新研究揭示miRNA對PrPC相分離、肌肉細胞自噬及分化調控機制

2023年12月8日，Nature Communications（影響因子16.6）以長文（Article）形式在線發表梁毅教授的最新研究成果，論文題為“Excess PrPC inhibits muscle cell differentiation via miRNA-enhanced liquid–liquid phase separation implicated in myopathy”(過量朊蛋白通過miRNA促進液-液相分離來抑制肌肉細胞分化和加重肌病)，該研究全球首先在肌病患者的骨骼肌樣本中觀察到了miR-214-3p與細胞型朊蛋白（PrPC）的過量積累和共定位現象，揭示了miRNA對PrPC相分離、肌肉細胞自噬及分化調控機制，為發展新的針對miRNA與PrPC過量積累的肌病治療藥物奠定了基礎。

細胞型朊蛋白（PrPC）因其病理型朊病毒蛋白（PrPSc）引發一類神經退行性疾病-prion疾病-而臭名昭著。盡管科學家們在其錯誤折疊導致的神經退行性疾病背景下進行了深入研究，但迄今為止細胞內源PrPC的生理功能知之甚少。

PrPC是一種糖基磷脂酰肌醇錨定的糖蛋白，在神經和包括骨骼肌在內的非神經組織中表達，PrPC和PrPSc能在肌肉細胞中大量累積，并且PrPC的過表達或缺失對肌肉有不利影響。PrPC在肌肉生理和疾病中發揮作用，在幾種人類肌病中，已發現骨骼肌細胞中PrPC存在上調和/或重新分布，這些變化包括包涵體肌炎和神經源性肌肉萎縮個體肌肉中PrPC表達增加。盡管許多骨骼肌疾病在臨床和病理表現上有所不同，但它們都有一個共同的特點，即miRNA表達失調。PrPC通過與AGO相互作用促進miRISC復合物（包含TNRC6蛋白和靶向mRNA）的組裝或穩定，增加AGO、TNRC6和miRNA抑制的mRNA的關聯。

在野生型朊蛋白及其病理突變體E196K淀粉樣纖維和野生型銅鋅超氧化物歧化酶（SOD1）淀粉樣纖維冷凍電鏡結構及功能前期工作（2020年6月8日、2021年9月9日和2022年6月17日分別發表于Nature Structural & Molecular Biology（《自然·結構與分子生物學》）、Science Advances（《科學·進展》）和Nature Communications（《自然·通訊》））中，梁毅教授研究團隊解析了全長野生型朊病毒蛋白纖維、全長E196K纖維和類朊病毒蛋白野生型SOD1纖維的結構，**在原子水平上揭示了朊蛋白由PrPC向PrPSc結構轉變的機制，揭示了朊病毒蛋白病理聚集多態性的分子機制，揭示了漸凍癥（ALS）致病蛋白質SOD1構象轉化分子機制。PrPC和miRNA在細胞中都具有重要的生理功能，然而miRNA到底是怎么調控PrPC相分離、肌肉細胞自噬及分化的仍是困擾科學界的謎題。

為了闡釋miRNA對PrPC相分離、肌肉細胞自噬及分化調控機制，研究人員在細胞和病理樣本水平上開展了PrPC在肌病患者肌肉中的累積與作用機制的研究，在分化中的C2C12細胞中內源的PrPC和特異性結合的miR-214-3p表達并發生共定位, 在皮肌炎（DM）、神經源性肌病（NM）、肌營養不良（MD）等具有再生肌纖維的肌病患者中也存在大量表達與共定位。

進一步研究發現，肌肉細胞過量累積的PrPC增強其特異性結合的miRNA與下游靶mRNA的作用來抑制自噬，從而抑制肌管分化，加重肌病。這些特異性結合的miRNA在體外和活的C2C12肌肉細胞中能夠促進PrPC發生液-液相分離，這種異常的相分離在C2C12肌肉細胞中加重PrPC的累積，PrPC轉變為不溶于sarkosyl的纖維狀凝聚物，并引起肌管細胞死亡。肌管破壞后，新的衛星細胞分化為成肌細胞，但過量積累的PrPC會抑制其分化為肌管，這樣的一個惡性循環，導致了這些肌病中具有很多不完全再生的肌管，進而導致肌肉萎縮，這一發現**揭示了受特異性結合的miRNA調控的PrPC在肌病中的致病機制。

通過CRISPR-Cas9技術、激光共聚焦顯微、免疫印跡和RIP-seq等方法，梁毅教授研究團隊發現，PrPC在C2C12肌肉細胞分化中逐漸表達，并且隨著細胞分化會從細胞膜上轉移到細胞質中發揮作用。敲除PrPC、過表達PrPC以及過表達PrPC定位發生改變的病理突變體F198S后，C2C12肌肉細胞都不會發生分化，且過表達PrPC能夠抑制分化過程中的細胞自噬。在C2C12細胞分化中期的內源PrPC和過表達的PrPC都能選擇性地結合一類成熟的miRNA，并且這些miRNA富集于自噬與分化生物進程中。

該研究**揭示了miRNA對PrPC相分離、肌肉細胞自噬及分化的調控機制及其在肌病中的作用，并使得發展新的針對miRNA與PrPC過量積累的肌病治療藥物成為可能，具有重要的科學意義。

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