KHSRP介导的轴突定位的prenyl-Cdc42 mRNA降解会减缓神经再生过程

《PLOS Genetics》：KHSRP-mediated decay of axonally localized prenyl-Cdc42 mRNA slows nerve regeneration

轴突再生受CDC42和RhoA蛋白平衡调控，其mRNA在轴突中的定位与翻译受KHSRP蛋白调控。研究显示，神经生长促进因素（如NGF）通过增加轴突中Prenyl-Cdc42 mRNA的翻译促进再生，而生长抑制因素（如CSPG）通过KHSRP结合mRNA的3’UTR（nt801–875）区域诱导降解，抑制再生。KHSRP基因敲除小鼠表现出加速神经再生，且 depleted Prenyl-Cdc42 mRNA导致再生受阻。该研究揭示了轴突中mRNA稳定性对神经再生的重要性，并明确了KHSRP与Prenyl-Cdc42 mRNA的互作机制。

　　在这项研究中，科学家们探讨了小鼠中特定的mRNA在神经元轴突中的定位与翻译调控机制，特别是在不同生长刺激条件下，这些调控如何影响轴突的再生能力。研究聚焦于小GTP酶CDC42及其不同变体，特别是被前烯基化（Prenyl）的CDC42蛋白。研究人员发现，轴突中Prenyl-CDC42 mRNA的水平和翻译过程受到生长抑制和促进因子的影响，其中生长抑制因子会降低Prenyl-CDC42 mRNA的水平和翻译，而生长促进因子则会增加它们。与此形成对比的是，RhoA mRNA的运输和翻译则在生长抑制刺激下增加，而在生长促进刺激下保持不变。这些发现揭示了不同刺激对轴突中两种关键GTP酶mRNA的调控存在显著差异，并为理解神经再生的分子机制提供了新的视角。

研究人员进一步发现，轴突中一种名为KHSRP的RNA结合蛋白能够响应生长抑制刺激，通过升高细胞内钙离子（Ca2?）水平，促进Prenyl-CDC42 mRNA的降解。这种降解过程导致轴突中Prenyl-CDC42 mRNA的水平下降，从而影响神经再生的速度。KHSRP与Prenyl-CDC42 mRNA中的一个特定区域（nt 801–875）结合，该区域富含腺嘌呤和尿嘧啶（AU-rich），这可能与KHSRP的结合特异性有关。研究还指出，KHSRP在轴突中的作用不仅限于促进Prenyl-CDC42 mRNA的降解，还可能涉及其他功能，例如调控mRNA的稳定性、运输和翻译效率。

在探索这些mRNA的调控机制时，研究人员分析了Prenyl-CDC42 mRNA的3’UTR（未翻译区）区域。他们发现，Prenyl-CDC42 mRNA的3’UTR中存在两个功能不同的区域：一个区域（nt 764–800）负责轴突定位，而另一个区域（nt 801–875）则参与调控mRNA的水平。这一发现表明，轴突中Prenyl-CDC42 mRNA的定位和稳定性是由不同的3’UTR序列调控的，而KHSRP可能通过结合到nt 801–875区域来影响mRNA的降解过程。此外，研究人员还通过基因敲除小鼠模型，验证了KHSRP对Prenyl-CDC42 mRNA的调控作用。在KHSRP基因敲除的小鼠中，轴突中Prenyl-CDC42 mRNA的水平显著升高，这表明KHSRP在维持Prenyl-CDC42 mRNA的正常水平方面起着关键作用。

为了进一步验证KHSRP的作用，研究人员通过siRNA技术对Prenyl-CDC42 mRNA进行了靶向降解，并观察了其对神经再生的影响。他们发现，当在KHSRP缺失的小鼠中降解Prenyl-CDC42 mRNA时，神经再生速度显著下降，而这种降解对KHSRP正常表达的小鼠没有明显影响。这说明KHSRP对Prenyl-CDC42 mRNA的调控是其促进神经再生的关键因素之一。同时，研究人员还发现，当使用Ca2?螯合剂（如BAPTA-AM）处理时，aggrecan诱导的Prenyl-CDC42 mRNA水平下降被抑制，进一步支持了KHSRP通过Ca2?依赖性机制影响mRNA降解的假设。

这些研究结果揭示了神经再生过程中轴突mRNA调控的复杂性。KHSRP在生长抑制刺激下被激活，进而影响Prenyl-CDC42 mRNA的稳定性，导致轴突生长减缓。相反，在生长促进刺激下，Prenyl-CDC42 mRNA的水平和翻译被增强，这可能有助于加速神经再生。这一调控机制可能是神经元在应对外界刺激时，通过调整特定mRNA的水平和翻译效率，实现对轴突生长的动态调控。

研究还探讨了不同mRNA的运输和翻译如何受到外部信号的影响。例如，生长促进因子（如神经生长因子）会增加Prenyl-CDC42 mRNA的轴突运输和翻译，而生长抑制因子（如aggrecan）则会减少这些过程。这些发现为理解神经元如何在损伤后适应并调节轴突生长提供了新的分子机制。在神经损伤后的恢复过程中，轴突中Prenyl-CDC42 mRNA的增加可能是一个关键信号，它能够促进轴突的再生。而KHSRP的缺失导致这一mRNA水平升高，从而加快神经再生速度，这表明KHSRP在调控这一过程中的作用可能类似于一个“制动器”。

值得注意的是，研究还涉及了多种实验技术，如单分子荧光原位杂交（smFISH）、免疫荧光（IF）和荧光恢复后光漂白（FRAP）等，以精确测量轴突中mRNA的水平和翻译情况。这些方法的使用使得研究人员能够区分轴突与细胞体中的信号，并评估特定mRNA的定位和动态变化。此外，研究还涉及了通过基因敲除和siRNA技术来探究KHSRP和Prenyl-CDC42 mRNA之间的相互作用，为未来的治疗策略提供了理论依据。

从更广泛的视角来看，这些发现不仅对理解神经再生具有重要意义，还可能对神经系统疾病（如脊髓损伤）的治疗提供新的思路。例如，如果能够通过调控KHSRP或Prenyl-CDC42 mRNA的水平，来增强轴突再生能力，那么这可能为治疗神经损伤带来新的可能性。此外，研究还揭示了mRNA的亚细胞定位和翻译调控在神经发育和再生中的关键作用，这提示我们，轴突中的mRNA调控可能是一个重要的调控节点，能够响应外部信号并调整细胞行为。

综上所述，这项研究通过深入分析Prenyl-CDC42和RhoA mRNA在轴突中的定位和翻译机制，揭示了KHSRP在其中扮演的重要角色。研究人员发现，KHSRP能够结合Prenyl-CDC42 mRNA的特定区域，并通过调控其稳定性来影响轴突生长。这一发现不仅加深了我们对神经元如何响应外部信号的理解，也为未来的神经修复研究提供了新的方向。通过进一步研究这些调控机制，科学家们或许能够开发出更有效的治疗方法，以促进神经再生并改善神经损伤后的功能恢复。