNA-351-5p/CPEB3-PRPs chain in the impairment of learning and memory induced by aluminum, and to provide new information for the the mechanism of aluminum neurotoxicity.

铝的神经毒性主要引起神经元突触可塑性下降，导致学习记忆能力受损。突触可塑性需要大量突触可塑性相关蛋白质（PRPs）的合成。CPEB3可以通过调节靶mRNA的多聚腺苷酸化而控制蛋白质翻译，最新研究发现CPEB3是调节PRPs合成的枢纽和关卡。多个生物信息学靶点预测软件分析表明：miRNA-351-5p可以与CPEB3mRNA结合。我们推测铝可以通过miRNA-351-5p靶向调控CPEB3，从而抑制PRPs的翻译，降低海马神经元突触可塑性，破坏学习记忆能力。本课题拟采用荧光素酶报告基因技术分析miRNA-351-5p对CPEB3的直接作用；在铝暴露大鼠和海马原代神经元模型中，沉默或过表达miRNA-351-5p，观察其对CPEB3、PRPs和突触可塑性及学习记忆的影响。阐明miRNA-351-5p/CPEB3-PRPs调控链在铝致学习记忆损害中的作用，为探讨铝的神经毒性机制提供新资料。

铝的神经毒性表现为学习记忆能力受损，突触可塑性下降是铝致学习记忆受损的主要机制，但其分子机制并不清楚。研究发现多聚腺苷酸化原件结合蛋白3（CPEB3）是一种新的参与突触可塑性和学习记忆的重要调节因子。本课题组前期对染铝大鼠海马组织进行全转录组基因测序，发现miR-351-5p异常表达。本项目首先采用双荧光素酶报告实验证明了miR-351-5p和CPEB3的3´UTR区域存在结合位点，两者存在靶向结合作用。随后在细胞水平和动物水平研究了miR-351-5p/CPEB3在铝致神经元突触可塑性下降的具体机制；具体研究内容如下：本研究不仅观察了染铝后原代神经元细胞和PC12细胞以及大鼠海马组织中miR-351-5p、CPEB3和关键的突触可塑性相关蛋白（PRPs）的水平变化，而且还通过AAV脑立体定位实验在大鼠海马组织进行慢病毒转染以及细胞体外病毒转染，制备miR-351-5p的沉默模型，研究了miRNA-351-5p/CPEB3在铝致神经元突触可塑性下降的具体机制；研究结果表明染铝后神经元细胞突触可塑性下降，大鼠学习记忆受损，同时伴随着miR-351-5p水平升高，CPEB3和重要突触可塑性相关蛋白（PRPs）表达下降。抑制miR-351-5p之后，CPEB3和PRPs的水平均可以得到回升，神经元的形态得到恢复。结论：铝可能通过介导miR-351-5p的变化调控CPEB3的表达，影响PRPs的表达，导致大鼠海马区神经元突触可塑性下降，引起学习记忆受损；miR-351-5p/CPEB3-PRPs通路可能是铝诱导学习和记忆损伤的一个重要机制。体内外抑制miR-351-5p后，均可挽救上述损伤机制。本研究发现一种新的参与铝致学习记忆损伤机制的miRNA分子和CPEB3蛋白，从而为铝神经毒性的干预研究和铝致神经退行性疾病的预防、治疗提供理论依据和候选靶点。