FSHW | MiR-107-3p/Atp6v0e1在硒肽TSeMMM和SeMDPGQQ缓解铅诱导神经毒性中的保护作用
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Introduction
神经退行性疾病严重影响着人们的健康，因此寻找具有缓解神经损伤功能的食源性成分具有重要的意义。前期研究发现，富硒大米蛋白水解产物中两条硒肽 TSeMMM 和SeMDPGQQ通过调控Nrf2/HO-1信号通路对铅诱导的神经氧化毒性发挥保护作用。然而，硒肽TSeMMM和SeMDPGQQ如何调控mRNAs和microRNAs（miRNAs）的靶向关系进而发挥神经氧化毒性保护作用仍然未知。
南京财经大学食品科学与工程学院方勇教授、樊凤娇博士等 利用大鼠原代皮层神经细胞和斑马鱼模型从miRNA/mRNA的新视角阐明了两条硒肽TSeMMM和SeMDPGQQ发挥神经保护作用的分子机制。
Results and Discussion
神经细胞差异表达mRNA、GO富集及KEGG通路分析
转录测序结果显示Pb2+导致大鼠原代皮层神经细胞中mRNA表达异常，表现为1015 mRNA表达上调，1359 mRNA表达下调。在2374个基因中，751个基因与细胞核有关，713个与细胞质相关。此外，83个基因与突触相关，85个基因与神经元胞体相关，占3.58%。主要分子功能为金属离子结合、蛋白结合和钙离子结合，并有相应的基因数分别为346、229和110，比例分别为14.57%、9.65%和4.63%，表明Pb2+进入神经元并取代钙离子，导致钙离子含量的减少和钙调蛋白含量变化。差异基因参与过程最多的为转录，DNA模板，其次为凋亡过程负调控、细胞黏附、衰老及大脑发育。结果显示，Pb2+进入细胞后可导致细胞内转录本发生变化，DNA生成发生错误，导致细胞凋亡和生理活动受损。
图1 TSeMMM和SeMDPGQQ可提高Pb2+暴露胎鼠皮质神经元的细胞活力
差异基因主要参与的信号通路有20个，排在前6的分别是细胞代谢通路、MAPK信号通路、热量产生作用、核糖体相关途径、细胞吞噬通路及氧化磷酸化相关通路。为进一步研究TSeMMM与SeMDPGQQ对Pb2+对神经细胞氧化毒性的保护作用研究，因此对氧化磷酸化相关的34条基因进行进一步分析，以寻找潜在的靶标。
图2 Pb2+处理大鼠胚胎皮层原代神经细胞差异mRNA和miRNA表达分析
Pb2+处理大鼠胚胎原代皮层神经细胞后，29个基因显示了上调趋势，5个基因显示了下调趋势。TSeMMM与SeMDPGQQ预处理能够明显地促进这些基因的上调或下调，使其趋向于正常化。其中TSeMMM的调节作用更显著。
神经细胞差异表达mRNA的潜在miRNA靶点
Pb2+处理后共有142个miRNA表达发生变化，其中61个表达上调，81个表达下调。TSeMMM与SeMDPGQQ处理均能逆转铅导致的miRNA上调或者下调。
结果发现，ATPase H+ transporting V0 subunit e1（Atp6v0e1），一种与氧化磷酸化有关的基因，与miR-107-3p之间存在靶向关系。Pb2+诱导的大鼠胚胎原代皮层神经细胞中Atp6v0e1 mRNA的表达量为对照组的402.66%。TSeMMM和SeMDPGQQ处理可使Atp6v0e1 mRNA的表达量分别降至154.17%和218.29%。Pb2+诱导的大鼠胚胎原代皮层神经细胞中miR-107-3p的表达量为对照组的6.25%，而TSeMMM和SeMDPGQQ处理使其表达量分别增加到53.13%和50.00%。因此，TSeMMM和SeMDPGQQ处理通过调节miR-107-3p/ Atp6v0e1从而发挥缓解铅诱导氧化损伤的作用。
TSeMMM和SeMDPGQQ缓解Pb2+诱导的斑马鱼损伤
对照组斑马鱼的运动距离为2.79 m，铅处理后导致斑马鱼的运动距离大幅度下降，仅为0.66 m。不同浓度的TSeMMM和SeMDPGQQ处理均可增加斑马鱼的运动距离，且呈现剂量依赖性关系。2、4、8 μg/mL TSeMMM处理后，检测到斑马鱼的运动距离分别为0.97、1.68和2.18 m，2、4、8 μg/mL SeMDPGQQ处理后，检测到斑马鱼的运动距离分别0.87、1.50和1.94 m。
图3 硒肽对斑马鱼铅氧化毒性的保护作用
Conclusion
Pb处理诱导大鼠原代皮层神经细胞中2374个mRNA和142个miRNA发生差异表达。TSeMMM和SeMDPGQQ处理提高了大鼠原代皮层神经细胞活力，促进了斑马鱼神经功能的恢复。TSeMMM和SeMDPGQQ增加miR-107-3p的表达，减少Atp6v0e1表达，即通过靶向miR-107-3p/Atp6v0e1发挥神经氧化毒性保护作用。
第一作者
方勇，教授，博士生导师，南京财经大学科研院院长，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心主任，江苏省现代粮食工程与营养健康产业学院院长。“十四五”国家重点研发计划项目首席，主要研究方向为粮油安全控制技术与标准、硒的营养与功能、谷物品质评价及其高值化利用。任中国粮油学会质检分会常务理事、中国食品科学技术学会全谷物分会常务理事、国家稻米精深加工产业技术创新战略联盟理事、中国富硒农业产业技术创新联盟专家委员会委员。受国家留学基金委资助，2008-2009年在美国University of Cincinnati/北美安捷伦金属组学研究中心联合培养，参加国际会议并报告发言10余次，现任《eFood》联合主编、《Food Frontiers》副主编、《食品科学》和《未来食品科学》（青年）编委。近年来，主持（完成）“十四五”国家重点研发计划项目1项、国家自然科学基金3项、“十三五”国家重点研发计划子课题2项、农业部公益性行业专项课题、国家农产品质量安全风险评估重大专项课题、国家粮食行业标准2项、国家标准物质研制项目2项等国家级项目。发表学术论文150余篇，其中Compr. Rev. Food Sci. F.、Ultrason. Sonochem.、J. Agric. Food Chem.等SCI论文80余篇（其中2篇TOP 1%高被引论文，2篇封面论文），获国家发明专利授权22项。以第一完成人获得教育部科技进步二等奖，第二完成人获得江苏省教学成果一等奖等省部级奖励4项。参与制定国家标准《发芽糙米》等5部。入选教育部国家级青年人才、全国粮食行业青年拔尖人才、江苏现代农业产业体系水稻贮藏与加工岗位专家、江苏省“青蓝工程”优秀教学团队带头人、中青年学术带头人、江苏省“333”高层次人才、江苏省青年五四奖章提名奖等多项国家或省级人才计划奖励。
通信作者
樊凤娇，工学博士，现为南京财经大学食品科学与工程学院讲师，主要从事蛋白质/多肽功能性研究。目前主持国家自然科学基金1项，江苏省高等学校自然科学研究面上项目1项。代表性论文以第一作者或通信作者发表于 Journal of Agricultural and Food Chemistry、Food & Function、Food Research International等期刊。现任《eFood》、《食品研究与开发》青年编委， Food Bioscience、Journal of Food Processing and Preservation、Preparative Biochemistry and Biotechnology等杂志审稿人。
MiR-107-3p/Atp6v0e1 contributes to protective effects of two selenium-containing peptides, TSeMMM and SeMDPGQQ on lead-induced neurotoxicity
Yong Fanga, Tianhang Huanga, Jian Wub, Xieqi Luoa, Fengjiao Fana,*, Peng Lia, Jian Dinga, Xinyang Suna
a College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics/Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety, Nanjing 210023, China
b Laboratory of Neurodegenerative and Neuroinjury Diseases, Wuxi School of Medicine, Jiangnan University, Wuxi 214122, China
*Corresponding author.
Abstract
Two selenium (Se)-containing peptides from Se-enriched rice, TSeMMM and SeMDPGQQ, possess neuroprotective potency against lead (Pb2+)-induced cytotoxicity. However, the crosstalk between mRNA and microRNAs (miRNA) involved in the neuroprotection mechanism remains to be elucidated. In this study, RNA-sequencing and miRNA-sequencing were used to independently identify differentially expressed mRNAs and small RNAs profi les in Pb2+-treated primary fetal rat cortical neurons and then the correlated miRNA-mRNA target pairs were obtained. It was found that 34 mRNAs related to oxidative phosphorylation could be reversed by pretreatment of TSeMMM and SeMDPGQQ. The protective effect of TSeMMM and SeMDPGQQ was mediated by upregulation of miR-107-3p, which downregulates the ATPase H+ transporting V0 subunit e1 (Atp6v0e1) mRNA level. A zebrafish model was applied to verify the relevance between the targeted mRNA and miRNA by real-time quantitative PCR. The results indicated that miR-107-3p was a potential therapeutic target to achieve neuroprotection of Se-containing peptides via stimulation of Atp6v0e1.
Reference:
FANG Y, HUANG T H, WU J, et al. MiR-107-3p/Atp6v0e1 contributes to protective effects of two selenium-containing peptides, TSeMMM and SeMDPGQQ on lead-induced neurotoxicity[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(4): 2060-2067. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250171.
本文编译内容由作者提供
编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇
封面图片来源：图虫创意
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