miRNAs是一类长约19～23 nt的内源性小RNA分子,可以作用于靶基因mRNA的3’UTR引起mRNA的降解或翻译抑制,从而在转录后水平调节基因的表达。miRNAs广泛的分布于各种生物中,并且在不同物种间存在高度的保守性。miRNAs在多种关键的生物过程中发挥着重要的作用,包括细胞的发育、分化、增殖、衰老、凋亡,信号转导,代谢过程以及疾病等。研究揭示,miRNAs与脑功能丧失以及神经退行性疾病的发生和发展密切相关,这些疾病包括阿尔茨海默病、帕金森疾病、亨廷顿舞蹈病和朊病毒疾病等。其中疯牛病是一种引人注目的朊病毒疾病,它会引起牛脑组织的功能损伤和生理病变。到目前为止,全球约有20万头黄牛被报道感染了疯牛病,但是未见水牛感染此病。我们先前的研究揭示,疯牛病致病关联基因无论在遗传水平还是表达水平上,黄牛和水牛都存在显著差异。特别是与疯牛病致病密切相关的阮病毒蛋白(PrP)在两个物种间存在表达差异,很可能是因水牛 PRNP 基因 3’UTR 受到 miR-125b-5p、miR-132-3p、mi-145-5p、miR-331-3p和miR-338-3p特异性调控所致。那么黄牛和水牛脑组织中是否存在差异表达的miRNAs呢,这些差异表达的miRNAs是否通过调控一些关键基因的表达,进而可能参与到与脑功能以及神经退行性疾病相关的调控中呢?然而,关于这方面的研究还未见报道。本研究利用Illumina HiSeq 2000高通量测序技术,对5头黄牛和5头水牛大脑中miRNAs数据进行研究,分析得到具有差异表达的miRNAs,并通过鉴定和筛选获得一些可能靶向作用于与脑功能和神经退行性疾病的关联基因的miRNAs,通过茎环RT-qPCR和荧光双报告技术分别对miRNAs在群体中的表达水平及其对靶基因的调控作用进行研究。1、测序结果显示,在黄牛和水牛大脑组织分别获得clean reads 11,724,317和11,872,170,占 high quality 总数的 99.37%和 99.36%。一共鉴定到 451 个 known miRNAs 和 118 个 novel miRNAs,在种间有差异表达的 known miRNAs 和 novel miRNAs分别为59个和61个。2、miRNA靶基因预测表明多数miRNAs存在多个靶标,且大多数的靶基因在动物中是广泛存在的。GO注释表明这些miRNAs的靶基因涉及到多种生理过程,如参与生物的转录、细胞凋亡、结合等。KEGG分析表明,所有的靶基因映射到300条以上的通路,其中很多靶基因富集在与神经退行性疾病相关的4条通路上,它们是:朊病毒疾病、阿尔兹海默病、亨廷顿舞蹈病和帕金森病。3、通过预测miRNA可能结合到的有功能报道的基因3’UTR位点,我们筛选出5个knownmiRNAs(bta-miR-129-3p、bta-miR-92a、bta-miR-935、bta-miR-877和 bta-miR-874)和 7 个 novel miRNAs(novel-miR-26、novel-miR-13、novel-miR-5、novel-miR-25、novel-miR-40、novel-miR-35 和 novel-miR-4)开展进一步的研究。通过茎环RT-qPCR技术,对这12个miRNAs的表达分析结果显示,它们的表达趋势与测序结果趋势相似。4、荧光双报告实验证实,5 个 miRNAs:bta-miR-935、bta-miR-877、novel-miR-13、novel-miR-25和novel-miR-4能够调控与大脑功能,神经元分化和发育,以及在神经退行性疾病中起着重要作用的几个靶基因(CASP3、PSENEN、NEURL4、BRI3、CDK5R1、ZBTB24 和 ZNF292)。例如,novel-miR-25 靶向调控ZBTB24基因表达,该基因被报道与脑神经元细胞中树突脊的形成有关,并影响大脑功能和大脑疾病;novel-miR-13可调控靶基因BRI3和CDK5R1表达,这两个基因被报道能影响神经元的分化和发育,并与阿尔兹海默病相关。该研究鉴定了黄牛和水牛大脑组织中的miRNA,不仅丰富了牛科物种miRNAs的信息,而且获得了在黄牛和水牛大脑组织中存在差异表达的miRNAs,这些差异表达的known miRNAs和novel miRNAs,可通过靶向调控与脑神经元功能相关的基因,在转录后调控这些关键基因的表达水平,这些结果为研究疯牛病等神经退行性疾病的预防和治疗提供了新思路。