PMC

Nervesystemet gennemgår omfattende ændringer i mønsterdannelse, remodellering og cellespecifikation i løbet af udviklingen. Hos modne pattedyr består det af netværk af celler, der når ud til alle organer og dele af kroppen for at lede impulser frem og tilbage for at kontrollere vigtige fysiologiske reaktioner på interne og eksterne stimuli på en rettidig måde. For at udføre sine opgaver bruger nervesystemet et stort antal celler med forskellige egenskaber til at danne overordentlig komplekse strukturer og er afhængigt af en række udførlige genreguleringsmekanismer for sin udvikling og funktion. microRNA’er (miRNA’er) er blevet tilføjet som de nyeste nøgleaktører i reguleringen af nervesystemet. miRNA’er er en klasse af rigelige, ca. 22-nukleotid-lange RNA’er, der udtrykkes endogent i en lang række organismer og i alle celletyper i organismerne. Ved at regulere ekspressionen af et stort antal proteinkodende gener kontrollerer miRNA’er en række vigtige biologiske processer (Ambros, 2004). Denne gennemgang opsummerer vores nuværende forståelse af miRNA’ernes rolle i pattedyrenes nervesystem.

miRNA’er: Biogenese og virkningsmekanismer. Et miRNA kan være placeret inden for et intron eller exon af et værtsgen eller udgøre en uafhængig transkriptionsenhed (Rodriguez et al., 2004). Det transskriberes i første omgang som en del af et meget længere primært transkript, normalt af RNA polymerase II (Cullen, 2004). Hos pattedyr klæbes transkriptet af en RNase kaldet Drosha, sammen med dens regulatoriske underenhed DGCR8, for at frigøre en ca. 65-nucleotid hårnåleprækursor i kernen. Et lille antal forløbere kan også genereres på en Drosha-uafhængig måde (Berezikov et al., 2007; Okamura et al., 2007; Ruby et al., 2007). Prækursoren eksporteres derefter til cytoplasmaet af Exportin5 og dets Ran-kofaktor bundet til GTP. Når den er i cytoplasmaet, behandles forløberen yderligere af en anden RNase, Dicer, for at fremstille et ca. 22-basepars RNA-dupleksintermediat. Bindingen af et Argonaute-protein til duplexen og de efterfølgende strukturelle omlægninger resulterer i tilbageholdelse af det modne, enkeltstrengede miRNA i Argonaute: miRNA-komplekset. Ligesom mRNA-ekspression kan miRNA-ekspression reguleres transkriptionelt og post-transkriptionelt, og nogle af eksemplerne vil blive diskuteret senere.

Argonaute:miRNA-komplekset medierer de direkte biologiske virkninger af miRNA’et via RNA-interferens og beslægtede mekanismer (He og Hannon, 2004). Talrige proteiner er blevet rapporteret til at interagere med Argonaute-proteinet, selv om deres efterfølgende funktioner ikke er blevet fastslået med sikkerhed. miRNA-delen giver tydeligvis specificitet til RNA-støjdæmpningsprocessen ved at binde sig til sin målsekvens, der normalt er placeret i de 3′-untranslaterede regioner af et dyrisk mRNA. Komplementaritet mellem 5′-enden af miRNA’et, den såkaldte seed-region, og mål-mRNA’et synes at være uforholdsmæssigt kritisk for bindingsspecificiteten, mens 3′-enden af miRNA’et i mindre grad bidrager til målgenkendelsen (Lewis et al., 2005). Da et miRNA fra dyr næsten aldrig er perfekt tilpasset sine mål, og delvise komplementariteter er faktisk tilstrækkelige for miRNA-funktionen, kan et miRNA regulere ekspressionen af hundredvis af gener; på den anden side kan et mRNA indeholde flere miRNA-målesteder (Lewis et al., 2005; Xie et al., 2005; Miranda et al., 2006). Interaktionen mellem et miRNA og dets mRNA-mål mRNA fører hovedsageligt til nedsat produktion af målgenproduktet (dvs. protein), selv om den detaljerede mekanisme stadig er uklar (Filipowicz et al., 2008). Argonaute-proteinet interagerer sandsynligvis med oversættelsesmaskineriet for at hæmme proteinsyntesen, hvilket kan ske på forskellige stadier (f.eks. initierings- og elongationstrinene) under oversættelsen, måske afhængigt af miRNA’ets og måltransskriptets art. mRNA’er, der forhindres i at blive oversat, viser ofte også reduceret akkumulering. Der er også blevet tilskrevet miRNA’er yderligere virkningsmåder. F.eks. kan miRNA’er undertrykke genekspression i cyklende dyrkede celler, men øge genekspressionen i stoppede celler (Vasudevan og Steitz, 2007; Vasudevan et al., 2007). Selv om sidstnævnte mulighed har betydelige implikationer for postmitotiske neuroner, har forskningsindsatsen hidtil været fokuseret på at forstå miRNA-medieret genrepression i nervesystemerne.

Der er ca. 600 humane miRNA-gener i den nuværende miRNA-database, som koder for ca. 1000 potentielle miRNA’er (Griffiths-Jones et al., 2008). Mange af dem er evolutionært bevaret i pattedyr, nogle endda i orme og fluer. miRNA-gener er navngivet i den rækkefølge, de blev opdaget, såsom miR-1, miR-2 osv. under hensyntagen til artsbevarelse, med undtagelse af lin-4 og let-7, som er de to første miRNA’er, der nogensinde er identificeret. miRNA-opdagelse er blevet meget lettet af massive sekventeringsindsatser og af computerprogramforudsigelser efterfulgt af bekræftelse med følsomme polymerasekædereaktionsmetoder. Disse fremgangsmåder er imidlertid behæftet med forbehold. Et lille antal miRNA’er er sandsynligvis fejlannoteret og repræsenterer i stedet nedbrydningsprodukter af ubeslægtede transskriptioner (Berezikov et al., 2006a). Da et miRNA desuden virker ved at binde sig til sine mål-mRNA’er, der potentielt er talt i hundredvis, afhænger funktionen af et miRNA kritisk af dets masse. Kopiantalet af de mest rigelige miRNA’er kan langt overstige 10.000 pr. celle eller neuron (Lim et al., 2003; Kye et al., 2007), men det er muligt, at visse miRNA’er i databaser udtrykkes på et for lavt niveau til at være effektive mod de fleste af deres ellers potentielle mål. På den anden side kan et miRNA, selv om det kun findes sjældent i en samlet vævsprøve, stadig være funktionelt, hvis det er stærkt begrænset til en subpopulation af celler af en bestemt celletype eller et bestemt udviklingsstadium, hvilket kan være relevant for situationen i nervesystemet.

miRNA-ekspression i nervesystemet. Ligesom andre væv og celler udtrykker nervesystemet og neurale cellelinjer også miRNA’er, hvoraf nogle er beriget eller unikke i vævet og neurale celler (f.eks. miR-9, miR-124, miR-125, miR-128 og miR-129) (Lagos-Quintana et al., 2002; Dostie et al, 2003; Babak et al., 2004; Barad et al., 2004; Kim et al., 2004; Liu et al., 2004; Nelson et al., 2004; Sempere et al., 2004; Baskerville og Bartel, 2005; Berezikov et al., 2006b; Hohjoh og Fukushima, 2007a; Landgraf et al., 2007; Bak et al., 2008). Antallet af miRNA-gener, der findes at blive udtrykt i nervesystemet, synes at være større end i mange andre organer, hvilket måske til dels afspejler det faktum, at nervesystemet indeholder mange typer og undertyper af celler. I retning af at forstå kompleksiteten af miRNA-ekspression har disse undersøgelser yderligere afsløret, at anatomisk adskilte områder af det voksne centralnervesystem (f.eks. cerebellum, hypothalamus og hippocampus) udtrykker lignende miRNA’er, men relative miRNA-niveauer kan variere betydeligt i forskellige regioner.

miRNA-ekspression under neuronal differentiering og neuroudvikling er også blevet undersøgt. Når de behandles med all-trans-retinsyre, vil embryonale karcinomceller terminalt differentiere sig til neuronlignende celler. Sammen med de morfologiske ændringer induceres ekspressionen af miRNA’er som miR-9, miR-124 og miR-125 betydeligt over tid, hvilket tyder på, at disse miRNA’er kan spille en rolle i differentiering eller bestemmelse af cellens skæbne ud over deres potentielle funktioner hos voksne (Sempere et al., 2004; Smirnova et al., 2005; Hohjoh og Fukushima, 2007b). Mange miRNA’er, der ikke er specifikke for nervesystemet, er også påvirket. For eksempel er let-7-familien af miRNA’er fremtrædende opreguleret, som sandsynligvis har en mere generel indflydelse på differentierings- og udviklingsprocessen. Lignende og dybtgående ændringer i miRNA-ekspressionen observeres, når embryonale stamceller gennemgår neurogenese og gliogenese (Smirnova et al., 2005; Krichevsky et al., 2006). Endvidere er miR-124 og miR-128 vist at være fortrinsvis udtrykt i neuroner, mens miR-23, miR-26 og miR-29 er begrænset til eller beriget i astrocytter (Smirnova et al, 2005). miRNA-ekspressionsprofilen i nervesystemets udvikling hos pattedyr er også blevet undersøgt, og igen er der observeret en tidsmæssigt reguleret bølge af miRNA-ekspression (Krichevsky et al., 2003; Miska et al., 2004; Smirnova et al., 2005; Wheeler et al., 2006; Dogini et al., 2008). Alle disse resultater tyder på, at miRNA-ekspressionsprofilen kan tjene som en markør for neuronal udvikling, og at specifikke miRNA’er kan bidrage til udviklingsprocessen.

miRNA’er er blevet isoleret fra polysomer i dyrkede neuroner, hvilket er i overensstemmelse med miRNA’ernes rolle i kontrollen af translation (Kim et al., 2004; Nelson et al., 2004). En strategisk facet af genregulering i neurale celler er, at mange mRNA’er er koncentreret i nærheden af specifikke strukturer for at sikre lokal, aktivitetsreguleret proteinsyntese. Det er tænkeligt, at nogle miRNA’er også følger sådanne subcellulære fordelingsmønstre. Faktisk er der rapporteret om selektiv berigelse eller udtømning af miRNA’er i dendriterne (Schratt et al., 2006; Kye et al., 2007). Disse resultater tyder på, at miRNA’er, ligesom sekvensspecifikke mRNA-bindende proteiner, kunne regulere genekspression lokalt for at påvirke synaptisk plasticitet i neurale celler.

miRNA-funktion: Lektioner fra undersøgelserne af det globale tab af miRNA’er. Betingede knockouts af Dicer, det gen, der er nødvendigt for miRNA-biogenese, er blevet brugt i vid udstrækning til at undersøge de kollektive roller af miRNA’er i specifikke væv og celletyper hos mus. Tab af Dicer i modne Purkinjeceller efterfølges af en hurtig spredning af miRNA’er uden umiddelbar indvirkning på cellens fysiologi eller funktion (Schaefer et al., 2007). Ikke desto mindre opstår celledød i sidste ende, hvilket fører til progressiv cerebellær degeneration og udvikling af ataksi, som afspejler neurodegenerative lidelser hos mennesker. Dicer-ablation i postmitotiske dopaminerge neuroner i mellemhjernen fører også til et progressivt tab af neuronerne in vitro og in vivo, og mutantmus har markant nedsat bevægelighed, hvilket minder om patienter med Parkinsons sygdom (Kim et al., 2007). Homozygot knockout af Dicer, der starter på embryonaldag 15,5, i cortex og hippocampus hos mus resulterer i ændringer i dendritmorfologi, apoptose, mikrocefali, ataksi og død inden 3 uger efter fødslen (Davis et al., 2008). Mus med Dicer tab i striatal dopaminoceptive neuroner viser også adfærdsmæssige og neuroanatomiske fænotyper, selv om de berørte neuroner i modsætning til neuroner, der er målrettet i de andre undersøgelser, overlever i løbet af dyrenes levetid, som er ca. 10 uger (Cuellar et al., 2008). Dicer er desuden påkrævet for olfaktorisk differentiering i embryoet, vedligeholdelse af olfaktoriske progenitors og differentiering af olfaktoriske forstadier, mens det er unødvendigt for den korrekte funktion af de modne neuroner i mus (Choi et al., 2008). En underliggende årsag til disse fænotyper kan være, at miRNA-depletion fører til et meget gradvist tab af vigtige proteiner og/eller akkumulering af visse proteiner til et niveau, der i sidste ende er giftigt for cellerne. Det er fortsat usikkert, om nogle af de observerede fænotyper skyldes tab af miRNA-uafhængige funktioner hos Dicer, fordi Dicer også behandler andre små RNA’er, såsom små interfererende RNA’er. Haploinsufficiens af DGCR8, et andet gen, der er involveret i miRNA-processering, resulterer også i reduceret miRNA-ekspression og neuronale og adfærdsmæssige underskud hos mus (Stark et al., 2008). Samlet set kan der argumenteres meget stærkt for miRNA’ernes vigtige funktioner i neuronal differentiering og overlevelse, hvilket er i overensstemmelse med den allestedsnærværende ekspression af miRNA’er og deres funktioner i andre væv.

miRNA-funktion: Lektioner fra undersøgelser af individuelle miRNA’er. Funktionerne af individuelle miRNA’er i neuroner under udvikling er blevet undersøgt. I den samme undersøgelse, der viste miRNA’ernes kombinerede roller i opretholdelsen af dopaminerge neuroner i mellemhjernen (Kim et al., 2007), blev miR-133b fundet til at undertrykke differentieringen af disse neuroner fra embryonale stamceller og mellemhjernekulturer. Forfatterne identificerede et mål for miR-133b som transkriptionsfaktoren Pitx3, som normalt aktiverer genekspression i dopaminerge neuroner. Choi et al. (2008) viste, at miR-200 er afgørende for differentieringen af olfaktoriske progenitorceller, og at dens funktion kan afhænge af dens evne til at målrette Notch- og transformerende vækstfaktor-β-signalveje og Foxg1. Et andet måske bedst undersøgt eksempel er miR-124, et rigeligt og signatur miRNA i neuroner. miR-124-ekspressionen er lav i embryonale stamceller og neuronale forløberceller, men forhøjes dramatisk i neuroner. Tidlig overekspression af miR-124 sammen med et andet rigeligt miRNA, miR-9, forskyder forstadiernes differentiering til neuroner, hvilket tyder på, at miR-124 og miR-9 stimulerer neuronal differentiering (Krichevsky et al., 2006). I en separat undersøgelse fremmer miR-124 overekspression, mens inhibering af miR-124-funktionen forsinker neuritudvækst (Yu et al., 2008). miR-124 kan give neuronale egenskaber til celler, fordi miR-124 overekspression i HeLa-celler nedregulerer mange gener, hvis udtryk er fraværende i neuroner (Lim et al, 2005), mens blokering af miR-124-aktivitet i modne neuroner øger niveauerne af ikke-neuronale mRNA’er (Conaco et al., 2006). miR-124 udfører sine funktioner ved hjælp af mindst tre mekanismer. For det første hæmmer den ekspressionen af det lille C-terminale domæne fosfatase 1, en komponent af den RE1-silencerende transkriptionsrepressor (Visvanathan et al., 2007). I ikke-neuronale væv lukker RE1-silencing transkriptionsrepressoren ned for transkriptionen af mange neuronale gener, herunder miR-124 (Conaco et al., 2006), som er et nyt eksempel på kritiske transkriptionsfaktorer, der regulerer ekspressionen af både mRNA’er og miRNA’er. Som følge af øget miR-124 i neuroner induceres transkriptionen af mange neuronspecifikke gener. For det andet blokerer miR-124 ekspressionen af polypyrimidin-trakt-bindingsprotein 1, en global repressor af neuronspecifik, alternativ exoninddragelse i ikke-neuronale celler (Makeyev et al., 2007). Således styrer miR-124 to masterregulatorer for at påvirke ekspressionen af et bredt spektrum af gener. For det tredje er miR-124 direkte rettet mod mange gener, der er involveret i cytoskeletalregulering, hvilket kan forklare dens funktion med hensyn til at fremme neuritudvækst (Yu et al., 2008). miR-124 har sandsynligvis også mange andre direkte mål.

I modne neuroner er miRNA-reguleret lokal proteinsyntese ved synapser en attraktiv model for etablering af synaptisk plasticitet. I hippocampale neuroner fra rottehippocampus er miR-134 koncentreret i det synaptodendritiske kompartment (Schratt et al., 2006). Overekspression af miR-134 reducerer signifikant volumenet af dendritiske rygsøjler, hvilket svarer til synaptisk styrke, mens inhibering af miR-134-funktionen øger rygsøjlernes volumen. Ved dendriterne forhindrer miR-134 oversættelsen af lim-domænet indeholdende proteinkinase 1 (Limk1), en regulator af aktinfilamentdynamikken. Overekspression af Limk1 modvirker virkningerne af miR-134 på rygsøjlens morfologi, hvilket indikerer, at hæmning af Limk1-ekspression er en vigtig vej, hvorigennem miR-134 begrænser størrelsen af dendrittiske rygsøjler. Det funktionelle samspil mellem Limk1 og miR-134 kan reguleres af neuronale aktiviteter, fordi det lindres af den hjerneafledte neurotrofiske faktor, der frigives ved synaptisk stimulering gennem endnu ikke fastlagte mekanismer. Implikationen er, at hvis associeringen af et miRNA, ligesom RNA-specifikke bindingsproteiner, med et mål-mRNA eller mRNA’er styres af en stimulus, kan stimulus modulere interaktionen mellem miRNA’et og mRNA’et eller mRNA’erne for at regulere genekspressionen hurtigt og koordineret. Selv om miR-134 indtil videre er det eneste miRNA fra pattedyr, der har vist sig at have en lokaliseret funktion i neuroner, tyder fundet af, at proteiner, der er involveret i miRNA-biogenese og -funktion, er til stede i postsynaptiske tætheder, axoner og vækstkegler, på, at de specifikke funktioner af yderligere miRNA’er kan identificeres på sådanne steder (Lugli et al., 2005; Hengst og Jaffrey, 2007). Med en antydning af en rolle for miRNA’er i kontrollen af neurotransmitterfrigivelse er det blevet rapporteret, at miR-130a og miR-206 hæmmer syntesen af neurotransmitteren stof P i humane mesenkymale stamcelleafledte neuronale celler, mens interleukin-1α reducerer ekspressionen af miRNA’erne, hvorved hæmningen ophæves (Greco og Rameshwar, 2007).

Ekspressionen og funktionen af neurale miRNA’er påvirkes af eksterne signaler, herunder farmakologiske midler. I en kulturmodel af neurosfærer, der er afledt af hjernebarken hos fostermus, til undersøgelse af, hvordan ethanol påvirker hjerneudviklingen hos fostre, viser en høj dosis ethanol sig at undertrykke udtrykket af miR-21, miR-335, miR-9 og miR-153, men en lavere dosis ethanol inducerer miR-335 (Sathyan et al., 2007). Reaktive iltarter ændrer miRNA-ekspressionen i menneskelige hjernecellekulturer (Lukiw og Pogue, 2007), en situation, der kan have relevans for Alzheimers sygdom (Lukiw, 2007). Som et eksempel på psykoterapeutiske lægemidler, der er rettet mod miRNA’er, påvirker lithium og valproat, to vigtige humørstabilisatorer, den langsigtede ekspression af let-7b, let-7c, miR-128a, miR-24a, miR-30c, miR-34a, miR-221 og miR-144 i rottehippocampus (Zhou et al., 2008). Funktionerne af disse miRNA’er skal defineres bedre. miRNA’erne kan delvist formidle virkningerne af ethanol, reaktive iltarter eller stemningsstabilisatorer på genekspression, og/eller de kan betyde adaptive ændringer i hjerneceller. Ud fra de ændrede miRNA’er kan man udlede og teste udtryksændringerne i deres målgener for at belyse virkningsmekanismerne for forskellige midler og behandlinger. I en af disse undersøgelser viser langvarig hyperosmolær stimulering sig at øge miR-7b-niveauerne i hypothalamus, og et miR-7b-mål identificeres som Fos, en kritisk transkriptionsfaktor, der medierer reaktioner på mange neurofarmakologiske midler (Lee et al., 2006). Transkriptionen af miR-132 styres positivt af cAMP response element binding protein, der ligesom Fos reagerer på en lang række stimuli og neurale aktiviteter (Vo et al., 2005; Wayman et al., 2008). miR-132 nedregulerer p250GAP, et medlem af Rac/Rho-familien af GTPase-aktiverende proteiner, der begrænser neuritudvækst. Aktivitetsdrevet cAMP response element binding protein-afhængig produktion af miR-132 resulterer i p250GAP-hæmning og neuritudvækst og bidrager derved til dendritisk plasticitet. Et andet mål for miR-132 er methyl CpG-bindende protein 2, en generel transkriptionsrepressor (Klein et al., 2007). Desuden kontrolleres miR-132 og et andet hjernespecifikt miRNA, miR-129, af lys og det cirkadiske ur og modulerer til gengæld den cirkadiske timingsproces i den suprachiasmatiske kerne in vivo (Cheng et al., 2007).

Fra den hurtigt voksende mængde af beviser er det klart, at miRNA’er regulerer ekspressionen af gener, der er involveret i en række forskellige processer for at påvirke mange trin og aspekter af modningen og driften af pattedyrs nervesystemets modning. Fremtidige undersøgelser vil belyse, hvordan miRNA’er i samarbejde med transkriptionsfaktorer, mRNA-bindingsproteiner og andre regulerende proteiner virker for at finjustere genekspression som reaktion på interne og eksterne stimuli tidsmæssigt og rumligt.

miRNA-sammenslutning med neurologiske sygdomme hos mennesker. Afvigende miRNA-ekspression og -funktion er blevet impliceret i kræft og andre sygdomme i nervesystemet. miRNA’er udtrykkes differentielt i glioblastom og neuroblastom (Chan et al., 2005; Ciafre et al., 2005; Laneve et al., 2007; Lukiw et al., 2009; Silber et al., 2008). F.eks. har glioblastom forhøjede niveauer af miR-21, miR-221 og miR-222, men nedsatte niveauer af miR-7, miR-124 og miR-137. miR-21 er en formodet onkogen, der ofte overudtrykkes i kræftformer. Potentielle mål for miR-221 og miR-222 omfatter p27 og p57, der er hæmmere af cellecyklusprogression (Gillies og Lorimer, 2007; Medina et al., 2008), mens nedsat miR-7 kan opregulere ekspressionen af epidermal vækstfaktorreceptor og Akt-vejen (Kefas et al., 2008) og Fos (Lee et al., 2006).

Flere Dicer knockout-undersøgelser har afsløret musefænotyper, der ligner dem, der optræder ved neurodegenerative sygdomme hos mennesker (se ovenfor), hvilket tyder på, at tabet af globale og/eller specifikke miRNA’er kan bidrage til sygdommene. Hos mennesker er der blevet identificeret en enkeltnukleotidpolymorfi i miR-189-bindingsstedet i den 3′-untranslaterede region af mRNA’et, der koder for et stærkt kandidatgen for Tourettes syndrom, SLIT og Trk-like 1 (Abelson et al., 2005). Nukleotidændringen øger miRNA-medieret genrepression i henhold til et reporterassay. miR-133b-ekspressionen er mangelfuld i mellemhjernen hos patienter med Parkinsons sygdom, selv om den kausale sammenhæng mellem miR-133b-tab og Parkinsons sygdom endnu ikke er fastslået (Kim et al., 2007). En række miRNA’er er fundet differentielt udtrykt i den præfrontale cortex hos patienter med skizofreni (Perkins et al., 2007) eller i hjernen hos patienter med Alzheimers sygdom (Lukiw, 2007; Lukiw et al., 2008). For eksempel er miR-146a forhøjet i hjernecellerne hos patienter med Alzheimers sygdom, mens ekspressionen af dets formodede mål, komplementfaktor H, er nedsat. Transkription af miR-146a stimuleres af nuklear faktor-κB (Taganov et al., 2006; Lukiw et al., 2008), hvilket er i overensstemmelse med inddragelsen af inflammatoriske og andre stressreaktioner i patogenesen af Alzheimers sygdom. Alzheimers sygdom er desuden korreleret med tab af miR-29 og miR-107 i hjernen, som normalt undertrykker β-sekretaseekspression (Hebert et al., 2008; Wang et al., 2008). Endelig er der rapporteret om ændret udtryk af miRNA’er, herunder reduceret miR-132, hos patienter med Huntingtons sygdom (Johnson et al., 2008). Når der først er etableret en sammenhæng mellem miRNA-ekspression og neurologiske lidelser, er det en skræmmende opgave at belyse miRNA’ernes bidrag til disse forskellige sygdomme.

Terapeutisk intervention baseret på vores viden om miRNA’er. På grund af den differentierede ekspression af miRNA’er i forskellige sygdomme er det fristende at overudtrykke miRNA’er eller at hæmme miRNA-funktionen for at behandle sådanne lidelser. Selv om eventuelle resultater stadig er foreløbige, er det vist, at hæmning af miR-21-funktionen inducerer apoptose i glioblastomceller og sensibiliserer cellerne for cytotoksisk tumorbehandling i mus (Chan et al., 2005; Corsten et al., 2007). Overekspression af miR-221 og miR-222 i glioblastomceller fremmer for tidlig indtræden i cellecyklus, hvilket fører til celledød (Medina et al., 2008). Ligeledes mindsker miR-7 overekspression levedygtighed og invasivitet af primære glioblastomlinjer in vitro (Kefas et al., 2008). Disse undersøgelser viser, at differentieret miRNA-ekspression har funktionelle konsekvenser, og at miRNA’erne kan tjene som mål for lægemiddelintervention. F.eks. kan kolesterolkonjugerede miRNA’er eller deres inhibitorer eller deres virale ekspressionsvektorer indføres ved målrettet injektion i hjernen for at ændre miRNA-funktionen. På den anden side kan der udvikles lægemidler, der regulerer miRNA-ekspressionen, eller når miRNA’ernes downstream-effektorer er afsløret, vil de også blive lægemiddelmål.

Kunstige miRNA’er eller korte hårnåle-RNA’er er også blevet designet og anvendt til at undertrykke genekspression via RNA-interferens i sygdomsmodeller. I sådanne tilfælde fungerer miRNA’erne som små interfererende RNA’er, der er rettet mod virale gener eller endogene gener, som er kendt for at forårsage sygdomme. I en undersøgelse beskytter en enkelt intrakraniel indgift af lentiviralt kodede korte hårnåle RNA’er mus mod dødelig hjernebetændelse forårsaget af japansk hjernebetændelsesvirus (Kumar et al., 2006). I en anden undersøgelse forbedrede intracerebellær injektion af rekombinante adeno-associerede virus, der udtrykker korte hårnåle RNA’er mod mutant ataxin-1, det protein, der er ansvarlig for sygdommen spinocerebellær ataksi type 1, den motoriske koordination, genoprettede cerebellær morfologi og mindskede nukleære ataxin-1-inklusioner i en murin sygdomsmodel (Xia et al., 2004). En tredje undersøgelse er rettet mod Huntingtons sygdom (McBride et al., 2008), som forårsages af et dominerende mutant huntingtin-protein. Kunstige miRNA’er mod proteinet er kodet af rekombinante adeno-associerede vira og leveres via injektion i striatum af mus, der udtrykker det mutante humane huntingtin-protein. MiRNA’erne er i stand til at reducere ekspressionen af mutant huntingtin uden at forårsage tydelig toksicitet i musens hjerne.

Fremtidige perspektiver. Der er ingen tvivl om, at samlingen af validerede miRNA-mål og -funktioner vil blive udvidet i et hastigt tempo i den nærmeste fremtid. For at fremme vores forståelse af miRNA’ernes komplekse roller i reguleringen af nervesystemet vil det være yderst gavnligt at tage fat på en række af de følgende spørgsmål. For det første, er det muligt at forfine opløsningen af miRNA-ekspression for at tage højde for de mange forskellige celletyper og subtyper i det udviklende og modne nervesystem? Er den subcellulære lokalisering af miRNA’er dynamisk, og er miRNA-funktionen rumligt reguleret i en nervecelle? For det andet bør der anlægges et system- eller globalt synspunkt for at vurdere, hvordan ændringer i miRNA-ekspression fører til ændringer i proteinekspression og i sidste ende til ændringer i fænotyperne. Et miRNA har sandsynligvis mange mål. Selv om offentliggjorte rapporter for hvert miRNA typisk kun har undersøgt et af dets mål, hvis aktivitet er i overensstemmelse med miRNA’ets overordnede funktion, er det højst sandsynligt, at et miRNA kan regulere gener, der både positivt og negativt styrer en bestemt proces in vivo. miRNA’ernes virkninger er også integreret med virkningerne af andre regulerende molekyler (f.eks. transkriptionsfaktorer). For det tredje vil genetiske metoder (f.eks. betinget knockout af individuelle miRNA’er) give os mere definitive svar på miRNA’ernes funktioner i pattedyrenes nervesystem. Genetiske analyser i orme, fluer og zebrafisk har i høj grad fremmet vores viden om miRNA’er og har faktisk forudsagt eller bekræftet mange resultater i pattedyrsystemet. Endelig skal årsagsforbindelserne mellem miRNA’er og neurologiske lidelser fastlægges, og sådanne oplysninger bør bruges til at udtænke nye terapeutiske strategier.