论文标题: Cocaine induces differential circular RNA expression in striatum
期刊: Translational Psychiatry
影响因子: 5.182
通讯作者: 岑晓波(四川大学华西医学院)
最近发表在Translational Psychiatry期刊(IF=5.182)上的一篇与可卡因诱导纹状体circRNAs表达有关的研究论文,报道了可卡因诱导小鼠纹状体circRNAs的差异表达,并可能通过与神经可塑性以及可卡因成瘾相关的miRNA相互作用,从而调控与可卡因有关的行为效应。该研究揭示了circRNAs在可卡因效应中的潜在作用。
可卡因自我给药改变纹状体背侧的circRNAs分布
自我给药作为模拟人类成瘾的最佳动物模型之一，能够测量自愿吸食可卡因和寻求可卡因的程度，由此可以推断可卡因的渴望程度.作者通过高通量微阵列技术分析可卡因给药小鼠与生理盐水给药小鼠最后疗程后的circRNA表达情况,结果共鉴定到795个circRNAs,其中,90个有显著的表达差异.主成分分析（PCA）和聚类分析结果显示,可卡因给药小鼠circRNAs与生理盐水给药小鼠的明显不同,表明纹状体circRNA的表
达受可卡因自我给药的影响. 
鉴定可卡因诱导的差异表达circRNA
作者利用散点图和火山图分析了可卡因组和对照组之间的circRNAs表达变化,表明90个差异表达的circRNAs中,18个上调表达,72个下调表达.随后通过qRT-PCR实验验证了6个差异表达的circRNAs,表明从微阵列分析中获得的circRNAs表达结果与qRT-PCR检测结果一致.
构建circRNA/miRNA相互作用网络
作者通过TargetScan和 miRanda数据库,利用 miRNAs靶标预测软件Arraystar从理论上预测了circRNAs和miRNAs的互作,发现所有差异表达的circRNAs都可以根据互补的miRNAs匹配序列预测到。随后作者利用MIRSvr算法对预测的miRNAs分子的效率进行了评分和排序,并利用Cytoscape软件描述了circRNAs/miRNAs相互作用的整个网络,如mmu-circRNA-002381与mmu-miR-138-5p相互作用.
根据可塑性和成瘾相关miRNAs的逆向预测circRNAs
越来越多的证据表明,纹状体miRNAs在神经可塑性和记忆中起着重要作用,如,纹状体miRNA-212等通过cAMP反应元件结合（CREB）信号控制的可卡因摄入。并且,circRNAs可以和miRNAs相互作用.所以作者推测,可以根据可塑性和成瘾性相关的miRNAs来逆向预测相关的circRNAs.作者基于相关可塑性和成瘾相关的miRNAs的逆向预测显示，mmu-circRNA_002381含有10个miR-138结合位点，10个let-7d结合位点和15个miR-134结合位点，而mmu-circRNA_002520则含有33个miR-138结合位点和29个miR-212靶位点。更有趣的是，mmu-circrna-003834含有13个miR-138结合位点，在可卡因自我给药组中显著上调表达。作者发现可卡因自我给药上调mmu-circRNA_002381和mmu-circRNA_003834的表达，而下调mmu-circrna_002520的表达。为了证实可卡因处理纹状体后circRNAs的变化，作者检测了可卡因诱导运动活性模型中这三种circRNAs的表达水平。结果发现两个实验中mmu-circRNA_002381、mmu-circRNA_002520和mmu-circRNA_003834的表达趋势相同。
为了探讨mmu-circRNA-002381在基因表达中的潜在作用，作者利用mmu_circRNA_002381特异性siRNA敲除mmu-circRNA-002381，然后在体外检测N2a细胞中与神经可塑性和药物成瘾相关的基因表达水平。结果发现,特异性siRNA显著下调了mmu-circRNA-002381的表达,同时,与神经可塑性和药物成瘾相关的基因,如limk1和bdnf,及其蛋白质表达也下调.这些结果表明，mmu-circrna-002381可能在可卡因奖励中发挥作用，至少在一定程度上是通过充当miRNA海绵起作用。另外,mmu_circRNA_003834也对mu-miR-138-5p有海绵作用.
总结
作者通过对可卡因和生理盐水处理小鼠进行高通量微阵列技术,筛选出795个circRNAs；根据火山图分析,鉴定了90个差异表达的circRNAs,其中,18个上调表达,72个下调表达.并将预测出的90个差异表达的circRNAs构建与miRNAs互作的网络图；最后作者根据已报道的与纹状体神经可塑性和可卡因成瘾相关的miRNAs来预测相关的circRNAs,如mmu_circRNA_002381, mmu_circRNA_002520, mmu_circRNA_003834.最后通过干扰技术,敲除掉mmu_circRNA_002381,发现神经可塑性和成瘾相关的基因如limk1和bdnf的mRNA和蛋白水平也下调,表明mmu_circRNA_002381至少部分作为miRNA的海绵起重要作用.总之,在这项研究中，作者显示了一组与可卡因治疗小鼠神经可塑性相关的纹状体circRNAs的修饰表达模式，提示了circRNAs在可卡因成瘾中的作用。有必要探索circRNAs作为miRNA海绵的潜在机制，以调节可卡因的作用。
参考文献
Bu Q, Long H, Shao X, et al. (2019). Cocaine induces differential circular RNA expression in striatum. Translational Psychiatry, 9(1), 1-11. https://doi.org/10.1038/s41398-019-0527-1