神经元生长调控新机制：GI-SINE 重复元件 RNA 整合神经元生长通路

时间：2025年5月17日

来源：Cell

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【编辑推荐】为探究神经元生长与再生的调控机制，研究人员聚焦 RNA 多聚腺苷酸化变化，发现损伤诱导的 GI-SINE（生长诱导型 B2-SINE）通过 AP-1 转录因子调控，与核糖体蛋白及核仁素（Ncl）互作调节翻译。该研究揭示转座元件参与生理调控的新功能，为神经再生提供潜在靶点。

神经细胞的生长与再生一直是生命科学领域的难题，尤其是神经元在受到损伤后，如何重新建立有效的信号传导和物质运输机制，始终困扰着研究者。目前已知，神经元生长依赖于轴突内 mRNA 的定位和局部翻译，但调控这一过程的具体分子机制尚未完全明晰。例如，RNA 定位基序通常位于 3′非翻译区（3′UTR），而 3′UTR 的长度可通过选择性多聚腺苷酸化调节，这种机制是否与神经损伤后的生长反应相关仍需探索。此外，非编码 RNA 在神经再生中的作用虽有零星报道，但像短散在核元件（SINE）这类重复基因组元件的具体功能，尤其是其在神经元损伤后的动态变化和调控路径，仍是未知领域。

为了揭开这些谜团，来自以色列魏茨曼科学研究所（Weizmann Institute of Science）等机构的研究团队开展了深入研究。他们以感觉神经元损伤模型为切入点，结合 RNA 测序、蛋白质组学及功能验证等技术，系统分析了损伤后 RNA 多聚腺苷酸化的变化，最终在《Cell》上发表了题为 “Cell Repeat-element RNAs integrate a neuronal growth circuit” 的研究论文，揭示了一类特殊的重复元件 RNA 在神经元生长中的核心调控作用。

研究技术方法

研究团队主要采用了以下关键技术：

RNA 测序（RNA-seq）：包括 3′端靶向 RNA 测序和全转录组测序，用于分析感觉神经元（DRG）和视网膜神经节细胞（RGC）损伤后 B2-SINE 等重复元件 RNA 的表达变化。
蛋白质组学：通过生物素标记的 B2-SINE RNA Pull-down 实验结合质谱分析，鉴定与 GI-SINE 互作的蛋白质，如核仁素（Ncl）和核糖体蛋白。
病毒载体技术：利用腺相关病毒（AAV）介导的 GI-SINE 过表达或敲低，在体外和体内模型中验证其对神经元生长的影响。
动物模型：构建坐骨神经损伤、视神经挤压伤和皮质脊髓束（CST）损伤的小鼠模型，评估 GI-SINE 在周围和中枢神经系统再生中的作用。

研究结果

1. B2-SINE 在周围神经元损伤后特异性上调

通过对 DRG 神经元的 RNA-seq 分析发现，坐骨神经损伤后，B2-SINE 家族中的特定亚群（GI-SINE）显著上调，其表达峰值出现在损伤后 72 小时，而其他重复元件 RNA 变化不显著。与之对比，RGC 在视神经损伤后，B2-SINE 表达未出现明显变化，表明 GI-SINE 的诱导具有神经元类型特异性。

2. GI-SINE 过表达促进神经元轴突生长

在 DRG 神经元的损伤模型中，AAV 介导的 GI-SINE 过表达显著增强了轴突切断后的再生能力。进一步在 RGC 和 CST 损伤模型中验证发现，外源性 GI-SINE 表达同样能促进中枢神经元的轴突生长，提示其具有跨神经元类型的促再生作用。

3. GI-SINE 的转录受 AP-1 转录因子调控

通过染色质可及性分析（ATAC-seq）和转录因子结合位点预测，发现 GI-SINE 的基因组位点在损伤后与 AP-1 家族转录因子（如 ATF3、Fos）结合位点显著富集。利用 AP-1 显性负性突变体（A-Fos）和 ATF3 条件性敲除小鼠模型证实，GI-SINE 的转录依赖于 AP-1 复合物的激活，尤其是 ATF3 的协同作用。

4. GI-SINE 通过结合核仁素和核糖体调控翻译

蛋白质互作实验表明，GI-SINE 的 5′和 3′区域分别与核仁素（Ncl）和核糖体蛋白（如 RPL11）结合，形成细胞质内的调控复合物。邻近连接实验（PLA）显示，GI-SINE 过表达增强了核仁素与 60S 核糖体亚基的结合，而抑制 GI-SINE 则破坏该复合物的形成，同时减少轴突末端的蛋白质合成，提示其通过调节局部翻译促进生长。

5. GI-SINE 特异性靶向验证

设计靶向 GI-SINE 保守基序的反义寡核苷酸（ASO），发现其能显著降低 GI-SINE 表达，抑制 DRG 神经元轴突生长，并干扰核仁素 - 核糖体相互作用。不同 ASO 靶点的验证实验进一步确认了 GI-SINE 功能的序列依赖性。

研究结论与意义

本研究首次揭示了 GI-SINE 作为 AP-1 转录因子与局部翻译之间的分子桥梁，将损伤信号诱导的转录调控与轴突生长所需的翻译机制整合为完整的调控回路。具体而言，神经损伤通过 AP-1 复合物激活 GI-SINE 转录，其转录产物通过结合核仁素和核糖体，重塑神经元内的翻译程序，从而促进轴突再生。这一发现不仅拓展了非编码 RNA 和转座元件在生理调控中的功能认知，也为神经退行性疾病和脊髓损伤等临床难题提供了潜在治疗靶点，例如通过调控 GI-SINE 或其互作网络可能开发新型神经再生疗法。此外，研究还提示类似机制可能在其他物种中保守存在，为跨物种神经再生研究提供了新方向。

值得注意的是，GI-SINE 的特异性调控机制（如仅在周围神经元而非中枢神经元中激活）为未来精准干预提供了理论依据，而其与核仁素 GAR 结构域的依赖关系，进一步揭示了 RNA - 蛋白质互作在神经可塑性中的关键作用。这些成果为理解神经元生长的内在程序提供了全新视角，也为开发靶向重复元件 RNA 的治疗策略奠定了基础。