基于单细胞转录组分析的多因子动员神经干细胞促进脑缺血损伤修复的机制研究

Mobilization of endogeneous neural stem cells (NSC) is required for brain repair after cerebral ischemia, which include a sequential changes of NSC activation, proliferation, migration and differentiation. Under normal circumstances, the majority of NSC population are kept in dormant stage. Although several factors were found could mobilize NSC with different efficiency, their mechanism are still unclear. Our previous study have successfully characterized and isolated NSC from mice brain at different developmental stages. In this proposal, in order to comprehensively study the mechanism of different factors in mobilizing NSC after cerebral ischemia, we will first use NSC lineage tracing mice to study the efficiency of different factors in mobilizing NSC. Second, we will take advantage of single-cell RNA-seq and single-cell in situ capture technology to find the molecular mechanism and hub-genes in regulating NSC mobilization. Third, we will employ gene overexpression/knock down approach to validate the functions of hub-genes. Last but not least, we will screen the optimal factor combinations which have the best therapeutic efficiency in mobilizing NSC and help brain damage repair. Our study will not only help us understand the basic biology of neurogenesis but will also valuable in developing new therapeutic drugs for cerebral ischemia.

脑缺血后损伤修复有赖于成体神经干细胞（Neural Stem Cells, NSC）的动员，NSC的动员包括其激活、增殖、迁移和分化过程。前期研究发现，生理条件下NSC大部分保持静息状态。多种细胞因子可动员静息态NSC，然而不同细胞因子动员NSC的方式存在差异，且机制不清楚。本研究目的在于揭示多种细胞因子在脑缺血损伤后动员NSC的机制，找到促进脑损伤修复的新方法。因此，我们将首先利用NSC 示踪小鼠研究各因子动员NSC的方式和效果，其次结合单细胞转录组测序技术和细胞原位捕获技术，找出多因子处理后调控神经干细胞动员的关键基因和分子机制；随后使用基因过表达/敲低技术，验证关键基因参与NSC动员的作用机制；最后筛选对提高脑缺血后神经干细胞动员水平和损伤恢复效果的最优候选因子组合。本项目的顺利实施不仅能回答成体神经发生机制等基本生物学问题，亦可开发新的治疗缺血性脑损伤的有效药物。

脑缺血后损伤修复有赖于成体神经干细胞（Neural Stem Cells, NSC）的动员，NSC的动员包括其激活、增殖、迁移和分化过程。前期研究发现，生理条件下NSC大部分保持静息状态。多种细胞因子可动员静息态NSC，然而不同细胞因子动员NSC的方式存在差异，且机制不清楚。本研究目的在于揭示多种细胞因子在脑缺血损伤后动员NSC的机制，找到促进脑损伤修复的新方法。因此，我们将首先利用NSC 示踪小鼠研究各因子动员NSC的方式和效果，其次结合单细胞转录组测序技术和细胞原位捕获技术，找出多因子处理后调控神经干细胞动员的关键基因和分子机制；随后使用基因过表达/敲低技术，验证关键基因参与NSC动员的作用机制；最后筛选对提高脑缺血后神经干细胞动员水平和损伤恢复效果的最优候选因子组合。本项目的顺利实施不仅能回答成体神经发生机制等基本生物学问题，亦可开发新的治疗缺血性脑损伤的有效药物。.我们发现了大鼠lncRNA MEG3 调控了缺血性脑损伤后的血管新生过程，提示lncRNA在中风损伤修复中的潜在价值。虽然目前已经有不少研究对缺血性脑损伤过程中的lncRNA和miRNA的作用进行了描述，然而这种描述多是基于单个案例报道，未能构建起一个全局性的RNA调控网络。我们通过对大鼠脑缺血后组织转录组的系统分析，构建了一个由lncRNA为核心的，由mRNA，miRNA共同参与组成的RNA调控网络。该网络中含有1924个新的lncRNA，其功能涉及到包括“脑损伤”、“DNA修复”等生物过程。通过对lncRNA序列的分析，我们发现部分lncRNA可能通过短散在重复原件（short interspersed elements，SINE）与mRNA相结合，经由Staufen1介导，发挥mRNA降解作用。此外，通过计算miRNA-mRNA以及miRNA-lncRNA相互结合的概率，我们构建了一个由mRNA-miRNA-lncRNA组成的竞争性调控网络。整个RNA调控网络从多个角度参与了缺血性脑损伤的发生发展和修复过程，为进一步揭示缺血性脑损伤的分子应答机制提供了新的方向。该研究已经发表于2018年1月的《Biomed Res Int》杂志上，影响因子2.583.