这种高度保守的长链非编码RNA（lncRNA）Crnde通过靶向Gbx2基因，在丘脑的胚胎发育过程中调控神经细胞的分化过程

《Journal of Genetics and Genomics》：The ultra-conserved lncRNA Crnde regulates neural differentiation by targeting Gbx2 during embryonic development of the thalamus

长非编码RNA Crnde通过调控Gbx2基因影响胚胎期丘脑发育，其敲除导致小鼠焦虑样行为、空间记忆缺陷及丘脑体积减小，为神经发育疾病研究提供新机制。

　　

胡文竹|顾雅云|何远琳|洪媛|何月文|张子成|王媛豪|孙佳宁|韩晓|刘艳|胡志斌

东南大学公共卫生学院流行病学系，中国江苏南京211189

摘要

< />Crnde的lncRNA具有差异性表达。该基因在胚胎丘脑中表现出阶段特异性上调。使用Ensembl资源的“人类基因组变异与表型数据库”（DECIPHER）表明Crnde可能与智力障碍有关。Crnde缺失的小鼠表现出类似焦虑的行为和空间记忆缺陷。此外，Crnde的敲除会增加前体细胞数量，并影响胚胎丘脑发育过程中的神经元分化。从机制上看，Crnde调节着对丘脑发育至关重要的基因gastrulation brain homeobox 2（Gbx2）的mRNA表达。综上所述，我们的研究结果表明lncRNA Crnde在调控小鼠胚胎丘脑正常发育中起重要作用。

引言

在间脑发育过程中，室管膜区（VZ）的前体细胞沿前后（AP）轴分为三个区域：p1（前丘脑）、p2（上丘脑和丘脑）和p3（前丘脑）（Chatterjee and Li, 2012）。在p2区域内，丘脑VZ前体细胞沿AP轴进一步分为头端（rTh）和尾端（cTh）丘脑区域。这种早期模式化决定了丘脑的核结构，其核心结构在出生时基本形成（Nakagawa, 2019）。已确定一些关键蛋白质编码基因，如Sonic hedgehog（Shh）、转录因子7样2（Tcf7l2）和gastrulation brain homeobox 2（Gbx2），对丘脑的命运决定、区域化和核组织至关重要（Mallika et al., 2015; Lipiec and Bem, 2020; Govek et al., 2022）。许多研究表明，转录因子GBX2的精确时序表达对于维持早期胚胎的丘脑神经元身份和调控核组织至关重要（Chen et al., 2009; Mallika et al., 2015）。尽管取得了这些进展，但调控哺乳动物丘脑组织的分子机制仍不完全清楚。

长链非编码RNA（lncRNAs）定义为长度超过200个核苷酸（nt）且具有极低的蛋白质编码潜力，在大脑中的含量显著增加（Sarropoulos et al., 2019）。二十年前，Bejerano等人报告了大约500个在哺乳动物基因组中具有完美序列保守性的非编码超保守区域（UCRs）。这些UCRs主要位于RNA处理基因附近或靠近调控转录和发育的基因（Bejerano et al., 2004）。Sandelin等人进一步证明，UCRs经常位于编码发育相关转录因子的基因附近（Sandelin et al., 2004）。值得注意的是，一些进化上高度保守的lncRNAs在哺乳动物大脑中的富集程度远高于外周器官（Aprea and Calegari, 2015; Sarropoulos et al., 2019）。哺乳动物大脑的特点是具有复杂而精细的时空调控机制。胚胎过程的紊乱可能导致神经发育障碍（NDDs），如智力障碍（ID）和自闭症谱系障碍（ASD）（Wegiel et al., 2010; Homan et al., 2014; Li et al., 2019）。同时，人群研究显示NDD患者中存在多种lncRNAs的表达异常和/或突变（Zarrei et al., 2019）。然而，lncRNAs的体内功能验证，尤其是在丘脑发育中的作用，仍然研究不足。

在这项研究中，我们发现差异性表达的结肠直肠肿瘤相关非编码RNA（Crnde）在胚胎期中枢神经系统（CNS）发育过程中富集，并在小鼠胚胎丘脑前体细胞中具有阶段特异性高表达。通过使用Crnde敲除小鼠模型，我们发现Crnde的缺失会干扰胚胎发育过程中的丘脑神经前体分化，并导致出生时丘脑体积减小。我们的研究揭示了长链非编码RNA在调节丘脑形成中的关键作用，为神经发育疾病的潜在病因提供了直接见解。

章节摘录

在哺乳动物胚胎脑发育中鉴定高表达的超保守lncRNAs

为了鉴定在胚胎脑组织中富集的lncRNAs，我们获取了Kaessmann实验室提供的公开可用的转录组数据集（Sarropoulos et al., 2019）。该数据集包含了多个器官在从胚胎到出生后及成年期的多个发育阶段的20,000多个lncRNAs。我们采用了一个富集标准：即脑组织在产前阶段的转录表达水平至少是

讨论

丘脑是一个由异质核组成的复杂结构，尽管它在调节情绪和认知方面起着关键作用，但相对于皮质和海马体，其机制仍知之甚少。证据表明，丘脑通过室旁核（PVT）参与调节焦虑和动机行为（Kirouac, 2021; Penzo and Gao, 2021），并通过前丘脑核（ATN）支持记忆和空间导航（Jankowski et al., 2013）。丘脑的结构异常

鉴定在胚胎脑中富集的人类-小鼠同源lncRNAs

我们从“Evo-Devo Mammalian lncRNA Atlas”数据库（https://apps.kaessmannlab.org/lncRNA_app）中获取了人类和小鼠大脑在多个发育时间点的lncRNAs的转录组数据（以RPKM表示）（Sarropoulos et al., 2019）。鉴定在胚胎脑中富集的人类-小鼠同源lncRNAs的标准如下：1）计算每个发育时间点的“平均RPKM”；2）“RPKM.Max_(Embryo)

代码可用性

本研究中生成的scRNA测序分析代码已存储在Science Data Bank（ScienceDB）中，访问代码为10.57760/sciencedb.35320，并在Unlicense许可下发布。

未引用的参考文献

数据可用性

本文报告的原始scRNA序列数据已存储在中国国家基因组数据中心（National Genomics Data Center, 2025）的基因组序列档案库（Genome Sequence Archive，Zhang and Chen, 2025）中，该档案库由中国国家生物信息中心/中国科学院北京基因组研究所（GSA: CRA036894）维护，公众可访问地址为https://ngdc.cncb.ac.cn/gsa。质谱蛋白质组学数据已通过PRIDE合作伙伴存储库上传至ProteomeXchange Consortium

CRediT作者贡献声明

胡文竹：撰写 - 原始草稿、可视化、研究、正式分析、数据管理、验证。顾雅云：监督、概念化、项目管理、撰写 - 审稿与编辑。何远琳和洪媛：数据管理、正式分析。洪媛：可视化。何月文和张子成：研究、验证、可视化。王媛豪：数据管理。孙佳宁：研究。韩晓：概念化、方法学、监督、验证、撰写

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本工作时，作者使用了DeepSeek-R1工具来辅助语法检查、句子结构优化和提高可读性。使用该工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对出版物的内容负全责。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（2024YFC2706800）、国家自然科学基金（82221005）、中国国家重点研发计划（2021YFC2700600、2021YFA1101800、2021YFA1101801）以及国家自然科学基金（82325015、82401794）的资助。本研究使用了DECIPHER社区生成的数据。参与研究的成员名单如下